Лако-красочные материалы — производство

Изменение энергии Гиббса пигментированных систем AF при дисперги­ровании обусловлено главным образом увеличением поверхности дисперсной фазы As при дезагрегации пигментных частиц и увеличением энтропии системы AS за счет более равномерного распределения компо­нентов в объеме системы:

bF=AU + oi, iAs-TAS, (ЗЛ4)

где U — внутренняя энергия системы; CTI,2 — межфазное поверхностное натяжение пиг­мент — среда.

Изменение внутренней энергии системы AU пигмента и пленкообразо — вателя мало, так как при диспергировании химических превращений не происходит.

Как правило, вклад энергетической составляющей более значителен, по сравнению с энтропийной, следствием чего является повышение энергии Гиббса системы при диспергировании. Это определяет несамопроизволь­ный характер процесса, для проведения которого требуется подвод энергии извне и получение систем, обладающих еще большим избытком энергии Гиббса, т. е. термодинамически неустойчивых, склонных к астабилизации дисперсных систем.

С целью оптимизации процесса и получения более устойчивых пигмент­ных суспензий диспергирование ведут в условиях, обеспечивающих снижение межфазного натяжения на границе пигмент — среда ai,2, благодаря чему вклад энергетического члена [в уравнении (3.14)] в возрастание энергии системы уменьшается.

Межфазное натяжение в дисперсных системах твердое тело — жид­кость может быть определено соотношением Гуда — Овенса — Вендта (3.6).

Теоретически (по П. А. Ребиндеру) при некотором малом значении ai,2 энергия Гиббса системы при диспергировании может даже убывать, благодаря возрастанию энтропии, т. е. процесс диспергирования может протекать самопроизвольно с образованием термодинамически устойчи­вых двухфазных систем. Однако на практике для пигментных дисперсий это не достижимо.

Термодинамическое рассмотрение процесса диспергирования пигмен­тов позволяет определить практические приемы для его оптимизации.

Очевидно, что снижение ai,2 и соответственно снижение энергии Гиббса системы может быть осуществлено путем уменьшения поверхностного натяжения сосуществующих фаз и увеличения дисперсионного или поляр-

ного взаимодействия на межфазной границе. Поверхностное натяжение твердой фазы (пигмента), определяемое взаимодействием между элемента­ми кристаллической решетки, снижают путем химической модификации поверхности пигментов различными модификаторами, образующими про* межуточную поверхностную фазу с меньшим, чем у кристаллических тел, взаимодействием между структурными элементами. Поверхностное натя­жение жидкой фазы снижают путем введения ПАВ или, используя поверхностную активность пленкообразователей, которые в силу дифиль — ности молекул специфически адсорбируются на межфазных границах (жидкость — воздух и жидкость — пигмент). Увеличение межфазного взаимодействия (а?, а&, а", а«) достигается путем подбора соответствую­щих пар пигмент — пленкообразователь, состава дисперсионной среды (природа растворителя, соотношение пленкообразователь: растворитель, наличие ПАВ), модифицированием поверхности пигментов для обеспече­ния максимальной адсорбции молекул пленкообразователя и повышения сродства фаз.

Адсорбция на поверхности пигментов происходит в неравновесных динамических условиях, так как процесс диспергирования сопряжен с» образованием новой ме. жфазной поверхности, к которой устремляется поток адсорбирующихся молекул q:

<= (£)„.-» (‘-Р = -)с, — Г (3.15,’

где D, {J, а — коэффициенты объемной диффузии, адсорбции и десорбции; Г — предельная

адсорбция;———- градиент концентрации адсорбирующихся молекул; СХш. а — концентрация

адсорбирующихся молекул у межфазной границы.

Коэффициент объемной диффузии D для молекул пленкообразующих веществ зависит от их молекулярной и надмолекулярной структуры. Поэтому важнейшими параметрами процесса диспергирования, опреде­ляющими его динамику и стабильность красочных суспензий, является молекулярная масса пленкообразователя, степень развернутости молекул пленкообразователя в растворе и способность его молекул к образованию ассоциатов в растворе, которые переходят на твердую поверхность. По­этому оптимальные условия процесса диспергирования (максимальное значение D) реализуются при низкой молекулярной массе пленкообразова­теля путем использования олигомерных пленкообразователей-диспергато — ров, понижения концентрации пленкообразователя (метод «тощих паст»), создания условий неполной развернутости молекул пленкообразо — вателя (введение разбавителей).