Еще в ранних работах по изучению устойчивости лиозолей было обнаружено интересное явление – если прибавить к золям некоторое количество раствора высокомолекулярного вещества, то золь не коагулирует в присутствии электролитов. Первое сообщение о защитном действии раствора желатина на устойчивость окраски золя золота сделал М. Фарадей в 1757 г. Эти исследования были возобновлены лишь спустя 50 лет в работах Лоттермозера и фон Меера на золях серебра. Эти ученые обнаружили, что золь серебра можно защитить от коагуляции с помощью белка.
Такие вещества получили название защитных. Чтобы характеризовать защитное действие высокомолекулярных соединений Зигмонди в 1912 г. предложил использовать, так называемое, «золотое число». В качестве эталонного золя использовался золь золота, поэтому и было введено такое название защитного действия. В соответствии с критерием, предложенным Зигмонди, «золотое число» – это количество (мг) абсолютно сухого высокомолекулярного соединения, необходимое для защиты 10 мл золя золота, содержащего 6×10-3 % (по массе) дисперсной фазы, от перемены окраски при добавлении 1 см3 10 %-ного раствора NaCl. Из приведенного определения видно, что «золотое число» по своей сути было произвольной характеристикой защитного действия полимеров.
Фрейндлих еще в 1926 г. высказал предположение, что стабилизирующее действие полимеров зависит от адсорбции макромолекул на поверхности частиц и способа их закрепления на частицах. При изучении защитного действия полимерных веществ было также обнаружено явление снижения устойчивости золей при введении в них недостаточного количества высокомолекулярного вещества. Это явление, получившее тогда название «сенсибилизация», а в настоящее время называемое «флокуляцией», пытались объяснить с различных позиций. В частности Н.П. Песков считал, что астабилизирующее действие малых добавок полимера объясняется связыванием ионов в двойном электрическом слое частиц и нарушением их эквивалентного соотношения, что приводит к уменьшению потенциала поверхности и к снижению устойчивости золей к электролитной коагуляции.
Последующие многочисленные исследования позволили связать как стабилизирующее, так и астабилизирующее действие полимерных веществ с адсорбцией их макромолекул и созданием адсорбционно-сольватных оболочек на поверхности частиц дисперсной фазы.
Было найдено, что не только жесткие макромолекулы, например природные полисахариды, но и гибкие макромолекулы, в частности глобулярные белки или некоторые синтетические полимеры, например полиэтиленоксиды, способны стабилизировать золи.
Выбор количества стабилизирующего полимера стали определять по равновесной концентрации раствора, при которой изотерма адсорбции выходит на плато. В пятидесятые годы двадцатого столетия в работах Геллера было установлено, что при постоянной концентрации растворов (1 г/л) полиэтилен-оксидов их стабилизирующее действие повышается с увеличением молекулярной массы. В отличие от проводившихся ранее исследований, Геллер впервые использовал неионогенный полимер и показал, что стабилизация дисперсных систем может осуществляться исключительно за счет формирования незаряженных адсорбционных слоев. Именно Геллер впервые в 1954 г. предложил термин «стерическая защита» и он же в 1966 г. изменил его на «стерическую стабилизацию». Таким образом, повсеместно используемый в настоящее время термин «стерическая стабилизация» ввел У. Геллер. Для полимерных молекул, имеющих в составе макромолекулы ионогенные группы, диссоциированные в водной среде, стабилизирующее действие обеспечивается в результате не только формирования пространственной структуры адсорбционного слоя, но и повышения электрического фактора стабилизации вследствие увеличения плотности поверхностного заряда частиц и их поверхностного потенциала. Такая стабилизация получила название «электростерической».
В последующих работах было установлено, что при введении в макромолекулы гидрофобных фрагментов, не способных взаимодействовать с растворителем (водой), но обладающих сродством к поверхности частиц, стабилизирующее действие макромолекул повышается. Такие участки макромолекул, способствующие закреплению стабилизатора на поверхности частиц, получили название «якорных». Наилучшие результаты по стабилизации получаются при химическом закреплении стабилизирующих молекул на поверхности частиц.
Теории стабилизирующего действия полимерных веществ при их адсорбции на поверхности частиц дисперсной фазы можно разделить на две группы. К первой группе относятся теории, в основе которых лежит идея Ленгмюра об осмотическом механизме стабилизирующего действия при перекрытии адсорбционно-сольватных оболочек частиц и смешении полимерных молекул в зоне перекрытия; ко второй группе - теории, основанные на рассмотрении структурно-механических свойств полимерных оболочек частиц, которые не перекрываются при сближении частиц и полимерные молекулы в которых не смешиваются в образовавшемся зазоре.
Несколько особняком стоят теории стабилизации, основанные на принципе «скейлинга», когда рассматривается скачкообразный переход свойств разбавленных (или относительно разбавленных) растворов полимеров неперекрытых адсорбционно-сольватных слоев к свойствам концентрированных растворов, когда адсорбционно-сольватные оболочки перекрываются. Теории скейлинга строятся на базе степенной зависимости некоторых свойств полимеров от концентрации раствора. В частности такова зависимость вязкости от концентрации растворов полимеров, которые при определенной концентрации из ньютоновской жидкости переходят в структурированное состояние. Следовательно, увеличение концентрации в зазоре между частицами при перекрытии адсорбционно-сольватных оболочек может привести к изменению объемно-структурных свойств растворов. В свою очередь концентрация структурообразования имеет степенную зависимость от молекулярной массы (или степени полимеризации) макромолекул. К таким слоям можно применить законы реологии, рассмотрению которых мы посвятим специальный раздел. В теории скейлинга пренебрегают величиной нестепенных постоянных, значения которых подчас трудно определить.
Рассмотрим теперь некоторые из ранних теорий стерической стабилизации.