Лако-красочные материалы — производство

Направленное перемещение частиц дисперсной фазы под дей­ствием приложенной разности потенциалов (электрофорез) можно наблюдать в седиментационно устойчивых дисперсных системах. При наложении на такую систему внешней разности Потенциалов происходит разрыв двойного электрического слоя по плоскости скольжения, в результате чего частица получает определенный заряд и перемещается к соответствующему элек­троду.

При электрофорезе можно непосредственно измерять ско — ‘рость движения частиц. Электрофорез удобно наблюдать с по — ‘Мощью прибора, изображенного на рис. IV. 13. Прибор пред­ставляет собой U-образную трубку, в колена которой вставле-

Рис. IV.14. Схема, иллюстрирую­щая релаксационный эффект при электрофорезе

Рис. IV.13. Прибор, для наблюде­ния электрофореза

Ны электроды. Трубку заполняют до уровня а—а исследуемым золем, на поверхность которого наливают контактную жидкость, имеющую одинаковую с золем электропроводность, и на элек­троды подают напряжение. Через определенные промежутки Бремени отмечают уровень золя в обоих коленах трубки. Есте­ственно, что скорость перемещения частиц дисперсной фазы определяется значением ^-потенциала на частицах твердой фазы.

Полученное ранее дифференциальное уравнение (IV.73) справедливо как для электроосмоса, так н для электрофореза, поскольку оно было выведено нз баланса движущих снл про­цесса— электрической силы н силы трення. Отличие состоит только в выбранной системе координат. Если прн электроосмосе движется жидкость относительно твердого тела, то прн элек­трофорезе, наоборот, частицы движутся относительно жидкой среды. Внд уравнений (IV.74) и (IV.76) в применении их к электрофорезу остается тем же, только под скоростью и имеют в виду линейную скорость движения частиц. Отношение скоро­сти движения дисперсной фазы к напряженности электрическо­го поля и0/Е при электрофорезе называют электрофоретической подвижностью:

Иэ<ь=и0/Е=г0г%/т (IV.79I

При выводе соотношений (IV.79) и (IV.80) принимаются следующие ограничения: 1) частицы движутся в однородном электрическом поле; 2) частицы могут иметь любую форму и они не проводят электрический ток; 3) толщина двойного электрического слоя должна быть значительно меньше размера частиц.

Для расчета ^-потенциала (в В) на частицах, находящихся в разбавленных водных растворах при 20 °С, можно пользо­ваться следующим простым соотношением

£= 1,42- 10еіізф UV.81)

Где электрофоретическая подвижность «:„(, выражена в м2/(с-В).

Опытные значения электрофоретической подвижности обыч­но составляют »5,0-10^8 м2/(с-В), а электрокинетического по­тенциала— до 100 мВ. Экспериментально определенные значе­ния подвижности оказываются меньше расчетных. Следует отметить, что по абсолютному значению величина иэф одного по­рядка со скоростью движения ионов в электрическом поле с на­пряженностью, равной единице. Несовпадение эксперименталь­ных и теоретических значений электрофоретической подвижно­сти определяется в основном двумя эффектами, неучтенными теорией Гельмгольца — Смолуховского: релаксационным эффек­том и электрофоретическим торможением.

Релаксационный эффект проявляется в нарушении симмет­рии диффузного слоя вокруг частицы при относительном движе­нии фаз в противоположные стороны. Возникает внутреннее электрическое поле (диполь), направленное против внешнего поля (рис, IV.14). Для восстановления равновесного состояния системы требуется некоторое время, называемое временем ре­лаксации. Время релаксации достаточно велико, и система не успевает прийти в равновесие, в связи с чем эффективная напря­женность электрического поля Е уменьшается, а, следовательно, определяемое экспериментально значение иэф и расчетное зна­чение ^-потенциала получаются заниженными.

Электрофоретическое торможение обусловлено сопротивлени­ем движению частицы обратным потоком противоионов, кото­рый увлекает за собой жидкость. Вследствие этого электрофо­ретическая скорость уменьшается. Гюккель, основываясь на тео­рии сильных электролитов, установил, что в уравнение (IV.79) необходимо ввести множитель 2/з как поправку на электрофоре­тическое торможение. В дальнейшем было показано, что элект­рофоретическое торможение является функцией размера части­цы и толщины диффузного слоя. Поправка Гюккеля необходи­ма, если толщина диффузного слоя значительно превышает раз­мер частицы; при условии соизмеримости этих параметров ее значение может находиться в пределах от 2/3 до 1.

Таким образом, электроосмотический и электрофоретический методы определения ^-потенциала не учитывают ряд факторов, поэтому результаты расчетов оказываются заниженными. В не­которых случаях эти факторы удается учесть введением попра­вок, в других — это сделать пока нельзя. Большинством этих факторов можно пренебречь при сравнительных измерениях* когда определяют относительное изменение ^-потенциала.