Лако-красочные материалы — производство

В динамическом адсорбционном слое поверхностная кон­центрация поверхностно-активного вещества и, следовательно, поверхностное натяжение изменяются от точки к точке. К лю­бому элементу длины на поверхности, ориентированному по­перек поверхностного градиента концентрации, приложена сила, направленная в сторону возрастания поверхностного натяжения о. Действительно, сила Ръ приложенная к этому элементу длины со стороны участка с большим поверхностным натяжением, больше соответствующей силы F2 со стороны участка с меньшим поверхностным натяжением. Но сила Fx и, следовательно, результирующая сила направлены в сторону возрастания поверхностного натяжения а.

Тангенциальные движения жидкости, порождаемые гра­диентом поверхностного натяжения, в зависимости от конкрет­ных условий могут как препятствовать, так и способствовать процессу утоныцения пленок дисперсионной среды.

Наиболее известное явление подобного рода — эффект Ма- рангони—Гиббса, который рассматривается как важный фак­тор стабилизации пен и эмульсий.

Пусть по какой-либо причине участок пленки, разделяющий пузырьки пены и покрытый растворимым поверхностно-актив­ным веществом, растягивается и утоньшается. При этом площадь поверхности этого участка пленки увеличивается, значение адсорбции на ней понижается, а поверхностное натяжение увеличивается. Увеличение приведет к возникновению тен­денции сокращения поверхности пленки, т. е. будет препят­ствовать основному фактору, действующему в направлении растяжения пленки.

Скорость коалесценции жидких капель (фаза 1), взвешен­ных в иной несмешивающейся жидкости (фаза 2), увеличивается при наличии третьей компоненты [11—131, понижающей по­верхностное натяжение и растворимой в обеих фазах, если последняя диффундирует из капли, и уменьшается, если поток направлен в каплю. Ясно, что в первом случае в зазоре между каплями концентрация поверхностно-активного вещества по­вышается, а во втором — понижается.

Следовательно, в первом случае на участках капель, при­лежащих к зазору, значение адсорбции повышается по сравне­нию с остальной поверхностью капли, а поверхностное натя­жение соответственно понижается. Возникающее под влиянием перепада поверхностного натяжения движение поверхности пере­дается жидкости, заполняющей зазор, и способствует ее уда­лению из зазора, что и приводит к увеличению скорости коалес­ценции. Нетрудно аналогичным образом показать, что при диффузии реагента в каплю возникает течение жидкости в за­зор, затрудняющее его утоньшение и замедляющее тем самым коалесценцию капель.

Наиболее детальное исследование этих эффектов проведено в работе Мак-Кэя и Мейсона [14], которые изучали кинетику утоныиения прослойки между плоской поверхностью и поверх­ностью капли в процессе их сближения интерферометрическим методом. Результаты сопоставлялись с формулой, полученной в предположении о ламинарном вязком истечении жидкости из зазора между каплей и плоской • поверхностью и о непо­движности поверхностей раздела фаз. С целью упрощения расчета вместо сложной реальной геометрии зазора рассма­тривалось истечение из плоскопараллельного зазора образу­ющегося между диском и плоскостью. Результаты эксперимен­тов в первом приближении подтвердили правильность пред­ставлений о вязком сопротивлении утоньшающегося зазора. Обнаруженное также и в этих экспериментах влияние диффузии третьего компонента на кинетику утоньшения качественно согласуется с изложенными выше соображениями о диффузион­ном механизме этих сил. Однако количественную проверку осуществить не удалось, поскольку авторы не сумели пре­одолеть математических трудностей вывода формулы, учиты­вающей также движение поверхностей раздела под влиянием измерения поверхностного натяжения. Последнее удалось уста­новить непосредственно при наблюдении под микроскопом движения частиц, нанесенных на поверхность капли.

К указанным исследованиям непосредственно примыкает работа [15]. Результаты, полученные в той части работы, кото­рая касается влияния диффузии поверхностно-активных ве­ществ на коалесценцию капель, согласуется с выводами выше­упомянутых работ. Кроме того, в этой работе в качестве третьего компонента использовали также поверхностно-инактивные ве­щества, каковыми являются неорганические электролиты. Как и следовало ожидать, знак эффекта при замене поверхностно — активного вещества поверхностно-инактивным изменяется. Тис — сен [15] подчеркивает, что изучение коалесценции при наличии диффундирующей соли представляет также и практический интерес, поскольку экстракция солей из водных растворов с помощью органических растворителей при изоляции соедине­ний металлов получила широкое распространение.

В связи с проблемой устойчивости пен большое внимание исследователей привлекал [16, 17] и привлекает [18] процесс сближения пузырька газа с поверхностью раздела жидкость— газ, утоньшения и разрушения разделяющей их пленки. В пос­леднее время основное внимание уделяется изучению кинетики утоньшения пленки, контролируемой ее вязким сопротивле­нием, влияния поверхностно-активных веществ на этот про­цесс. В работе [18] экспериментально подтверждена формула для скорости утоньшения, учитывающая роль вязких сил, что указывает на их значение. В этой же работе влияние по — верхностно-активных веществ объясняется в связи с возник­новением перепада поверхностного натяжения вдоль зазора, затрудняющего истечение жидкости. Заметим также, что ре­зультаты исследования кинетики утоньшения пленки между сближающимися пузырьками, проведенного Классеном [19], тоже хорошо согласуются с представлениями о роли вязких сил перепада поверхностного натяжения в этом явлении.

При рассмотрении элементарного акта флотации многие исследователи отмечают трудность выяснения механизма, по­средством которого обеспечивается утоньшение прослойки воды между минеральной частицей малого размера и пузырьком за время их сближения. Утоньшение пленки происходит за счет сил инерции, пленка разрушается как бы за счет удара частицы. Так как для более мелких частиц инерционные силы недостаточно велики для преодоления вязких сил, возникших при утоньшении пленки, а частицы к пузырьку все-таки при­липают, Сазерленд и Уорк [20] выдвигают гипотезу о наличии сил притяжения между поверхностями пузырька и минераль­ной частицы с радиусом действия, намного превышающим толщину граничных фаз у этих поверхностей. В этой связи они детально описывают любопытный опыт, проведенный Эвансом и Эверсом [21 ].

На небольшой участок наклонной поверхности твердого тела предварительно наносился тонкий слой растворимого ионогенного поверхностно-активного вещества. При стекании пленки воды в стационарном режиме по этой наклонной по­верхности толщина ее повсюду, за исключением участка, покрытого поверхностно-активным веществом, оставалась по­стоянной. Над этим участком пленка заметно утоньшалась под влиянием поверхностно-активных веществ. Так как по­верхность пленки в месте утоньшения существенно искриви­лась, исследователи сделали совершенно правильный вывод о том, что по нормали поверхности раздела вода—воздух приложены значительные силы, которые должны скомпенси­ровать капиллярное давление, обусловленное искривлением поверхности пленки. Так как источником этих сил является слой поверхностно-активного вещества, радиус их действия не меньше толщины пленки, которая в этих опытах составляла де­сятки микрон. Сазерленд и Уорк не объяснили механизма подоб­ного дальнодействия, однако указали на исключительную важ­ность природы этого эффекта для теории и практики флотации.

Дальнодействующие силы, приводящие к утоньшению пленки, возникают в процессе десорбции поверхностно-актив — ного вещества, диффузии его к поверхности раздела вода— воздух и адсорбции на ней. Так как адсорбция поверхностно — активного вещества сопровождается понижением поверхност­ного натяжения, возникает пленочное течение в области пленки, свободной от поверхностно-активного вещества, спо­собствующее ее утоньшению [22].