2.3. ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА

  Главная      Учебники - Радиотехника     Технология керамических радио- электронных материалов 

 поиск по сайту           правообладателям

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

 

 

 

2.3. ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Поверхностно-активные вещества имеют полярное (асимметричное) строение молекул, способны адсорбироваться на границе двух сред и понижать свободную поверхностную энергию системы. Совершенно незначительные добавки ПАВ могут изменить свойства поверхности частиц и придать материалу новые качества. В основе действия ПАВ лежит явление адсорбции, которое приводит одновременно к одному или двум противоположным эффектам: уменьшению взаимодействия между частицами и стабилизации поверхности раздела между ними вследствие образования межфазного слоя. Для большинства ПАВ характерно линейное строение молекул, длина которых значительно превышает поперечные размеры (рис. 2.4). Радикалы молекул состоят из групп, родственных по своим свойствам молекулам растворителя, и из функциональных групп со свойствами, резко отличными от него. Это полярные гидрофильные группы, обладающие резко выраженными валентными связями и оказывающие определенное влияние на смачивающее, смазывающее и другие действия, связанные с понятием поверхностной активности  нию» неполярных групп или молекул. Адсорбционный мономоле-кулярный слой молекул ПАВ свободными концами углеводородных цепей ориентируется от поверхности частиц и делает ее несмачи-ваемой, гидрофобной.

Эффективность действия той или иной добавки ПАВ зависит от физико-химических свойств материала. ПАВ, дающее эффект в одной химической системе, может не оказать никакого действия или явно противоположное — в другой. При этом очень важна концентрация ПАВ, определяющая степень насыщенности адсорбционного слоя. Иногда действие, аналогичное ПАВ, проявляют высокомолекулярные соединения, хотя они и не изменяют поверхностного натяжения воды, например поливиниловый спирт, производные целлюлозы, крахмал и даже биополимеры (белковые соединения). Действие ПАВ могут оказывать электролиты и вещества, нерастворимые в воде. Поэтому определить понятие «ПАВ» очень трудно. В широком смысле это понятие относится к любому веществу, которое в небольших количествах заметно изменяет поверхностные свойства дисперсной системы [18].

Классификация ПАВ очень разнообразна и в отдельных случаях противоречива [26—30]. Предпринято несколько попыток классификации по разным признакам.

По Ребиндеру все ПАВ по механизму действия разделяются на четыре группы:

смачиватели, пеногасители и пенообразователи, т. е. активные на границе раздела жидкость — газ. Они могут снизить поверхностное натяжение воды с 0,07 до 0,03—0,05 Дж/м2; диспергаторы, пептизаторы;

стабилизаторы, адсорбционные пластификаторы и разжижи-тели (понизители вязкости);

моющие вещества, обладающие всеми свойствами ПАВ.

За рубежом широко используется к л а сси ф и к а ци я ПАВ по функциональному назначению: разжижители, смачиватели, диспергаторы, дифлокулянты, пенообразователи и пеногасители, эмульгаторы, стабилизаторы дисперсных систем. Выделяются также связующие, пластифицирующие и смазывающие вещества.

По химическому строению ПАВ классифицируют в зависимости от природы гидрофильных групп и гидрофобных радикалов. Радикалы разделяют на две группы — ионогенные и неионогенные, первые могут быть анионо- и катионоактивные.

Неионогенные ПАВ содержат неионизирующиеся конечные группы с высоким сродством к дисперсионной среде (воде), в состав которых входят обычно атомы кислорода, азота, серы. Анионоактивные ПАВ — соединения, в которых длинная углеводородная цепочка молекул с низким сродством к дисперсионной среде входит в состав аниона, образующегося в водном растворе. Например, СООН — карбоксильная группа, S03H — сульфогруппа, 0S03H — группа эфира, H2S04 и др. К анионоактивным ПАВ относятся соли карбоновых кислот, алкилсульфаты, алкилсульфо-наты и т. п. Катионоактивные вещества образуют в водных растворах катионы, содержащие длинный углеводородный радикал. Например 1-, 2-, 3- и 4- замещенный аммоний и др. Примерами таких веществ могут быть соли аминов, аммониевые основания и т. п. Иногда выделяют третью группу ПАВ, куда входят амфотерные электролиты и амфолитные вещества, которые в зависимости от природы дисперсной фазы могут проявлять как кислые, так и основные свойства. Амфолиты нерастворимы в воде, но активны в неводных средах, например олеиновая кислота в углеводородах.

Японские исследователи предлагают классификацию ПАВ по физико-химическим свойствам: молекулярный вес, молекулярная структура, химическая активность и т. п.

Возникающие за счет ПАВ гелеобразные оболочки на твердых частицах в результате различной ориентации полярных и неполярных групп могут вызывать разнообразные эффекты: разжижение; стабилизацию; диспергирование; пеногашение; связывающее, пластифицирующее и смазывающее действия (2, 20—23].

Положительное действие ПАВ оказывает только при определенной концентрации. По вопросу оптимального количества С вводимых ПАВ имеются очень разнообразные мнения [1, 16, 14, 18]. Предлагаются формулы: C=kShd, где k — коэффициент; S — удельная поверхность материала; h — размер молекулы ПАВ; d— плотность ПАВ; C—MS/Ng, где М — молекулярная масса ПАВ; N=6,02* 1023 — число Авогадро; g— посадочная площадка одной молекулы. П. А. Ребиндер указывает, что для частиц 10—1 мкм необходимое количество ПАВ должно составлять 0,1—0,5%. В других источниках приводятся значения 0,05—1% и более для разной дисперсности. Для ферритов было найдено, что для образования мономолекулярного слоя при сухом помоле ПАВ необходимо брать из расчета 0,25 мг на 1 м2 удельной поверхности начального продукта; для мокрого помола — 0,15— 0,2 мг/м2. Практика показывает, что концентрация ПАВ в каждом конкретном случае должна подбираться экспериментально.

В технологии керамических РЭМ можно выделить четыре направления применения ПАВ, которые позволяют интенсифицировать физико-химические изменения и превращения в материалах и управлять ими в процессе синтеза:

интенсификация процессов тонкого измельчения порошков для повышения дисперсности материала и сокращения времени помола при достижении заданной дисперсности;

регулирование свойств физико-химических дисперсных систем (суспензий, шликеров, паст) в технологических процессах. Здесь важны процессы разжижения (или понижения вязкости с увеличением текучести без понижения влагосодержания), стабилизации реологических характеристик, пеногашения в дисперсных системах и т. п.;

управление процессами факелообразования при распылении

суспензий при получении заданных размеров, формы и дисперсности факела распыла;

повышение пластичности формовочных масс, особенно получаемых при воздействии повышенных температур, и плотности изготовленных заготовок в результате введения комплекса связующих, пластифицирующих и смазывающих веществ.