ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пеиы из "Курс коллоидной химии" По своим свойствам к эмульсиям с водной дисперсионной средой приближаются натуральные и синтетические латексы, очень широко применяемые в народном хозяйстве для получения эластичных пленок, шаров-пилотов, для изготовления эластичных пористых материалов, заменителей кожи, для придания водонепроницаемости тканям, для пропитки корда в шинной промышленности и т. д. Натуральные латексы представляют собой млечный сок бразильской гевеи, синтетические латексы получают путем полимеризации в водной среде непредельных углеводородов — бутадиена, хлоропрена и других мономеров. Часто латексы изготовляют путем сополимеризации двух или даже нескольких мономеров (бутадиен-стирольные латексы, бутадиен-акрилонитрильные латексы и т. д.). [c.381] Здесь уместно указать, что стабилизованные мылами или мылоподобными веществами синтетические латексы являются хорошими моделями ионностабилизованных коллоидных систем. Это объясняется следующими свойствами латексов. [c.382] Химический состав водной фазы (дисперсионной среды) синтетических латексов сравнительно прост, а дисперсная фаза обычно состоит из достаточно инертного в химическом отношении и в большинстве случаев гидрофобного вещества. Поэтому едва ли можно ожидать, что при астабилизации этих систем на поверхности частиц могут происходить какие-нибудь реакции, за исключением тех хорошо изученных реакций, в которых участвует стабилизатор. У латексов с гидрофобным полимером сольватация дисперсной фазы, которая может влиять на устойчивость коллоидной системы, безусловно, отсутствует. Сферическая или близкая к сферической форма частиц устраняет влияние на их взаимодействие неровностей поверхности и позволяет считать, что при столкновении двух глобул они ведут себя как два идеальных шарика. Дисперсная фаза латексов, как правило, является диэлектриком, и при электрофорезе можно не учитывать поправку на проводимость частиц. Большая вязкость полимеров позволяет рассматривать латексные глобулы как твердые частицы. Это значительно упрощает трактовку экспериментальных результатов, так как такие частицы не могут деформироваться под влиянием движения окружающей жидкости. Наконец, весьма существенно, что синтетические латексы можно получать с применением почти любого эмульгатора. Это представляет огромное удобство для экспериментатора, изучающего влияние на свойства латекса природы стабилизующих веществ. [c.382] Всеми этими свойствами и объясняется широкое применение латексов в последнее время в исследовательских лабораториях. [c.382] Ниже мы остановимся только на работах, проведенных с использованием латексов, стабилизованных мылами и яеионогенными поверхностно-активными веществами, представляющих лишь общий интерес для коллоидной химии. [c.382] Опыты показали, что при разбавлении латексов вероналовым буфером с pH =7,7, одинаковым с pH исходных латексов, абсолютные значения -потенциала сначала зозрастали, достигали 75 Ч- 85 мВ, а затем при содержании сухого остатка в латексах менее 0,02—0,1 % падали. Однако даже при весьма больших разбавлениях, когда уже трудно вести наблюдения за электрофорезом, значения электрокинетического потенциала- ге были меньше —50 мВ. [c.382] На рис. XII, 7 представлено изменение электрокинетического потенциала глобул диализованного синтетического латекса, содержащего 2% сухого остатка, в зависимости от pH среды при ионной силе, равной 0,01. Электрокинетический потенциал при повышении активной кислотности системы в некотором диапазоне pH не изменяется, затем начинает уменьшаться, очевидно, в результате перехода мыла с поверхности глобул в слабо ионизированную кислоту, достигает нуля при pH = 3,9 и, наконец, принимает положительное значение в сильно кислых средах, вероятно, за счет адсорбции ионов водорода. Существенно, что положительный потенциал глобул в кислой среде по абсолютному значению намного меньше, чем в щелочной, что, безусловно, связано с различной прирот дой и концентрацией ионов, стабилизующих частицы в кислой и щелочной средах. [c.383] Как показал эксперимент, с ростом абсолютного значения -потенциала растет и агрегативная устойчивость латексов. Повышение устойчивости латексов с увеличением отрицательного -потенциала общеизвестно. Но подобная же зависимость наблюдается и для перезаряженных латексов с положительно заряженными частицами. При pH = 3,9 в изоэлектрическом состоянии стабилизованные латексы тотчас коагулируют. При pH = 3,1 идет процесс скрытой коагуляции, переходящий за сутки в явную. При pH = 2,7 явной коагуляции не происходит в течение 25 дней. [c.383] При изучении влияния катионов различной валентности на электрокинетический потенциал латексных глобул было установлено, что для латексов с отрицательно заряженными частицами соблюдается правило Шульце — Г арди, которому подчиняются лиофобные коллоидные системы. На рис. XII. 8 приведены результаты электрофоретических исследований диализованного синтетического латекса, содержащего 1% сухого остатка. Последние точки на кривой, отмеченные стрелками, соответствуют предельной концентрации электролита, при которой еще можно провести электрофорез. [c.384] Некоторое повышение потенциала при введенйи небольших количеств хлорида натрия наблюдали и другие исследователи (Гаузер и Бендер, Марон с сотр.). Причина подобного явления заключается, возможно, в адсорбции глобулами анионов, присутствующих в системе. Падение потенциала при повышении концеитрации хлорида натрия объясняется, конечно, сжатием двойного электрического слоя. Этим же объясняется и резкое снижение потенциала при введении хлоридов кальция и алюминия. Прибавление больших количеств хлорида алюминия, как можно видеть на рисунке, ведет к перезарядке глобул. [c.384] В последние годы довольно широкое распространение получило мнение, что основную роль в агрегативной устойчивости обычных латексов играет структурно-механический фактор. Однако эту точку зрения применительно к латексам, стабилизованным мылами, нельзя считать правильной. Было показано, что поверхность глобул стабилизованных латексов обычно покрыта слоем эмульгатора лишь на 30—40%. При значительной ненасыщенности адсорбционного слоя на поверхности глобул говорить о наличии вокруг частиц двухмерных студней и о их структурно-механических свойствах едва ли возможно. Устойчивость латексов, стабилизованных мылами, определяется, в основном, действием отталкивающих сил между двойными электрическими слоями, возникающих при перекрытии ионных атмосфер. При этом собственно стабилизующей частью молекулы стабилизатора является ее гидратированные ионизированные группы, а роль углеводородного радикала сводится к фиксации молекулы стабилизатора на межфазной поверхности полимер — вода. [c.384] Другим доказательством двойного электрического слоя как основной причины устойчивости водных дисперсий полимеров, стабилизованных мылами, является тот факт, что стабильные латексы можно получить с помощью эмульгаторов, не способных давать механически прочные адсорбционные пленки (например, с помощью некалей). [c.384] Согласно Р. Э. Нейману, с увеличением плотности адсорбционных слоев происходит все большая замена двойного электрического слоя сильно развитыми гидратными оболочками на поверхности частиц. Таким образом, имеет место переход от систем, стабилизованных двойным электрическим слоем, к системам, стабильность которых обусловлена структурно-механическим барьером. Иначе говоря, при увеличении адсорбции поверхностью латексных глобуЛ происходит не только количественное, но и качественное изменение механизма стабилизации. Возникает новый по своей природе энергетический барьер, препятствующий коагуляции, близкий к представлениям П. А. Ребиндера, об образовании структурированных гелеобразных слоев эмульгатора. Электрический заряд двойного электрического слоя при этом уменьшается или исчезает совсем благодаря тесному контакту ионогенных групп и возрастанию ионной силы. На неэлектростатическую природу стабилизующего барьера в этом случае, согласно Р. Э. Нейману, указывает и то, что коагуляция адсорбционно насыщенных латексов не подчиняется закономерностям, характерным для латексов, частицы которых несут двойной электрический слой. Очевидно, существует иной, неэлектростатический механизм стабилизации, связанный со структурой и гидратацией плотно упакованных насыщенных слоев эмульгатора. [c.385] Как было указано, сравнительно недавно широкое распространение у нас и за рубежом получили неионогенные поверхностно-активные вещества, молекулы которых имеют несколько неионогенных полярных групп, например —ОН. Гидрофобными частями молекул этих веществ являются углеводородные радикалы алифатических спиртов или алкилфенолов. [c.385] В СССР первые работы по исследованию свойств латексов, стабилизованных неионогенными поверхностно-активными веществами, выполнены Р. М. Панич и С. С. Воюцким с сотрудниками еще в 1961 г. В этих исследованиях ими было установлено, что латексы, полученные с применением неионогенных поверхностно-активных веществ, представляющих собой продукты сополимеризации MOHO- и диалкилфенолов с достаточными количествами окиси этилена, вполне устойчивы к действию электролитов, что имеет немаловажное практическое значение. Латексы с более гидрофильными стабилизаторами, имеющими длинную оксиэтиленовую цепь, оказались устойчивыми к интенсивному перемешиванию, тогда как в латексе с более гидрофобным стабилизатором при перемешивании образуется коагулят. Разбавленные латексы с неионогенными эмульгаторами обладают небольшим отрицательном электрокинетическим потенциалом. Причина этого явления, по мнению авторов, заключается в адсорбции латексными глобулами посторонних ионов, присутствующих в системе. Абсолютное значение отрицательного электрокинетического потенциала латексных глобул с неионогенными стабилизаторами возрастает с увеличением pH среды. Это указывает на то, что адсорбирующимися ионами, обусловливающими заряд, могут являться гидроксильные ионы. [c.385] Введением AI I3 были получены латексы в изоэлектрическом состоянии, причем в них не происходило явной коагуляции. Это указывает на то, что их устойчивость обусловлена не электростатическими силами, а в основном гидратацией полярных участков цепей стабилизатора. Однако агрегативная устойчивость латексов, содержащих неионогенный стабилизатор, в изоэлектрическом состоянии ниже, чем агрегативная устойчивость исходных латексов. Таким образом, заряд латексных глобул, обусловленный адсорбцией ионов, все же способствует повышению устойчивости латексов. [c.385] Стабилизирующая роль гидратации, вероятно, заключается в том, чтобы обеспечить эффективное отталкивание при взаимодействии таких гидратированных слоев (расклинивающее давление). [c.385] Типичные пены представляют собой сравнительно весьма грубые высококонцентрированные дисперсии газа (обычно воздуха) в жидкости. Пузырьки газа в таких системах имеют размер порядка несколько миллиметров, а в отдельных случаях и сантиметров. Благодаря избытку газовой фазы и взаимному сдавливанию пузырьки пены имеют не сферическую форму, а представляют собой полиэдрические ячейки, стенки которых состоят из весьма тонких пленок жидкой дисперсионной среды. Пленки пены часто обнаруживают интерференцию это свидетельствует о том, что их толщина соизмерима с длиной световых волн. [c.386] В результате того, что пена состоит из таких полиэдрических ячеек, она имеет сотообразную структуру. Плато установил, что в соответствии с требованием минимума свободной поверхностной энергии на одном жидком ребре ячейки всегда сходятся три пленки, образующие между собой равные уг.лы в 120 , и что в одной точке могут сходиться лишь четыре ребра. Большой размер отдельных газовых пузырьков и тесное расположение их в пене исключают возможность броуновского движения. Кроме того, в результате особой структуры устойчивые пены обладают некоторой жесткостью или механической прочностью. Вообще, по строению обычные пены весьма напоминают высококонцентрированные эмульсии,. [c.386] От типичных пен, представляющих высококонцентрированные дисперсии газа в жидкости, следует отличать низкоконцентрированные системы Г/Ж, в которых газовые пузырьки находятся на сравнительно большом расстоянии друг от друга. Примером такой дисперсной системы могут служить газированная вода, пиво или шипучее вино, содержащие пузырьки двуокиси углерода. Эти системы по с ойствам ближе к разбавленным эмульсиям. Однако благодаря большой разнице в плотностях жидкой и газовой фазы такие системы обладают очень малой седиментационной устойчивостью и существуют непродолжительное время. [c.386] Вернуться к основной статье