ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дисперсии полимеров из "Реология полимеров" Вопрос О том, являются ли растворы полимеров истинными растворами или коллоидными дисперсиями, неоднократно обсуждался в литературе, причем приводились доводы как в защиту одной точки зрения, так и другой. Все приводившиеся аргументы вполне правильны. Поперечные размеры макромолекул того же порядка, что и размеры молекул растворителя, но длина вытянутой полимерной молекулы может приближаться к размерам коллоидных частиц. В хорошем растворителе полимерные молекулы разворачиваются, а в плохом —располагаются более компактно, стремясь свернуться в клубок . Хотя растворы полимеров можно назвать коллоидными дисперсиями, тем не менее эти системы достаточно важны и заслуживают специального рассмотрения. [c.72] Выше мы качественно оценили нижний предел размеров коллоидных частиц, но ничего не сказали о верхнем пределе. Обычно под коллоидными частицами условно понимают частицы размером от 0,001 до 1 мк. Для более крупных частиц становится несущественным броуновское движение и уменьшается роль поверхности. Верхний предел частиц, классифицируемых как грубые дисперсии , неограничен в этот разряд попадают и частицы размером от 50 до 300 мк, применяемые при образовании покрытий напылением, и сантиметровые камешки, используемые при приготовлении бетонов. Единственное ограничение, налагаемое на размеры частиц, заключается в том, что они должны быть меньше, нежели характерные размеры измерительного инструмента. Например, при транспортировке камешков размером в I см по трубе диаметром 2 см будут наблюдаться заметные пристенные эффекты, если же взять трубу диаметром 25 см, то эти эффекты окажутся несущественными. [c.72] Первая группа дисперсий—это различные твердые тела, которые могут существовать в виде дисперсий в других средах. Для технологии полимеров особый интерес представляют дисперсии в полимере пигментов, наполнителей и др. Эти дисперсии обычно приготовляются, когда полимер находится в жидком состоянии или в виде раствора. [c.73] Ко второй группе дисперсий (твердые частицы в жидкой среде) относятся латексы, т. е. полимеры в воде органозоли, т. е. дисперсии полимеров в органических жидкостях. [c.73] Третью группу (твердые частицы в газообразной фазе) составляют порошкообразные полимеры, взвешенные или псевдоожиженные в воздухе или инертном газе. Приготовленные таким образом дисперсии находят себе все более широкое применение при изготовлении покрытий. [c.73] С дисперсиями, относящимися к пятой группе (жидкости в жидкой фазе) приходится сталкиваться в процессе эмульсионной полимеризации, когда жидкий мономер (например, стирол или винилхлорид) диспергируются в воде. Эти мономеры поли-меризуются, образуя дисперсию твердых частиц в воде или латекс. [c.74] Дисперсии, относящиеся к шестой группе (жидкая фаза в газообразной), образуются при распылении краски в воздушной струе. Краска может представлять собой раствор полимера, причем в этом же растворителе диспергируется пигмент. Таким образом получается сложная система, в которой участвуют вещества, находящиеся во всех трех состояниях твердом, жидком и газообразном. Краска также может представлять собой твердую фазу, диспергированную в воде, или эмульсию (жидкость в жидкости) в последнем случае образуется сложная многокомпонентная дисперсия жидкостей в газе. [c.74] Седьмая группа дисперсий (газообразная фаза в твердой), к сожалению, слишком часто встречается на практике, так как изделия из полимеров нередко получаются с нежелательными воздушными включениями. С другой стороны, большие объемы газа сознательно вводят в полимеры при получении пенопла-стов. [c.74] Дисперсии, относящиеся к восьмой группе (газообразная фаза в жидкости), представляют собой промежуточный случай, так как они получаются в процессе формования дисперсий типа газообразная фаза в твердой . В жидкие, т. е. находящиеся в процессе переработки, полимеры газ может вводиться или под высоким давлением или при разложении определенных веществ, предварительно смешанных с полимером. Пенопласты могут также образовывать латексы, так что и газ, и твердая фаза будут находиться в жидкости. При удалении жидкости из такой системы получается дисперсия типа газ в жидкости . [c.74] Дисперсий, которые можно было бы отнести к девятой группе, в природе не существует, так как все газы легко перемешиваются между собой. [c.74] Самые разнообразные дисперсии, представляющие первые восемь описанных выше групп, каждодневно встречаются в промышленной практике. Некоторые из этих дисперсий довольно хорошо изучены, другие—нет. Одна из наиболее хорошо изученных групп дисперсий—это дисперсия твердых частиц в жидкой фазе. Рассмотрим основные особенности этих систем. [c.74] Опыт показывает, что, вообще говоря, вязкость суспензий повышается с увеличением концентрации. Так, желая разжи-жить краску, т. е. снизить ее вязкость, добавляют низкомолекулярный разбавитель и тем самым снижают содержание полимера в системе. Частицы пигмента и растворителя задевают друг друга, что эквивалентно повышению потерь на трение, а это в конце концов выражается в увеличении вязкости. [c.75] Как видно из полученных формул, влияние твердых частиц на вязкость дисперсии не зависит от их размера, пока они много меньше прибора и много больше молекул растворителя. Впоследствии, аналогично тому, как это было сделано Эйнштейном в отношении дисперсии сферических частиц, были изучены дисперсии в жидкости частиц, имеющих форму эллипсоида, стержня, диска, гантели, а также нежесткой с ры Формула Эйнштейна часто используется как основа для построения различных соотношений, применяемых для прикладных расчетов. [c.75] Эта формула близка закону Эйнштейна, за исключением членов высшего порядка, добавленных в правую часть формулы для учета эффекта столкновения частиц. Ванд экспериментально проверил свою формулу на примере суспензии стеклянных шариков в среде с плотностью, близкой к плотности стекла, и получил хорошее соответствие эксперимента расчету. В других работах также предпринимались попытки проверить теоретическую формулу, используя суспензии стеклянных шариков. Было найдено, что вплоть до 30% (по объему) содержания твердых шариков формула правильно описывает наблюдаемые экспериментально результаты. [c.76] Эйнштейна применимо только в области очень низких концентраций, во всяком случае не выше 6%. При более высоком содержании твердых частиц экспериментально определенные значения т], лежат значительно выше вычисленных по уравнению Эйнштейна при высоких концентрациях экспериментальные данные лучше описываются уравнением Муни. Основной рост 7) наблюдается при концентрациях 10—20%, а при 60%-ном содержании твердых частиц относительная вязкость увеличивается в 1000 раз по сравнению с исходным значением. [c.78] До сих пор мы считали, что твердые частицы представляют собой сферы одинакового размера. На самом деле это предположение практически никогда не реализуется. Муни обобщил свое уравнение и на тот случай, когда размеры частиц не одинаковы, а имеется некоторое распределение по размерам. Это уточнение было несущественно, пока речь шла о разбавленных растворах, т. е. для случая, когда оказывается применимым закон Эйнштейна. Однако влияние различий в размерах частиц становится существенным, когда приходится учитывать столкновения частиц. Более того, во многих практически важных случаях возникают дополнительные трудности, связанные с несферичностью твердых частиц, содержащихся в системе. [c.78] Отдельные попытки распространения результатов, полученных для сферических частиц, на частицы, имеющие форму эллипсоидов, не привели к существенным результатам. Разные дисперсии, применяемые на практике,—еще более сложны при их образовании различную роль могут играть такие факторы, как присутствие поверхностно-активных добавок, эффект сольватации, агломерация частиц, а также присутствие электрических зарядов. Адсорбционные слои увеличивают эффективный объем частиц , а это, равно как и набухание, может резко повысить вязкость дисперсии . [c.78] Исследователи проделали долгий и трудный путь, прежде чем как следует разобрались в поведении дисперсий и научились описывать их свойства. И наиболее разумным сейчас представляется экспериментально находить те кривые, которые определяют свойства дисперсий, а параметры, какие при этом следует выбирать, подсказывает нам теория. Теоретические формулы с эмпирически найденными коэффициентами могут использоваться для обработки экспериментальных данных, поскольку, во-первых, сами эти уравнения были предложены для описания экспериментальных результатов, а, во-вторых потому, что, сравнивая эмпирические коэффициенты с теоретическими, можно судить о степени отклонения данной системы от идеальной . [c.78] Это уравнение достаточно хорошо оправдывается в большом числе случаев, однако в литературе описан также ряд других более точных эмпирических формул , выражающих зависимость вязкости от температуры. [c.79] Если считать, что вязкость дисперсий пропорциональна вязкости дисперсионной среды, то относительная вязкость не должна была бы изменяться с температурой. Однако если происходит сольватация частиц, то при повышении температуры степень сольватации повышается, что увеличивает вязкость. Этот случай более детально будет рассмотрен в разделе, посвященном пластизолям. [c.79] Вернуться к основной статье