ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ПИГМЕНТОВ

СТАБИЛИЗАЦИЯ ПИГМЕНТНЫХ ДИСПЕРСИЙ

Факторы, влияющие на агрегативную

устойчивость дисперсий

При самом совершенном диспергировании, если ча­стицы пигментов лиофобны к дисперсионной среде, то образуемая система термодинамически неравновесна и склонна к самопроизвольному разрушению¹-².

Различают³ два вида устойчивости неоднородных систем: агрегативную и кинетическую. Первая определяется как постоянство дисперсности твердой фа­зы и обусловлена лиофилизацией частиц, что препятст­вует слипанию⁴. Кинетическая устойчивость обуслов­лена тепловым (броуновским) движением частиц.

Суспензии в отличие от золей принято характеризовать только степенью их кинетической устойчивости. Даже агрегативно устойчивые суспензии подвержены седимен­тации— осаждению диспергированных частиц (без сли­пания) под влиянием сил тяжести. Скорость осаждения частиц (V) может быть определена по уравнению Стокса:

2 r²g

V ~ ” g ' ‘ yj (Рпг Рсв)

где г — радиус частиц;

g — ускорение силы тяжести;

і]  — вязкость дисперсионной среды; р_пг — плотность пигмента;

Рсв — плотность дисперсионной среды.

Если принять, что г = 1 мк, т]=3,5 пз, р_пг = 4,24 г/слг¹ (для рутила), р_св = 0,94 г/см³, то

т. е при хранении такой эмали примерно через два месяца весь пиг­мент осядет на дне сосуда в виде платного осадка.

Снижение агрегативной устойчивости, т. е. укрупне­ние частиц, неизбежно ведет за собой снижение кинети­ческой устойчивости, иными словами, ускоряет седимен- тационное осаждение дисперсной фазы. Поэтому кине­тическую устойчивость иногда называют седнментацн- онной.

Потерю агрегативной устойчивости, т. е. слипание частиц с образованием укрупненных агрегатов, называ­ют коагуляцией или в частных случаях — флоккуляцией. Некоторые авторы считают эти термины синонимами⁵. В большинстве современных работ коагуляцией назы­вают образование больших рыхлых агрегатов (хлопьев) или плотных структур (осадков, гелей) из первичных частиц и мелких агрегатов в результате действия моле­кулярных сил сцепления непосредственно между по­верхностями твердых частиц⁶. В несмачиваюгцих жидко­стях коагуляция выражается наиболее резко. При со- 223

прикосновении между собой участков твердой поверх­ности, не имеющих адсорбционных оболочек, образуются прочные, но хрупкие коагуляционные структуры⁷.

Флоккуляцией называют образование рыхлых сцеп­лений частиц, когда в дополнение или взамен непосред­ственного их контакта возникает взаимодействие через мостики, образуемые адсорбированными молекулами⁶-⁸. Такие мостичные связи, обычно образуемые направлен­ными наружу углеводородными цепями адсорбирован­ных поверхностно активных веществ, легко разрушаются и вновь создаются, т. е. являются обратимыми и прида­ют системе тиксотропность⁹-¹⁰. Однако сила флоккуля- ционного сцепления может быть различной и в ряде случаев образуются весьма прочные структуры.

Различают¹¹ три вида флоккуляции:

• первичною — обусловленную действием сил Ван-дер-Ва- альса, проявляющуюся главным образом при неполном смачивании поверхности пигментов:
• вторичную — вызываемую поверхностно-активными веще­ствами содержащими в макромолекуле несколько полярных групп, которые адсорбируются на нескольких соседних частицах или их оболочках и образуют элемент общей структуры;
• третичную — обусловленную агглютинацией полимеров, приводящую к вьпзданию крупных флсккул в системах с плохой со­вместимостью компонентов, например при разбавлении паст после диспергирования.

Внешне коагуляция и флоккуляция приводят к од­ному эффекту — уменьшению агрегативной устойчивости суспензий и повышению скорости осаждения образовав­шихся хлопьев. Однако ниже будет показано, что уме­ренная флоккуляция полезна⁹, в то время как коагуля­ция частиц пигмента в красочных композициях всегда вредна.

Ранее¹² агрегативную устойчивость органических дис­персий связывали исключительно с дипольным моментом и диэлектрической проницаемостью среды. Позднее бы­ло доказано¹³.что диэлектрические свойства полностью не определяют устойчивость суспензии в неводных средах. По представлениям, развитым Н. П. Песковым¹⁴, глав­ным фактором, обеспечивающим устойчивость коллоид­ных систем является сольватация дисперсной фазы. Стабилизаторы адсорбируясь на поверхности твердых частиц, изменяют условия взаимодействия, их с диспер­сионной средой. Стабилизаторами могут служить неор-

ганические электролиты или органические поверхностно­активные вещества.

Устойчивость коллоидных систем определяется дей­ствием сил отталкивания, имеющих электростатическую природу (они обусловлены наличием ионно-сольватпых сфер вблизи поверхности коллоидных частиц), и факто­ров неэлектрической природы, обусловленных сущест­вованием сольватных молекулярных адсорбционных сло­ев на поверхности дисперсной фазы¹*.