Р ис. 4.1. Изменения эффективной удельной поверхности глинистых дисперсий в зависимости от вида и массовой доли добавок

Также установлена связь величины поверхностного натяжения воды с количеством связанной воды, адсорбированной на поверхности глинистых минералов [61–63]. Введение добавок ПАВ в воду приводит к снижению величины ее поверхностного натяжения и способствует переходу части связанной воды, адсорбированной на поверхности глинистых минералов в свободную, что увеличивает эффективную поверхность твердой фазы, покрытую адсорбционной водой (см. рис. 4.2). Анализ зависимостей представленных на рис. 4.2 показывает, что величина поверхностно-связанной влаги зависит от массовой доли поверхностно-активных добавок и достигает максимального значения в пределах критической концентрации мицелообразования (ККМ) добавок.

П ри повышении массовой доли поверхостно-активных добавок сверх 0,3 % для «Пенострома» и 0,4 % для ОП-8 и С-3 количество связываемой воды становится независимым от массовой доли добавок.

Присутствие в растворах заряженных частиц-мицелл оказывает влияние не только на гидрофильные свойства глинистых композиций, но и на физико-механические характеристики сырца и непосредственно готовых керамических изделий. Можно предположить, что электростатический заряд мицелл влияет на электрические поля глинистых частиц, которые, как считают многие исследователи, возникают при их взаимодействии с водой, и поэтому введение добавок ПАВ в количествах, обеспечивающих превышение ККМ, может приводить к снижению плотности и прочности отпрессованных керамических изделий.

На основании полученных зависимостей установлено, что наибольшую сорбционную способность проявляли растворы ионогенных добавок, у которых массовая доля равнялась их критической концентрации мицеллообразования - ККМ для всех адсорбентов, кроме бентонита.

Показатели теплоты смачивания, полученные авторами, вполне сопоставимы с результатами других исследователей, с учетом минералогического состава глинистого сырья [48].

Максимальное значение эффективной удельной поверхности твердой фазы, покрытой адсорбционным слоем влаги, достигается при концентрации добавок, близкой к их критической концентрации мицелообразования (ККМ). В порах и трещинах образуется пленочная вода, что сопровождается возникновением стягивающего капиллярного давления и приводит к самоуплотнению глинистой дисперсной системы и повышению ее плотности [63, 64]. В результате формовочные свойства сырьевой массы улучшаются.

В данных исследованиях было рассчитано по вышеизложенной методике количество адсорбционно-связанной воды для пресс – порошка в зависимости от вида и массовой доли добавок. Результаты расчета представлены на рис. 4.3.

Теплота смачивания и количество связанной воды в пресс-порошке при введении ионогенных полимерных добавок незначительно увеличивается, что связано с его составом. Содержание глин в пресс-порошке находится по массовой доле около 55 %. Остальные составляющие – песок, доломит, бой плитки, не обладают высокой сорбционной способностью.

Количество связанной влаги в пресс-порошке наибольшее при массовой доле ионогенных добавок «Пеностром», равной 0,1 %, а для С–3 – при 0,2 %, что соответствует значениям их ККМ. При данной массовой доле добавок свободная поверхностная энергия воды при введении «Пенострома» уменьшается от 72,57 · 10^-3 Н/м до (29–32) · 10^-3 Н/м, а при введении С–3 – до (29–31) · 10^-3 Н/м.

При более высоких концентрациях добавок свободная поверхностная энергия жидкости остается без изменения. Избыточное количество молекул добавок образует полислои на границе раздела фаз и не изменяет поверхностную энергию данных растворов [65].

Таким образом, оптимальную массовую долю ионогенной добавки можно установить по наибольшему количеству связанной воды в исследуемой шихте и для ПАВ она равна их ККМ.