Влияние концентрации пав на вязкость суспензии

ПАВ, %	Вязкость, Пас
0	0,137
0,10	0,113
0,25	0,090
0,50	0,083
0,80	0,080
1,00	0,078
1,20	0,076
1,40	0,079

Видно, что при использовании ПАВ без изменения влагосодержания вязкость снизилась почти в два раза.

Хорошими разжижающими способностями обладают электролиты. С коллоидно-химической стороны процесс дефлокуляции тонкодисперсных систем состоит в обмене двухвалентных катионов сольватного слоя на одновалентные, в значительном увеличении при этом электрокинетического потенциала, что является причиной высвобождения связанной воды. Чем больше обменных катионов, тем больше требуется электролита-разжижителя, но до определенного предела (рис. 22). Вязкость при этом становится минимальной. Дальнейшее увеличение электролита (при неизменном количестве воды) вызывает понижение потенциала из-за увеличения диффузионного слоя; происходит сближение частиц и вязкость системы возрастает. Вязкость проходит через минимум, при котором определяется оптимальная концентрация электролита. На разжижение влияет также и анионная часть электролита. Концентрация электролита влияет и на другие химические показатели суспензии (рис. 23): рН увеличивается, т. е. среда приобретает щелочной характер,  – потенциал изменяется противоположно вязкости, при этом оба показателя хорошо коррелируют.

Рис. 22. Характер разжижения суспензии электролитами	Рис. 23. Кинетика изменения электрохимических свойств суспензий от содержания катионов натрия

Регулирование рН является эффективным методом разжижения и стабилизации водных систем. При химическом взаимодействии поверхности частиц с водой часть образующихся продуктов реакции переходит в дисперсионную среду, изменяя рН. На этот процесс существенно влияет введение электролитов, рН суспензий ZrO₂ и ТiO₂ без добавок 6–7 (нейтральные); для SiO₂ – 4–5 (кислые); Аl₂O₃ – 9 (слабоосновные); МgО – 11 (основные).

Определенные значения рН характерны и для других оксидов, хотя они и считаются практически нерастворимыми. Растворенные частицы становятся заряженными ионами, а молекулы воды поляризуются. Адсорбция соответствующих ионов на поверхности суспензированных частиц создает заряд и изменяет рН. В результате изменения рН можно наблюдать две области максимального разжижения и противоположных значений -потенциала (рис. 24).

Рис. 24. Влияние рН на разжижение суспензий:

а – кислые суспензии; б – основные

В промежуточной области, где происходит перезарядка частиц, значение  снижается, а вязкость возрастает. При этом условно кислые материалы лучше разжижаются при добавке щелочи (например, KаОН), а основные – при добавке кислоты (например, НСl).

На рис. 25 видно наличие двух интервалов рН с удовлетворительными свойствами, так называемых литейных интервалов. В кислой среде создаются наиболее благоприятные условия, так как литейный интервал шире, а значение вязкости при той же влажности несколько ниже. Дефлокулянты снижают вязкость литейных шликеров (рис. 26). рН
Рис. 25. Изменение вязкости кислых и основных суспензий в зависимости от рН и влажности	Рис. 26. Снижение вязкости литейных шликеров за счет дефлокулянтов

В нейтральной среде суспензия резко загустевает, даже при повышенном значении влажности литье почти невозможно. Суспензии на основе Аl₂O₃ удовлетворительно дефлокулируют при значениях рН 3–4 и 9–10.

Стабилизация суспензии. В технологических процессах важна временная стабильность дисперсий. Это в первую очередь относится к реологическим характеристикам. Изучение структурообразования суспензий шихт ферритовых порошков разных химических составов показывает, что поведение их во времени различно (рис. 27). Марганец-цинковые (марка 2000 НМ) и никель-цинковые (марка 600 НН) композиции после незначительного тиксотропного упрочнения в течение 1–2 ч стабилизируют свои структурные характеристики. Совершенно другая картина наблюдается у магнийсодержащих ферритов (2,1 ВТ).

Рис. 27. Кинетика структурообразования суспензий ферритовых материалов

Из-за некоторой растворимости оксида в воде (0,007 г/л) наблюдается склонность суспензий к загустению. Исследование кинетики этого процесса показало, что через 5–6 ч после приготовления суспензия становится непригодной для распыления (рис. 28), о чем можно судить по возрастающему модулю деформации Е. Молекулы МgО, находящиеся в растворе, взаимодействуют с водой и образуют довольно прочные связи между твердыми частицами в виде цепей ОН–Мg–О–(МgО)_n–Мg–ОН.

Рис. 28. Кинетика структурообразования суспензии MgO: кривая 1 – без ПАВ; кривая 2 – в присутствии 1%-ой лимонной кислоты

Со временем эти цепи создают пространственный каркас и переходят в конденсационно-кристаллизационные структуры, проявляя вяжущие свойства МgО. Для предотвращения явления необходимо ограничение роста цепей и их взаимодействия. Это было достигнуто с помощью введения в состав суспензии 0,5–1,0% лимонной кислоты С₃Н₅О(СООН)₃, которая вступает в химическое взаимодействие с гидратированной поверхностью частиц МgО и его молекулами, находящимися в растворе.

Константа диссоциации лимонной кислоты мала, поэтому реакция протекает медленно. Образующиеся продукты реакции блокируют поверхности частиц МgО и стабильность свойств системы возрастает (рис. 28, кривая 2), т. е. суспензия становится текучей и стабильной. Аналогичный эффект дает соляная кислота, но так как это сильная кислота, то время стабильного существования суспензии мало и неприемлемо для производственных условий.

Некоторые органические соединения с сильной полярной группой и цепочкой углеводородных атомов не адсорбируются на поверхности твердой фазы, а размещаются на поверхности раздела жидкой фазы с воздухом. Тогда в дисперсных системах происходит крайне нежелательное для технологии явление дестабилизации суспензий – пенообразование. Это результат того, что понижение поверхностной энергии на указанной границе больше, чем на границе раздела жидкость – твердое тело. Такое явление может иметь место, например, у поливинилового спирта при мокром смешении, измельчении и т. п., а также у некоторых ПАВ-диспергаторов. Пенистая суспензия имеет в два и более раз меньшую плотность, что ухудшает технологичность получаемых из нее пресс-порошков. Разрушить пену можно введением ПАВ-декомпенсатора (пеногасителя), например октилового спирта, сивушного масла и т. п. Октиловый спирт СН₃(СН₂)₆СН₂ОН, не растворяясь в воде, адсорбируется на границе жидкость – воздух, вытесняет пенообразователь внутрь раствора, значительно понижая при этом прочность пленок пузырьков воздуха. Они лопаются и происходит пеногашение (концентрация пеногасителя 0,05%).