8.3. Суспензии полярных частиц в неполярных дисперсионных средах. Эмульсии масло-вода.

Закономерности адсорбции ПАВ из неполярных сред. Выбор ПАВ в зависимости от природы активных центров на поверхности частиц наполнителя. Использование смесей ПАВ с различными длинами углеводородных радикалов для создания плотных адсорбционных слоев большой толщины. Предварительная олеофилизация поверхности наполнителей.

8.4. Суспензии с высоковязкими дисперсионными средами.

Влияние вязкости среды на эффективность разрушения агрегатов частиц при получении высококонцентрированных суспензий. Возможные технологические приемы. Предварительное дезагрегирование и адсорбционное модифицирование поверхности частиц наполнителей (на примере технологии зубных паст).

Рекомендуемая литература.

Основная литература

1. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии: поверхностные явления и дисперсные системы. М.; Альянс, 2004, 465 с.

2. Практикум и задачник по коллоидной химии. Под ред. В.В. Назарова и А.С. Гродского. М.; ИКЦ «Академкнига», 2007, 372 с.

3. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.; Наука, 1985, 398с.

4. Ролдугин В.И. Физикохимия поверхности. Долгопрудный; Интеллект. 2008, 568 с.

5. Израелашвили Д. Межмолекулярные и поверхностные силы. М.; Научный мир. 2011, 456 с.

6. Урьев Н.Б. Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов. М.; Химия, 1988, 256с.

7. Малкин А.Я. Реология. Концепции, методы, приложения. М.; Профессия, 2007, 500 с.

8. Когановский А.М. и др. Адсорбция органических веществ из воды. Л., Химия, 1990, - 256с.

Дополнительная литература

1. Наполнители для полимерных и композиционных материалов. Справочное пособие. Под ред. Каца Г.С. и Милевски Д.В. М.; Химия, 1981,736 с.

2. Адсорбция из растворов на поверхности твердых тел. Под ред. Г. Парфита и К. Рочестера. М.; Мир, 1986, 488с.

3. Непер А. Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами.; Мир. 1986, 488с.

4. Холмберг К., Йёнссон Б., Кронберг Б., Линдман Б. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах М.: Бином, 2007, 525 с.

5. Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии. М.; КолосС, 2002, 312с.

6. Кутц Г., Фрисс С., Хенниг С., Люнц Н., Косметические кремы и эмульсии: состав, получение, методы испытаний. М.; Косметика и медицина, 2004, 269с.

7. Эмульсии. Под ред. Абрамзона А. А. М.; Химия, 1972. 447 с.

Вопросы к контрольным работам Вопросы к контрольной работе №1.

1.Характеристики наполнителей: форма частиц, дисперсность, удельная поверхность. Основные модельные формы частиц, их количественные характеристики (соотношение размеров, коэффициенты формы в уравнениях D=f(S_уд) и Эйнштейна). Классификация наполнителей по размерам частиц. Экспериментальные методы определения размеров частиц и S_уд.

2. Лиофильность поверхности наполнителей, коэффициент гидрофильности, метод определения. Гидрофильно-гидрофобная мозаичность, методы ее определения.

3. Методы получения дисперсных частиц. Гомогенная и гетерогенная конденсация. Диспергирование. Физическая теория прочности тел, соотношение Гриффитса. Эффект Ребиндера. Дисперсные наполнители, используемые в фармацевтике и косметике, назначение, дисперсность.

4. Специфика адсорбции из растворов. Классификация типов изотерм адсорбции из растворов. Взаимосвязь вида изотерм с механизмом адсорбции и строением адсорбционных слоев.

5. Неионогенные ПАВ, специфика химического строения, примеры. ККМ НПАВ. Механизм адсорбции НПАВ из воды на неполярных адсорбентах. Изотермы адсорбции и изотермы Cos  = f(C_ПАВ). Уравнение Хилла де Бура, физический смысл констант. Схемы адсорбции НПАВ из сред различной полярности на адсорбентах различной полярности. Изотермы адсорбции и изотермы Cos = f(С_ПАВ).

6. Ионогенные ПАВ, классификация примеры. ККМ ИПАВ. Специфика адсорбции ИПАВ. Адсорбция ИПАВ из воды на неполярных адсорбентах. Изотермы адсорбции, зависимости =f(С_ПАВ) и Cos =f(С_ПАВ). Механизмы адсорбции ИПАВ из воды на полярных адсорбентах в случаях разноименных и одноименных зарядов ионов ПАВ и поверхности адсорбента. Изотермы адсорбции, зависимости =f(С_ПАВ) и Cos =f(С_ПАВ). Способы изменения лиофильности поверхности частиц наполнителя и знака поверхностного заряда.

7. Полимеры, специфика строения макромолекул, классификация. Специфика адсорбции макромолекул, строение адсорбционных слоев. Экспериментальное определение преимущественной ориентации макромолекул в адсорбционных слоях (уравнение Перкеля-Алмана). Основные закономерности адсорбции полимеров. Водорастворимые полимеры. Полиэлектролиты, специфика адсорбции.

8. Каким образом методом адсорбционного модифицирования можно изменить знак поверхностного заряда частиц Al₂O₃ с отрицательного на положительный в водной суспензии при рН>7 ? Какие вещества и в каком количестве необходимо добавить в суспензию?

9. Изотерма адсорбции додецилсульфата натрия из воды на поверхности частиц Fe₂O ₃ при рН<6 (потенциал поверхности частиц положителен) имеет тип H4. Сделайте выводы о механизме адсорбции и нарисуйте строение адсорбционных слоев. Какие значения примет -потенциал частиц в этой области концентраций ПАВ? Какова будет лиофильность поверхности частиц?

10. Изотерма адсорбции Катамина АБ (ЧАО) из воды на поверхности частиц SiO₂ при рН>6 (потенциал поверхности частиц отрицателен) имеет тип H2. Сделайте выводы о механизме адсорбции и нарисуйте строение адсорбционных слоев. Какое значение примет -потенциал частиц в этой области концентраций ПАВ? Какова будет лиофильность поверхности частиц?

11. Каким образом из водных суспензий бентонитовой глины методом адсорбционного модифицирования можно получить частицы с олеофильной поверхностью (рН>6 поверхностный потенциал алюмосиликатов имеет отрицательное значение)? Какие вещества и в каком количестве необходимо добавить в суспензию?

12. Изотерма адсорбции оксиэтилированного спирта из воды на частицах сажи при С_ПАВККМ имеет тип L2. Сделайте предположения о механизме адсорбции и нарисуйте строение адсорбционных слоев.

13. Изотерма адсорбции оксиэтилированного алкилфенола АФ _9-12 из воды на графите при С_ПАВ>ККМ, имеет тип L4. Сделайте предположения о механизме адсорбции и нарисуйте строение адсорбционных слоев.

14. Изотерма адсорбции Катамина АБ (ЧАО) из воды на поверхности частиц SiO₂ при рН>6 (частицы имеют отрицательный потенциал поверхности) имеет тип H4. Сделайте выводы о механизме адсорбции и нарисуйте строение адсорбционных слоев. Какие значения примет -потенциал частиц в этой области концентраций ПАВ? Какова будет лиофильность поверхности частиц?

Вопросы к 2-й контрольной работе.

1. Понятие о поверхностных силах 1-го и 2-го родов. Природа составляющих расклинивающего давления. Уравнение энергии молекулярной составляющей (U_м), его анализ, физический смысл сложной константы Гамакера. От чего зависит ее величина? Причины агрегации частиц дисперсной фазы в порошках. Виды агрегатов. Явление гетероадагуляции.

2. Электростатическая составляющая расклинивающего давления, причины возникновения, уравнение, физический смысл величин, входящих в уравнение для расчета U_э. Каким образом можно изменять величину U_э? Взаимодействие разноименно заряженных частиц. Явления гетерокоагуляции и гетероадагуляции, их возможное практическое применение.

U_Э(H) = 4₀ _²ln(1+e^-æH)

3. Структурная составляющая расклинивающего давления (U_с). Причины возникновения гидрофильного отталкивания и гидрофобного притяжения. Строение слоев воды на гидрофильных и гидрофобных поверхностях. Уравнение для расчета U_с, его анализ, физический смысл величин, входящих в уравнение. Возможности регулирования величины U_с.

U_c(H) = 2 Kl² exp (-H/l)

4. Адсорбционная составляющая расклинивающего давления (U_адс). Механизм эффекта экранирования. Анализ уравнения для расчета адсорбционной составляющей, физический смысл величин, входящих в уравнение. Соотношение диэлектрических проницаемостей дисперсной фазы и адсорбционных слоев, приводящее к ослаблению или усилению молекулярного притяжения. Эффект защиты расстоянием. Какое строение должны иметь адсорбционные слои для обеспечения высокой агрегативной устойчивости системы?

U_M(адс)(Н) = - ( + + )

5. Стерическая составляющая расклинивающего давления (U_ст). Механизм стабилизирующего действия адсорбционных слоев ПАВ и ВМС. Анализ уравнения Фишера для расчета (U_ст). Физический смысл величин, входящих в уравнение. В каких случаях А₂>0, A₂<0, A₂=0, как при этом происходит взаимодействие адсорбционных слоев?

U_СТ(Н) = RTA₂C_²(-H/2)²(3r + 2 + H/2)

Вытеснительная стабилизация.

6. Возможные варианты энергетических кривых взаимодействия частиц. При каких условиях реализуется тот или иной вариант U(Н)? Изменением, каких параметров системы можно перейти от одного варианта взаимодействия частиц к другому? Типы межчастичных контактов. Порядок величин прочностей единичных контактов различных типов (F₁).

7. В каких условиях в дисперсных системах при взаимодействии частиц на всех расстояниях между ними могут преобладать силы притяжения (3-й вариант энергетических кривых)? Какие контакты между частицами формируются при этом?

8. В каких условиях в дисперсных системах при взаимодействии частиц на всех расстояниях между ними могут преобладать силы отталкивания (1-й вариант энергетических кривых)?

9. В каких условиях в дисперсных системах может иметь место агрегация частиц во втором энергетическом минимуме (2-й вариант энергетических кривых)? Какие контакты между частицами формируются при этом?

10. Изменением, каких параметров в ионостабилизированных системах можно перейти от 1-го типа энергетических кривых к 2-ому и 3-ему (теория ДЛФО)?

11. Как должны соотноситься относительные диэлектрические проницаемости дисперсной фазы и адсорбционных слоев чтобы ослабить или усилить молекулярное притяжение частиц (эффект экранирования)?

12. Какие энергетические эффекты будут возникать при перекрытии адсорбционных слоев частиц при A₂>0, A₂<0, A₂=0?

Вопросы к 3-й контрольной работе.

1. Условия возникновения пространственных структур типа КС-1. Специфика реологического поведения систем со структурами типа КС-1. Тиксотропия. Кривые течения и эффективной вязкости для систем со структурами КС-1. Понятия о Р_к, Р_т, Р_м, _max, _min. Механизмы структурных превращений в диапазонах нагрузок: Р <P_к; Р_к < Р< Р_м ; Р> Р_м.

2. Условия возникновения структур типа КС-2. Специфика реологического поведения систем со структурами КС-2. Кривые течения и эффективной вязкости для систем с дилатантным характером течения. Механизм реологической дилатансии. Технологические свойства систем со структурами КС-2, их достоинства и недостатки.

3. Влияние концентрации дисперсной фазы на реологическое поведение дисперсных систем со структурами типа КС-1, КС-2. Понятия о первой и второй критических концентрациях структурообразования (ККС-1, ККС-2). Причины резкого повышения прочности структуры суспензий при >ККС-2. Почему при приготовлении высококонцентрированных суспензий наполнитель вводят в дисперсионную среду в несколько порций?

4. Влияние дисперсности и полидисперсности частиц наполнителя, их формы, энергетической неоднородности поверхности, вязкости дисперсионной среды, температуры на процессы структурообразования в дисперсных системах и их реологическое поведение.

5. Экспериментальные методы оценки агрегативной устойчивости дисперсных систем (метод предельных седиментационных объемов, определение степени (коэффициента) агрегации частиц, реологический метод).

6. Изменением каких параметров в ионостабилизированных системах можно перейти от дилатантного типа течения к тиксотропному?

7. Каким образом за счет адсорбционного модифицирования поверхности частиц можно обеспечить их максимальное структурирующее действие?

8. Каким образом можно обеспечить седиментационную устойчивость суспензий с микро- и грубодисперсными наполнителями?

9. Каким образом в суспензиях с микродисперсными частицами можно обеспечить их регулярную упаковку и высокую седиментационную устойчивость системы?