Лако-красочные материалы — производство

Смачивание является первой стадией взаимодействия пигментов с смесями и расплавами пленкообразователей при производстве лакокрасочных материалов. Смачиваемость пигментов определяется как энергетическими параметрами систем, так и кинетическими, зависящими от размеров и формы пигментных частиц, плотности их упаковки, структуры пор, также вязкости смачивающей воды.

Различие меж поверхностными явлениями смачивания и адгезии состоит в том, что смачивание происходит при наличии сопряженных фаз — газовой, водянистой и жесткой, а адгезия имеет место меж 2-мя фазами — водянистой и жесткой — после удаления газа, т. е. после смачивания.

Термодинамика смачивания. Адгезия воды к поверхности твердого тела Wа оценивается работой, которую нужно затратить для отрыва воды от единицы жесткой поверхности. Количественно смачиваемость охарактеризовывают сбалансированным углом смачивания q на границе раздела 3-х фаз. Жесткое тело лиофильно, т. е. смачивается жидкостью, если 0°

Значение краевого угла смачивания q определяется соотношением удельных поверхностных энергий на границе раздела 3-х контактирующих фаз:

cosq = (sт-г — sт-ж )/sж-г ,

где s — поверхностное натяжение на соответственной границе раздела.

Работа адгезии равна:

Wа = sж-г + sт-г — sт-ж,

Из этих 2-ух уравнений получено выражение работы адгезии Дюпре — Юнга:

Wа = sж-г (1+cosq)

При полном смачивании (q = 0) Wа = 2sж-г, при отсутствии смачивания (q=180°) Wа = 0.

Смачивание и растекание воды по жесткой поверхности может происходить исключительно в том случае, когда работа адгезии больше межмолекулярного взаимодействия в самой воды, т. е. работы когезии. При растекании воды происходит подмена поверхности раздела жесткое тело — газ на жидкость — газ с образованием прослойки жесткое тело — жидкость. Общая поверхностная энергия системы при всем этом миниатюризируется на величину

DU = sж-г— sт-г, которая является движущей силой смачивания. В случае отрицательного значения DU происходит самопроизвольное и полное смачивание с выделением термический энергии. При положительном значении DU смачивание может быть только при подводе энергии снаружи, т. е. при нагревании либо механическом трении.

Возможность смачивания определяется сначала хим природой воды и твердого тела, также припасом поверхностной энергии. Воды с малым припасом поверхностной энергии — низким поверхностным натяжением отлично смачивают поверхности с высочайшей энергией. Для органических жидкостей способность смачивать поверхность ограничивается так именуемым критичным поверхностным натяжением sкр, т. е. наибольшим поверхностным натяжением, при котором еще может быть смачивание данного пигмента. По значению sкр косвенно можно оценивать поверхностную энергию пигментов и ее конфигурации при модифицировании поверхности.

Кинетика смачивания. Процесс растекания воды проходит со значительными задержками и может останавливаться за длительное время до заслуги сбалансированного краевого угла смачивания q. Задержку продвижения границы воды на жесткой поверхности именуют гистерезисом смачивания. Различают три вида гистерезиса. Кинетический гистерезис обоснован издержкой времени на изменение ориентации молекул воды, мигрирующей по жесткой поверхности. В особенности очень он проявляется в высокоструктурированных пленкообразующих субстанциях. Порядковый либо статический гистерезис обоснован энергозатратой и времени на вытеснение находящихся всегда на жесткой поверхности адсорбированных газов и паров жидкостей. Дисперсионный гистерезис
обоснован издержкой времени на преодоление неровностей поверхности. Он в особенности очень проявляется при смачивании порошков пигментов и растет с повышением их дисперсности. Краевой угол q при смачивании порошков может быть намного больше, чем при смачивании такого же материала с гладкой поверхностью (в монолите).

Частички пигментов всегда агрегированы, и чем они меньше, тем прочнее контакты и меньше капиллярные каналы меж ними и тем сложнее просачиваться в их смачивающей воды. Скорость пропитки порошков жидкостью vпр описывается уравнением Уошберна:

где l — длина пути пройденного жидкостью в слое порошка за время t; r — средний радиус капилляров перового места меж частичками; К—коэффициент, характеризующий упаковку частиц, их форму и извилистость каналов; sж-г — поверхностное натяжение смачивающего раствора; q — сбалансированный краевой угол смачивания; h — вязкость воды; W — энергия смачивания — движущая сила процесса пропитки порошка жидкостью.

Процесс смачивания порошка сопровождается выделением теплоты и десорбцией газов в количестве от 0,1 до 0,5 см3/г.

Избирательность и инверсия смачиваемости. Способность жесткой поверхности смачиваться той либо другой жидкостью (смачиваемость) определяется хим природой взаимодействующих фаз. Поверх­ность твердого тела всегда мозаична, имеет гидрофильные и гидро­фобные (олеофильные) участки. Жидкость непременно перебегает на лучше смачиваемые ею участки поверхности. Потому даже при полном растекании воды не исключена возможность наличия под ее слоем несмоченных участков. Доминирование тех либо других участков охарактеризовывает общую смачиваемость поверхности. Количественно характеристики поверхности П. А. Ребиндер предложил оценивать по значению дела теплот смачивания водой и гексаном (либо бензолом):

b=Q1/Q2.

Если b > 1, поверхность гидрофильна, если нет — гидрофобна. Избирательность смачивания употребляют для перевода пигментов из аква среды в среду пленкообразователей, минуя процесс сушки. (Процесс «отбивки» воды (фляшинг-процесс)).