Термодинамическое описание поверхности

В лакокрасочном покрытии в непрерывную фазу пленкообразователей - включены в виде дисперсной фазы отдельные частицы и агрегаты пигментов и наполнителей. Т.е. лакокрасочные материалы и композиционные лакокрасочные покрытия являются гетерогенными системами, и характеризуются наличием различных поверхностей раздела фаз.

Степень наполнения определяет такие свойства материала как устойчивость при хранении, степень структурирования, реология, влияет на твердость, проницаемость, блеск, укрывистость. О наполнении судят по выраженному в процентах объемному содержанию пигментов (ОКП).

(Говорить объемная концентрация пигментов (ОКП) неправильно, так как количество твердой фазы - это лишь среднестатистическое содержание ее в общем объеме пленки, а не концентрация).

ОКП определяют по следующей формуле:

φ = V_{пигмента}/(V_{пигмента} + V_{связующего}),

где V_{пигмента}, V_{связующего}- соответственно объем пигмента и связующего.

V_{пигмента} = м/ρ

При увеличении ОКП происходит снижение доли пленкообразователя, снижение толщины межфазных прослоек, вплоть до полного соприкосновения частиц с нарушения непрерывности среды пленкообразователя. Область перехода структуры наполненного полимерного покрытия называют критическим объемным содержанием пигмента (КОКП) φкр. В области перехода структур резко изменяются реологические свойства лакокрасочных материалов (например, их текучесть) блеск, механические и защитные свойства покрытий.

Поверхностная энергия раздела фаз

Появление избыточной энергии на поверхности раздела фаз связано с некомпенсированостью межатомного, межмолекулярного взаимодействия в твердых и жидких поверхностях.

Избыток энергии на поверхности проявляется в появлении поверхностного натяжения.

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ, стремление в-ва (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с др. фазой (поверхностную энергию). Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади пов-сти раздела фаз (размерность Дж/м²). Согласно др. определению, поверхностное натяжение-сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего пов-сть раздела фаз (размерность Н/м); эта сила действует тангенциально к пов-сти и препятствует ее самопроизвольному увеличению.

Единица его измерения в системе СИ: 1Н/м (ньтонах на метр = 1 Дж/м2, или миллиньтонах на метр.

Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.

По поверхностному натяжению пластовых жидкостей на различных поверхностях раздела можно судить о свойствах соприкасающихся фаз, закономерностях взаимодействия жидких и твёрдых тел, процессах адсорбции, количественном и качественном составе полярных компонентов в жидкости, интенсивности проявления капиллярных сил и т.д.

Прибор для измерения поверхностного натяжения называется тензиометр.

Энергетическое состояние любой системы и возможность протекания тех или иных процессов описывается термодинамическими потенциалами.

Соответствующие дифференциалы термодинамических потенциалов:

• для внутренней энергии

,

• для энтальпии

,

• для свободной энергии Гельмгольца

,

• для потенциала Гиббса

.

Эти выражения математически можно рассматривать как полные дифференциалы функций двух соответствующих независимых переменных. Поэтому естественно рассматривать термодинамические потенциалы как функции:

,

,

,

.

Хими́ческий потенциа́л μ — один из термодинамических параметров системы, а именно энергия добавления одной частицы в систему без совершения работы. Определение химического потенциала можно записать в виде:

где Е — энергия системы, S — её энтропия, N — количество частиц в системе.

Эта формула определяет, кроме химического потенциала μ, также давление P и температуру T.

Можно доказать, что химический потенциал задаётся формулой

,

где G — потенциал Гиббса

Для поверхности раздела фаз функцию химического потенциала выполняет поверхностное натяжение.