Лако-красочные материалы — производство

Коллоидные системы чрезвычайно широко распространены в природе. Огромное значение они имеют и в современной тех­нике. Ниже приведены некоторые примеры, характеризующие роль коллоидных систем и коллоидных процессов в окружающем нас мире. Много других примеров, показывающих роль коллоидной химии в практической деятельности человека, будет дано по ходу изложения курса [2].

Коллоидные системы и коллоидные явления наблюдаются дале­ко за пределами Земли. Как известно, межзвездная материя состоит главным образом из газов и пыли, причем с помощью наблюдений над поглощением света было показано, что размер пылинок, со­держащихся в космическом пространстве, обычно не превышает 3-Ю"5 см, т. е. пылинки-имеют типичные коллоидные размеры.

Кометы, являющиеся газово-пылевыми облаками, представляют собою, таким образом, колоссальные коллоидные системы, а ха­рактерное свечение комет, возникающее в результате освещения мельчайших частиц лучами солнца, является не чем иным, как проявлением светорассеяния. Остается пока неясным, чем обус­ловлено длительное существование комет — огромной разрежен­ностью космического газово-пылевого облака и малой частотой встреч отдельных частиц друг с другом, или относительной агрега — тивной устойчивостью системы, определяющейся каким-нибудь фактором, например электрическим зарядом частиц, который мо­жет возникать вследствие адсорбции пылевыми частицами ионов. Как теперь установлено, в космическом пространстве содержатся большие количества ионов, образующихся в результате действия различных излучений на молекулы газов.

Проблема создания солнечной системы, или, по крайней мере, проблема образования планет вокруг Солнца, также имеет прямое отношение к коллоидным явлениям, как отмечал еще Аррениус. По космогоническим представлениям Кейпера, Юри, В. Г. Фесен — кова, солнечная система образовалась из газово-пылевого веще­ства. Согласно одной из теорий образования планет, развитой О. Ю. Шмидтом, планеты возникли из газово-пылевого облака, за­хваченного Солнцем. Известно, что в пространствах нашей Га­лактики существует множество таких облаков, и нет оснований считать, что окружавшее Солнце допланетное облако материи, ка­ково бы ни было его происхождение, существенно отличалось по составу от галактических облаков.

Правильность своей теории О. Ю. Шмидт остроумно доказы­вает тем, что планеты имеют почти круговые орбиты. Планеты с такими орбитами могли образоваться только путем объединения. большого числа тел, содержащихся в газово-пылевом облаке, дви­гавшихся до того по самостоятельным эллиптическим орбитам во­круг Солнца. О. Ю. Шмидт не рассматривал детально механизм объединения пылевых частиц, но можно думать, что при этом су-» щественную роль играют те же факторы, что при слипании частиц аэрозолей. Безусловно, на процесс образования агрегатов должны влиять поверхностные силы, наличие у частиц электрического за­ряда и т. д. Картина, конечно, сильно усложняется тем, что га — зово-пылевое облако находится под интенсивным действием такого мощного фактора, как солнечное излучение во всех его видах.

Коллоидные системы и процессы имеют огромное значение для метеорологических явлений, при образовании горных пород и ми­нералов, в сельском хозяйстве.

Облака и туманы представляют собою коллоидные системы типа Ж/Г, причем очень часто их частицы несут электрический за­ряд. Дождь, грозовые разряды и другие метеорологические явле­ния должны рассматриваться как явления, связанные с коллоид­ными процессами.

В настоящее время в результате всестороннего изучения свойств аэрозолей Б. В. Дерягиным, Н. А. Фуксом, И. В. Петря — новым, А. Г. Амелиным и другими советскими учеными разрабо­таны способы борьбы с пылями, дымами и туманами, а также спо­собы искусственного вызывания осадков, что чрезвычайно важно для сельского хозяйства.

Образование дельт при впадении рек в море также является в значительной мере коллоидным процессом. В пресной воде рек обычно содержится огромное число взвешенных минеральных час­тиц с размерами, близкими к коллоидным. Эти частицы обладают электрическим зарядом, как и большинство коллоидных частиц. При впадении рек в море в результате смешения речной воды с морской, содержащей значительное количество электролитов, взвешенные частицы теряют устойчивость, слипаются друг с дру­гом и в виде агрегатов выпадают на дно, образуя отмели.

Огромное значение имеет коллоидная химия в земледелии. Почва является сложнейшей коллоидной системой. Размер и форма частиц почвы, наряду с их природой, определяют водо­проницаемость и поглотительную способность почвы, которые в свою очередь влияют на урожайность. Пески, обладающие не­высокой дисперсностью, легко пропускают воду, высокодисперс­ные же глины, наоборот, хорошо удерживают влагу. Присутствие щелочен повышает дисперсность и гидрофильность почв. В проти­воположность этому соли кальция коагулируют почву и понижают ее гидрофильность. На этом основано известкование почвы, при­меняемое Для того, чтобы понизить способность почвы удерживать влагу. В последнее время широко применяются так называемые структурирующие агенты на основе некоторых полимеров, внесе­ние которых в почву устраняет эрозию и придает почве желатель­ные свойства.

В народном хозяйстве нет ни одной отрасли промышленности, которая в той или иной степени не имела бы дела с коллоидными системами и коллоидными процессами. Например, задачей метал­лурга является получение металла с оптимальной микро — и уль­трамикроструктурой, что осуществляется введением в сплав определенных присадок. В металлообрабатывающей промышлен­ности такие процессы, как закалка, отжиг и прокатка, также имеют целью изменение в нужном направлении микроструктуры металла.

Керамическое производство теснейшим образом связано с кол­лоидной химией, поскольку основное сырье этого производства — глиняное тесто является концентрированной суспензией гидрати — рованных силикатов алюминия. Существенно, что качество глины определяется более физическими свойствами ее частиц (размер, форма, состояние поверхности), нежели химическими свойствами.

Другое использование глин уже в качестве компонентов рас­творов, используемых при бурении, катализаторов, носителей ка­тализаторов, осушителей и осветлителей различных жидкостей, начиная от вина и кончая продуктами нефтеперерабатывающей промышленности, разрабатывается на Украине Ф. Д. Овчаренко с сотр.

Весьма важны закономерности коллоидной химии при созда­нии на базе минерального сырья новых строительных материалов. Фундаментальные исследования П. А. Ребиндера и его школы в области вяжущих средств привели к созданию конструкционных материалов, обладающих повышенной прочностью и рядом дру­гих ценных свойств.

С коллоидной химией связаны и производства, перерабатываю­щие органическое сырье. Например, технология получения бумаги включает процессы измельчения растительного волокна до высо­кой степени дисперсности, приготовление дисперсий различных проклеивающих агентов (канифоли, искусственных смол, каучука) и отложение на поверхности измельченного волокна в результате коагулирующего действия электролитов частиц этих дисперсий, что придает бумаге ряд ценных свойств.

Крашение волокна и дубление кожи является также примером технологий, где основную роль играют коллоидные процессы. Кра­шение и дубление заключается в диффузии коллоидных частиц красителя или дубителя в ткань или голье, в коагуляции этих час­тиц при соприкосновении с элементарными волоконцами и в фик­сации скоагулированных частиц на элементарных волоконцах.

В производстве синтетического каучука, резины и пластмасс коллоидные процессы играют немаловажную роль. Так, эмульсион­ная полимеризация, в результате которой получают дисперсии синтетических каучуков (синтетические латексы), это процесс, про­текающий в коллоидной системе. Резина и различные пластмассы обычно содержат мельчайшие частицы минеральных наполните­лей, придающие им нужные свойства, и поэтому должны рассмат­риваться как коллоидные системы.

Основной операцией производства лаков и красок является из­мельчение пигментов в соответствующих средах до возможно бо­лее высокой степени дисперсности. Цвет и кроющая способность лаков или красок в большой степени зависят от размера частиц пигмента.

Многие основные операции в фармацевтической промышленно­сти являются по существу коллоидными процессами Например, изготовление эмульсий, кремов, мазей сводится к диспергирова­нию нужных веществ в подходящих средах. Некоторые лекарства применяются в коллоидной форме. Так, колларгол представляет собою тончайшую дисперсию препарата серебра. Введение в ор­ганизм лекарства в коллоидной форме, во-первых, локализует его действие, а, во-вторых, увеличивает срок его действия на больной орган, так как такое вещество выводится из тканей организма го­раздо медленнее, чем если бы оно было введено в виде обычного раствора.

Вспомогательные операции в ряде производств очень часто представляют собою коллоидные процессы. Например, выделение воды из нефти на нефтеперерабатывающих заводах, разрушение эмульсий, образующихся в химических производствах при про­мывке того или иного жидкого продукта водой, приготовление раз­личных эмульсий в текстильном, кожевенном и ряде других про­изводств. Типичными коллоидными процессами являются водо — и газоочистка. Водоочистка сводится к коагуляции взвешенных в воде мельчайших частиц электролитами или к извлечению из воды примесей путем адсорбции. Один из современных способов газоочистки заключается в придании содержащимся в газе или дыме твердым или жидким частицам достаточно большого элек­трического заряда и затем в отложении заряженных частиц на противоположно заряженном электроде. Более подробно такой способ газоочистки рассмотрен в гл. XI.

Мы рассмотрели здесь значение для человека коллоидных си­стем и коллоидных процессов, но ничего не сказали о роли в при­роде и технике высокомолекулярных соединений, растворы кото­рых обладают многими коллоидными свойствами. Значение высо­комолекулярных соединений в технике будет показано в гл. XIV настоящего курса. Здесь же только укажем, что организмы расте­ний и животных состоят из растворов и студней высокомолекуляр­ных веществ. Поэтому биохимия и медицина теснейшим образом связаны с коллоидной химией. Заметим также, что многие техно­логические процессы пищевой промышленности по существу яв­ляются коллоидными процессами. В хлебопекарной промышлен­ности при приготовлении теста огромное значение имеют явления набухания, а при выпекании хлеба — явления коагуляции. Приго­товление маргарина, соусов и майонезов представляет собою не что иное, как процесс эмульгирования. В молочной промышлен­ности получение простокваши и сыра является процессом коагу­ляции и синерезиса (явление, обратное набуханию). Наконец, за­солка и варка мяса также сводятся к явлениям коагуляции или, точнее, денатурации белков.