Пасты, эмульсии. Пены, суспензии

Пасты

Пасты – это высоко концентрированные суспензии, обладающие структурой. Структура – это пространственная сетка, образованная частицами дисперсной фазы, в петлях которой находится дисперсионная среда.

Можно сказать, что пасты занимают промежуточное положение между порошками и разбавленными суспензиями. Их получают, соответственно:

растирая порошок в жидкости, обладающей достаточно большой вязкостью; например, некоторые сорта зубной пасты готовят путем смешивания мела с вязкой жидкостью, полученной путем варки крахмала в глицериновом водном растворе с добавлением небольшого количества ПАВ;

в результате седиментации разбавленной суспензии.

Так как пасты – структурированные системы, определяющим является их структурно – механические свойства, которые характеризуются такими параметрами, как вязкость, упругость, пластичность. Пасты обладают упруговязкопластическими свойствами.

Пасты имеют коагуляционную структуру, поэтому их механические свойства определяются, главным образом, механическими свойствами межчастичных жидких прослоек. Через эти прослойки действуют силы притяжения между частицами, зависящие от расстояния между ними (толщина прослоек) и обусловлена ван – дер – ваальсовыми и водородными связями. Прочность коагуляционного контакта составляет величину порядка 10-10 Н и ниже. Причем, прочность контакта могут уменьшать силы отталкивания между частицами, обеспечивающими агрегатную устойчивость суспензии, именно по этому структуры в агрегативно устойчивых суспензиях не образуются или, если и образуются, то очень непрочные.

Таким образом, механические свойства паст обусловливаются совокупностью двух различных основных причин:

· молекулярным сцеплением частиц дисперсной фазы друг с другом в местах контакта, там, где толщина прослоек дисперсионной среды между ними минимальна. В предельном случае возможен полный фазовый контакт. Коагуляционное взаимодействие частиц вызывает образование структур с выраженными обратимыми упругими свойствами;

· наличие тончайшей пленки в местах контакта между частицами.

Коагуляционные структуры отличаются резко выраженной зависимостью структурно – механических свойств от интенсивности механических взаимодействий. Примером исключительной чувствительности структурно механических свойств коагуляционных структур к механическим воздействиям является зависимость равновесной эффективной вязкости h(р) от скорости деформации g или напряжения сдвига Р. Уровень h(р) отвечает вполне определенной степени разрушения трехмерного структурного каркаса в условиях деформации системы. Диапазон изменений h(р) = ¦(Р) может достигать 9 – 11 десятичных порядков.

Для паст, так же как и для любой коагуляционной структуры, характерны следующие свойства: невысокая механическая прочность (обусловлена малой прочностью коагуляционного контакта – порядка 10-10 Н и ниже), тиксотропия, синерезис, ползучесть, пластичность, набухание.

Никакие массообменные процессы в структурированных системах нельзя осуществить, не разрушив предварительно в них структуру.

Разрушение пространственных структур в пастах – достаточно сложный процесс, характеризуемый тем, что по мере увеличения степени разрушения существенно изменяется и сам механизм распада структуры.

Можно выделить три основных этапа разрушения структуры:

разрушение сплошной структуры сетки, сопровождающиеся распадом структуры на отдельные, достаточно крупные агрегаты;

разрушение агрегатов, сопровождается уменьшением их размера и увеличением их числа, высвобождением из агрегатов и увеличением числа отдельных частиц, образованием новых агрегатов;

предельное разрушение структуры при полном отсутствии агрегатов из частиц.

Четкая граница между этими этапами размыта, т.е. переход из одного состояния структуры в другое по мере постепенного увеличения интенсивности внешних воздействий, разрушающих структуру, происходит постепенно.

Однако каждый из этих этапов специфичен, условия разрушения сплошной структурной сетки кардинальным образом отличаются от условий разрушения агрегатов, «плавающих» в дисперсионной среде, а значит, и параметры внешних воздействий, необходимых для разрушения сплошной структурной сетки и отдельных агрегатов их частиц, не могут не быть существенно различными.

Количественно изменения состояния структуры пасты оценивается совокупностью реологических характеристик, прежде всего вязкостью h, напряжением сдвига Р, упругостью Е и периодом релаксации q. Наиболее резкое, на много десятичных порядков, изменения с разрушением структуры претерпевают вязкость и период релаксации.

Для разрушения структуры используются следующие воздействия: