3. Аэрозольные составы многоцелевого назначения

1. Общие сведения об аэрозолях. Пиротехнический способ получения аэрозолей. Классификация аэрозольных составов

1. Общие сведения об аэрозолях

а) Микроструктура аэрозолей

Аэрозоль – дисперсная система твердых или жидких частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газовой (воздушной) среде. Частицы составляют дисперсную фазу аэрозолей, газ – их дисперсионную среду. Свойства аэрозолей определяются размерами, формой, природой, числом частиц, особенностями дисперсионной среды, взаимовлиянием частиц и дисперсионной среды.

Размер частицы – наиболее важный параметр аэрозолей. Нижнюю границу размеров частиц, которые можно относить к аэрозольным, а не к ассоциатам газовых молекул, определяют по их способности не отскакивать, а прилипать к твердой поверхности при любом столкновении. Она появляется тогда, когда частицы достигают размера не менее 6-10 молекул. Для частиц, содержащих от нескольких до десятков тысяч атомов или молекул, используют термин кластер. Верхнюю границу размеров аэрозольных частиц определяют по способности частиц перемещаться вместе с потоками газовой среды. В аэрозолях смещение частиц относительно газовой среды не преобладает над их переносом вместе со средой. Частицы крупнее 100 мкм не способны длительное время оставаться взвешенными в воздухе. В атмосфере с развитой турбулентностью и гораздо более крупные частицы будут вести себя как аэрозольные.

Диапазон размеров частиц, которые могут образовывать аэрозоли, находится в пределах семи порядков. В зависимости от размеров частиц различают три класса аэрозольных систем: высоко-, средне- и грубодисперсные. Аэрозоли с размером частиц менее 0,1 мкм (100 нм) относят к высокодисперсным (наноразмерным). Среднедисперсные аэрозоли имеют размер частиц от 0,1 до 10 мкм, грубодисперсные – более 10 мкм. Монодисперсный аэрозоль содержит частицы только одного размера, полидисперсный аэрозоль содержит частицы разных размеров. Размер частицы обычно характеризуют радиусом r или диаметром d. Иногда система достаточно удовлетворительно характеризуется одним размером частиц, например, средним или медианным диаметром, но в большинстве случаев необходимо знать распределение частиц по размерам f(d) или f(r). Такие характеристики аэрозоля, как площадь поверхности его частиц, их объем и масса определяются главным образом крупными частицами, тогда как мелкие частицы определяют в основном концентрацию.

Считается, что жидкие капли имеют сферическую форму. Твердые частицы делят по форме на три основные класса:

1. изометрические частицы (сферы, правильные многогранники или частицы, близкие к ним по форме);

2. пластинки (диски, чешуйки, лепестки);

3. волокна (призмы, иглы, нити).

Размер частиц 2-го и 3-го классов определяют в трех направлениях. Размеры частиц неправильной формы обычно приводят к одному – эквивалентному диаметру, например:

1. круга, имеющего такую же площадь, как проекция частицы на плоскость;

2. сферы, имеющей ту же поверхность;

3. сферы, имеющей тот же объем;

4. сферы из того же вещества, имеющей ту же массу;

5. сферы из того же вещества, имеющей такую же скорость осаждения под действием силы тяжести.

Дисперсность аэрозолей характеризуют также удельной поверхностью дисперсной фазы. Удельная поверхность капель водного тумана составляет примерно 12 м²/г. Число частиц, массовое и объемное содержание дисперсной фазы в единице объема аэрозоля называют, соответственно, частичной (счетной) С_N, массовой C_m и объемной C_V концентрациями аэрозоля.