Лако-красочные материалы — производство

Силы, действующие между двумя телами в дисперсиях, обычно называют поверхностными силами. Они обусловлены не только атомами на поверхности вещества, но и атомами, находящимися в его объеме. Гамакер [19] рассчитал эти силы. Их можно пред­ставить следующим образом:

Уа= — А/48п ^1/^+1/(Л+ 6)2-2(5.6)

Если то Уа=— бМ/32жг4; (5.6а)

<г<6 УА= —А/48л[1/с12—7/62]; (5 66)

Уа=—А/4&лс1 (5.6в)

У____ энергия притяжения для двух пластин толщиной б на расстоянии друг

От друга равном 2й А — константа Гамакера для вещества, из которого состоят пластины.

Гамакер [20] также показал, что энергия притяжения (К.,) между двумя одинаковыми сферами радиуса а, расстояние. между поверхностями которых А, равна:

1^А= —И/6[2/(52 —4) -|-2/52Ч-1п{(52 —4)/52}], (5.7)

Где 5 = 2 А/а.

Если сК. а, то

УА ~ —.Аа/Ш, (5.7а)’

И для сфер с радиусами щ, а2:

— Аща?

А~~ Ы (а,+а2)

Можно рассчитать силы притяжения, зная размер частиц, среду, расстояние между ними, и выразить результаты в виде энергии притяжения (1/А). Однако константа Гамакера А полу­чена для вакуума. При рассмотрении энергии притяжения между двумя частицами в жидкости необходимо ее модифицировать с учетом окружающей среды. Гамакер показал, что частицы веще­ства А в среде вещества Ач имеют общую константу Гамакера А—А—Ач — 2-д/ЛИг — Если имеются два разных вещества’—

1 и 2 в среде 3, то модифицированная константа Гамакера равна:

А1Ъ2 = (А{2-А№) (АЦ2 — А ^2). (5.8)

■ Перечень значений констант Гамакера для обычных веществ дан в работе [21]. Грегори [22] показал, как на основании про­стых экспериментальных измерений можно приблизительно рас­считать константу Гамакера.

.Следует обратить внимание на то, что эти силы всегда явля­ются силами притяжения. При необходимости получения боль­шей точности можно вводить поправки, например уточнение Волда с учетом адсорбционных слоев [22] или Казимира и Пол — дера с учетом запаздывания сил притяжения. [24, 25]. Но простое рассмотрение опубликованных значений констант Гамакера пока­зывает, что они могут изменяться на порядок и поэтому редко оправдана необходимость использования усложняющих поправок с целью учета непостоянных трудно уловимых эффектов, таких как в работах Волда [23] и Винсента [26].

Хотя между двумя одинаковыми частицами всегда действует сила притяжения, Виссер [27] отмечает, что при определенных условиях можно получить отрицательную константу Гамакера в трехкомпонентной системе, когда Ли С Лзз<Л22 или Ли >Лзз > >Л22, где Лзз представляет собой индивидуальную константу Гамакера данной среды. Важно отметить, что и в этом случае одинаковые частицы Лц, находящиеся в среде Л33, также как
и А-22 в среде Л33 по-прежнему будут притягиваться, но частицы А п и Л22 — отталкиваться друг от друга. Примером подобного типа отсутствия ассоциации, как полагают, могут быть частицы политетрафторэтилена и графита в воде.

Чтобы получить «коллоидную дисперсию» необходимо создать условия, чтобы энергия отталкивания (1^) между частицами была больше энергии притяжения и в результате сложения этих двух энергий оставалась бы значительная результирующая энер­гия отталкивания. Поскольку энергии отталкивания и притяже­ния зависят от расстояния между частицами, важно знать рас­пределение частиц, особенно в красках, которые с коллоидной точки зрения рассматриваются как «концентрированные» си­стемы. Можно показать, что в случае плотной упаковки сфери­ческих частиц, отношение расстояний между поверхностями частиц (5) к расстоянию между центрами частиц (с) связано с общим объемом зависимостью:

•5/с=] — (ОКП/0,74)’/3, (5.9)

Где ОКП—объемная концентрация пигмента, %.

Ниже приведены значения ОКП и расстояния между поверх­ностями сферических частиц:

Для монодисперсных сферических частиц любого размера среднее расстояние 5 равно одному диаметру частицы при ОКП равном 9,25%. Поэтому среднее расстояние между частицами для ТЮг при такой концентрации равно приблизительно 200 нм, а для меньших частиц при той же ОКП это расстояние будет про­порционально меньше.

Если сравнить энергии отталкивания и притяжения, помня, что для частиц, находящихся в Броуновском движении, средняя энергия перемещений при комнатной температуре равна 3/2 кТ, то для их стабилизации необходимо иметь энергетический барьер (^макс), значительно превышающий эту величину (рис. 5.3).

На кривой общей энергии может наблюдаться «вторичный минимум», соответствующий энергии, которая характеризует возможность существования слабой флокуляции. Она называ­ется «слабой флокуляцией» (Умин) или «вторичной минималь­ной флокуляцией» в отличие от более сильной флокуляции, которая происходит при дальнейшем сближении частиц и иногда называется «первичной флокуляцией». Следует заметить, что иногда в литературе [28] пользуются терминологией, отличной

От используемой в лакокрасочной промышленности; например, термин «коагуляция» в литературе употребляется для описания флокуляции, в то время как обычно этот термин в промышлен­ности применяют тогда, когда наблюдается необратимая ассо­циация латексных или эмульсионных частиц.