Лако-красочные материалы — производство

Обнаруживаемые изменения структуры воды в граничных слоях не только сказываются на ее физических свойствах, но и вызывают изменение расклинивающего давления в тонкой прослойке [42, 43]. Этот эффект возникает при перекрытии граничных слоев с измененной структурой в достаточно тонких прослойках. Структурные изменения прослойки, происходящие при перекрытии, ведут к изменению ее свободной энергии Fs, которая становится функцией толщины прослойки h. Тер­модинамическим следствием этого является появление струк­турной составляющей расклинивающего давления IL = — (dFs/ !dh)T, величина и знак которой зависят от характера происхо­дящей при перекрытии структурной перестройки. Так как AFS = AHS—TASs (где AHs — изменение энергии межмолекуляр­ных связей, a ASs — изменение энтропии в прослойке при из­менениях взаимной ориентации молекул, характеризуемой па­раметром порядка), знак производной dFs/dh зависит от изме­нений энтропии и энтальпии прослойки воды при изменении ее толщины.

В прослойках воды между гидрофильными поверхностями структурные силы вызывают отталкивание поверхностей, здесь ГЬ>0. Гидрофобные поверхности испытывают в воде силы структурного притяжения (Ш>0). Из экспериментов и теоре­тического рассмотрения следует, что структурные силы экспо­ненциально зависят от толщины прослойки:

П5(/г)=/Сехр (—h/l). (1.1)

Здесь I характеризует длину корреляции ориентационной упорядоченно­сти молекул воды в граничном слое, а константа К пропорциональна степе­ни упорядоченности молекул у поверхностей прослойки. Для воды вблизи силикатных поверхностей /«1 нм и К«Ю2-ь103 Н/см2. Для гидрофобных поверхностей I сохраняет порядок величины, но К меняет знак.

Как следует из численных экспериментов, вблизи гидрофоб­ных поверхностей плотность воды понижена и давление на стенки Р меньше давления Р0 в объемной жидкой фазе. В ре­зультате расклинивающее давление IL = P—Р0 отрицательно, что ведет к притяжению гидрофобных поверхностей в воде. Это является следствием того, что контакт воды с несмачивае — мой ею поверхностью термодинамически не выгоден: вода са­мопроизвольно под действием сил структурного притяжения выдавливается из гидрофобной прослойки. Этот «гидрофобный» эффект уже давно был известен применительно к макромоле­кулам в водных растворах. Его проявление в макроскопичес­ком масштабе получило название гидрофобного взаимодейст­вия [44]; это частный случай более общего понятия структур­ных сил [42].

Вблизи гидрофильных поверхностей плотность воды повы­шена и давление на стенке выше Ра- Структурная составляю­щая расклинивающего давления здесь положительна (П8>0). Резкое возрастание структурных сил отталкивания при утон­чении водных прослоек препятствует слипанию частиц гидро­фильных коллоидов и обеспечивает устойчивость тонких пле­нок воды на гидрофильных поверхностях. В тех случаях, когда состояние поверхности является промежуточным между гидро­фильным и гидрофобным, структура воды в граничных слоях из­менена незначительно и структурное взаимодействие практичес­ки не проявляется. В этом случае взаимодействие между поверх­ностями, разделяющими водную прослойку, определяется, в со­ответствии с теорией Дерягина — Ландау — Фервея — Овербека (ДЛФО), молекулярной и электростатической составляющими расклинивающего давления [42, 43].