Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий



Следующая страницаСодержаниеПредыдущая страница

1.6. Способы диспергирования

При механическом измельчении, в частности при получении пигментов дисперсионным методом, трудно получить частицы коллоидной дисперсносности. Различают три вида измельчения: грубое (r»10-3м), среднее (r»10-4м) и тонкое (r<10-5м). Специальное оборудование, применяемое для сверхтонкого диспергирования, такое как струйные аппараты или коллоидные мельницы, позволяет получить частицы радиусом (r) до 10-6 м и даже менее. Для предотвращения слипания частиц после их образования диспергирование проводят в присутствии дезагрегирующих добавок - ПАВ или воды.

Спекшиеся гранулы, обычно радиусом 5-10 мм, размалывают на роликовых мельницах до получения полупродукта, радиус частиц которого составляет 10-5м. Затем полупродукт промывают деионизированной водой и в виде пульпы направляют на шаровую мельницу, где проводят мокрый размол. Для предотвращения коагуляции при размоле в шаровые мельницы добавляют силикат натрия и едкий натр. Футеровку и шары в мельнице делают из прочного керамического материала. Измельченный пигмент [например, оксид титана (IV)] направляют на классифицирующие центрифуги, где проводят отделение крупных частиц (r>10-6м), которые возвращают на повторную обработку. Частицы, имеющие r<10-6 м, поступают в смеситель, где находится щелочной раствор силиката натрия и сульфата алюминия.

Сульфат алюминия гидролизуется до гидроксида алюминия, который осаждается вместе с гидроксидом кремния на частицах оксида титана (IV) и формирует заряд на поверхности глобул, в результате чего предотвращается коагуляция и агрегация частиц. После фильтрации и промывки от негидролизованных солей пасту гранулируют и сушат. При сушке частички слипаются, поэтому после сушки рыхлые комки пигмента разбивают (распушают) на ударных (молотковых) мельницах. Полученный порошок подают в струйные мельницы для тонкого помола, где формируются частицы радиусом до 10-6м. При тонком помоле частицы могут вновь агрегировать, поэтому эти вторичные агрегаты разрушают в присутствии ПАВ на центробежных мельницах - дезинтеграторах.

Для того, чтобы представить всю сложность получения коллоидной системы методом диспергирования, ниже приведена наиболее распространенная схема получения тонкодисперсного пигмента, рис. 2.3.

Из приведенной схемы получения коллоидно-дисперсных частиц становится очевидным, что механический способ диспергирования характеризуется низким коэффициентом полезного действия. Поэтому проводятся работы по созданию новых способов диспергирования, например, с помощью ультразвука, лазерных генераторов и т.д.

Спекшиеся гранулы после сушки

ß

Грубый размол в роликовых мельницах

ß

Промывка деионизированной водой

ß

Непрерывный мокрый размол

Ü

NaOH

в трубчатой шаровой мельнице

+Na2SiO3

Частицы более 10-6м

Ý

ß

Классифицирующие центрифуги

ß

Солевая обработка

икоагуляция

Ü

NaOH+Al2(SO4)3·18H2O

+Na2SiO3

ß

Промывка и фильтрация

ß

Cушка

ß

Размол в молотковых мельницах

ß

Тонкий размол в паровых струйных мельницах

ß

Размол в дезинтеграторах

Ü

ПАВ

ß

На упаковку

Рис. 2.3. Схема диспергационного получения пигментов

Диспергированию способствует наличие микродефектов в структуре твердого тела.

Прочность реального тела P0, имеющего дефекты (трещины) длиной l и удельную свободную поверхностную энергию s, описывается уравнением Гриффитса

, (2.1.50)

где e - модуль упругости Юнга.

Для твердых тел с адсорбированным модификатором поверхности, способным снижать прочность структуры тела при адсорбции, уравнение Гриффитса имеет вид

, (2.1.51)

где DР= Р0 – РА; Р0 , РАпрочность сухого тела и прочность с адсорбированным веществом; Ds - уменьшение удельной поверхностной энергии при адсорбции понизителя прочности.

Уравнение (2.1.51) показывает, что удельное снижение прочности линейно зависит от снижения поверхностного натяжения твердого тела при адсорбции модификатора поверхности. В этой связи размол пигментов часто проводят при добавлении некоторого количества воды или диспергируют их в водной среде в присутствии ПАВ.

Самопроизвольное диспергирование возможно при снижении поверхностного натяжения твердого тела в результате введения достаточного количества ПАВ или повышения температуры так, что поверхностное натяжение s достигнет некоторого критического значения

, (2.1.52)

где g - коэффициент формы частиц, при комнатной температуре равный примерно 28; k- постоянная Больцмана, а- линейный размер частиц. При комнатной температуре для частиц с а» 10-8м sкрит составляет 10-1-10-2 мДж/м2. Для сравнения отметим, что поверхностное натяжение воды при комнатной температуре равно » 70 мДж/м2.

Критериальное уравнение (2.1.52) было выведено Ребиндером и Щукиным.

Самопроизвольное диспергирование в жидкой среде возможно, если структура твердого тела мозаична и нарушение прочности происходит по границам этих элементов структуры - дефектам кристаллов. Такое самопроизвольное диспергирование возможно даже без механического воздействия, только под действием внутренних напряжений, если снижать межфазовую удельную свободную энергию при введении специальных ПАВ - понизителей прочности твердого тела. Снижение прочности твердых тел при введении ПАВ носит название «адсорбционного понижения прочности» или «эффекта Ребиндера» (1928 г.).

Механизм этого эффекта на молекулярном уровне состоит в том, что молекулы поверхностно-активного вещества проникают в микродефекты, формируют на поверхности твердого тела мономолекулярные пленки и понижают межфазовое натяжение, тем самым уменьшая механическую работу, которую необходимо совершить для диспергирования. Кроме того, адсорбция в микротрещинах приводит к локальному повышению концентрации и к осмосу растворителя в эти микротрещины (и дальнейшему расширению дефектов).

Очевидно, что ПАВ, уменьшающие удельную свободную энергию на границе раздела фаз, способны как уменьшать работу, необходимую для диспергирования твердого тела, так и снижать работу образования твердой фазы при конденсированном получении дисперсных систем. Именно поэтому формование химических волокон проводят из растворов в осадительную ванну, которая содержит ПАВ.


Следующая страницаСодержаниеПредыдущая страница

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн