4.5.3. Влияние адсорбции полимеров частицами дисперсной фазы и флокуляции на структурообразование

Адсорбционные слои ПАВ могут изменять не только интенсивность, но и характер взаимодействия частиц с дисперсионной средой и между собой. Поэтому наиболее часто именно ПАВ используют для управления прочностью структуры в дисперсных системах. Особенно часто для этой цели применяют высокомолекулярные поверхностно-активные вещества (ВПАВ). Действие этих веществ основано на двух возможных эффектах:

1) на усилении взаимодействия частиц дисперсной фазы при одновременной адсорбции полимерной молекулы на различных частицах (флокулянты);

2) на повышении эффективной вязкости дисперсионной среды (загустители).

Механизм флокуляции полимерами состоит в том, что молекулы полимера адсорбируются одним концом на поверхности одной частицы, а другим – на поверхности другой. В результате этого частицы оказываются как бы связанными между собой. Этот эффект проявляется только в определенной области концентраций, так как в разбавленных растворах макромолекулы адсорбируются в виде петель только на поверхности одной из частиц, а в относительно концентрированных растворах макромолекулы сворачиваются в клубки и также взаимодействуют только с поверхностью одной частицы. Область концентраций, соответствующая флокуляции зависит от молекулярной массы и концентрации полимера, объемной доли и удельной поверхности дисперсной фазы и обычно находится только эмпирическим путем.

Дисперсии органических или неорганических пигментов применяют для печатания рисунка на тканях или при крашении синтетических волокон в массе полимера перед формованием. Дисперсии пигментов должны быть устойчивы в растворах или расплавах полимеров. Устойчивость таких дисперсий определяется не только высокой структурной вязкостью растворов или расплавов полимеров, препятствующей броуновскому движению частиц, что создает условия для высокой кинетической устойчивости этих дисперсий, но и формированием адсорбционных оболочек полимерных молекул и их одновременной адсорбцией на поверхностях различных частиц (флокуляцией), что придает дисперсиям агрегативную устойчивость. Следовательно, образование пространственной структуры в растворах и расплавах полимеров играет важную роль для стабилизации дисперсий пигментов. Не менее важным оказывается и флокулирующее действие макромолекул, в результате чего резко возрастает структурирование дисперсной системы. Такое структурообразование сказывается на технологических свойствах печатной краски: снижается укрывистость, но одновременно с этим улучшается четкость контура при печатании, пигмент не осаждается и краска не расслаивается. Особое значение приобретает флокуляция при формировании структуры почвы для улучшения ее фракционного состава, для предотвращения пылеобразования и ветровой эрозии.

На рис. 2.45 дан характерный пример зависимости прочности коагуляционной структуры глины (бентонита) от концентрации поливинилового спирта при различном содержании дисперсной фазы. Можно видеть, что уже при незначительной добавке ПВС (1-2%) происходит многократное повышение прочности структуры в результате флокуляции частиц.

Последующее увеличение содержания полимера в дисперсии разрыхляет структуру вплоть до полной ее деструкции при содержании 4% полимера. При последующем увеличении содержания полимера в дисперсной системе прочность структуры вновь возрастает в результате формирования пространственной сетки из макромолекул.

Таким образом, используя адсорбцию ПАВ и полимеров, можно управлять прочностью структуры в дисперсных системах, повышая или снижая ее в зависимости от технологических задач.