Diszperz rendszerek. Kolloid rendszerek. Kolloid rendszerek

Átírás

1 Diszperz rendszerek 2. hét Többkomponenső - valamilyen folytonos közeg, és a benne eloszlatott részecskék alkotta rendszer Az eloszlatott részecskék mérete alapján: homogén rendszer heterogén rendszer kolloid rendszer Kolloid rendszerek Diszperzitásfok a szétoszlatottság mértéke Fajlagos felület: egységnyi térfogatú vagy tömegő anyag felülete kolloid mérettartományban jelentıs 1 db 1 cm élhosszúságú kocka 6 cm 2 /cm 3 ezt 1 mm-esre darabolva 60 cm 2 /cm µm élhosszúság esetén 6 m 2 /cm 3 10% 1% 1 nm élhosszúságúra darabolva 6000 m 2 /cm 3 a felületen lévı molekulák száma nem elhanyagolható Kolloid rendszerek Az eloszlatott részecskék típusa szerint diszperziós kolloidok - valamely folytonos közegben gáz, folyadék és szilárd mikrofázisok, felülettel határolt részecskék találhatók makromolekuláris kolloidok - a folyadékban oldott részecskék mérete eleve a kolloid mérettartományban polimerek oldatai asszociációs kolloidok - az oldott amfipatikus molekulák micellákká csoportosulnak detergensek, emulgeálószerek oldatai 1

2 Kolloid rendszerek Az eloszlatott részecskék között ható erı szerint a kolloid rendszer: inkoherens - a részecskék egymástól függetlenek - a közeg folyékony jellege a mérvadó (aero- és lioszolok, kolloid oldatok) koherens - összefüggı szilárd váz - a közeg miatt (xeroszolok) vagy a részecskék kapcsolódása (gélek) révén A filmképzésre alkalmas ragasztó és bevonó anyagok folyékony közegő rendszerei az eloszlatott anyag és a diszpergáló fázis típusa szerint valódi oldatok száradó olajok nincs filmképzés kolloid rendszerek makromolekuláris oldatok mőgyanta alapú lakkok oldatai emulziók latex, szuszpenziók mőgyanta alapú, pigment tartalmú zománcok finom eloszlás: diszperzió mikroheterogén rendszerek szuszpenziók pigment-szemcséket tartalmazó vizes és olajfestékek Makromolekuláris kolloidok Folyadékban oldott (szolvatált) kolloid mérető makromolekulákat tartalmazó inkoherens kolloid rendszer - lioszol polimerek oldata - ragasztók, lakkok amikor az oldószerben molekuláris méretben történik a diszpergálás 2

3 Makromolekuláris kolloidok A diszpergálás oldás folyamata a polimer molekulák közötti másodlagos kémiai kötések felbomlanak a lánc-makromolekula oldására alkalmas oldószerben a polimer duzzad, az oldószer molekulák a láncok közé diffundálnak a térhálós polimer esetén az elsıdleges kötések nem módosulnak nem képez oldatot, duzzadt állapotban marad Makromolekuláris kolloidok A diszpergálás oldás folyamata oldószer: duzzasztás, diszpergálás, ballaszt aktív oldószer hígítószer Ragasztók és lakkok, mint kolloid rendszerek A diszpergálás oldás folyamata szilárd polimer duzzadt gél oldat diszperziós kolloid a szolvatált molekulák az oldószerben szabadon mozognak gél szol 3

4 Diszperziós kolloidok Az eloszlatott kismérető részecskék mikrofázisokat alkotnak a folytonos közegben Típusai aeroszol lioszol xeroszol inkoherens koherens Diszperziós kolloidok Lioszolok: emulzió - folyadékban eloszlatott folyadékcseppek - olaj a vízben (o/v), víz az olajban (v/o) szuszpenzió - folyadékban eloszlatott szilárd anyag (nem makromolekula és nem detergens) molekuláris mérető részecskék kondenzálódásával Ragasztók és lakkok, mint kolloid rendszerek Lioszolok a finom eloszlású szuszpenziókat, amikor az eloszlatott anyag polimer diszperziónak nevezik 4

5 Ragasztók és lakkok, mint kolloid rendszerek Diszperzió elıállítása vizes közegben nem diszpergálással, hanem emulziós polimerizációval monomer + emulgeáló-szer + védıkolloid polimerizáció folyamata: az emulgeálószer alkotta micellákban, iniciátor hatására emulziós polimerek megnevezést is használják Diszperziós kolloidok Xeroszolok: szilárd hab - szilárd anyagban eloszlatott gáz megszilárdult poliuretán hab, szivacs a polimer képzıdése révén jön létre a szilárd váz Reológia: a testek deformációjának vizsgálata plasztikus, viszkózus, elasztikus folyási tulajdonságok Viszkozitás: anizotróp erı okozta áramlás következtében fellépı ellenállás Két folyadékréteg egymáshoz képest különbözı sebességgel mozog, a köztük ható erı: v1 v2 dv F = η A = η A l l dl 1 2 5

6 Nyírófeszültség: a felületegységre ható erı (Pa) F τ = A Sebesség-gradiens: a rétegek sebesség és távolságkülönbségének hányadosa (1/s) dv D = dl Viszkozitás, konzisztencia (Pa s) v1 v2 dv F = η A = η A l l dl τ η = D 1 2 τ =η D Relatív viszkozitás: oldószerre vonatkoztatott η = rel η η o Specifikus viszkozitás: különbség η ηo ηsp = = ηrel 1 η o Redukált viszkozitás: koncentrációra vonatkozatott η sp =η c Határviszkozitás: zérus koncentrációra extrapolált η red a viszkozitás szerinti M-átlag η = K M h red α A ragasztó- és bevonó-anyagok folyási tulajdonságait befolyásoló tényezık: a folyékony fázis viszkozitása a diszpergált fázis koncentrációja a diszpergált részecskék nagysága, méret szerinti eloszlása nyírás hatására a molekulák rendezıdése 6

7 A viszkozitás változása - ismerete alapvetı a helyes technológiai megoldásokhoz alkalmazott nyírófeszültség τ =η D Folyásgörbék: a kolloid rendszerek nyírófeszültsége nem lineárisan változik a sebesség-gradienssel Tixotópia: liogélek mechanikai hatásra rázásra, keverésre elfolyósodnak, majd a behatás megszőnte után ismét megszilárdulnak A folyásgörbe két szakaszból áll a hiszterézishurok területének nagysága ~ a szerkezet összetöréséhez szükséges munka Az erısen tixotróp ragasztó- és bevonó-anyagok terülése rossz Nem tixotróp anyag pedig megfolyik a felületen 7

8 A viszkozitás változása - ismerete alapvetı a helyes technológiai megoldásokhoz alkalmazott nyírófeszültség a felhasználás, vizsgálat hımérséklete lg η 1/T τ =η D η = A e E RT A viszkozitás változása - ismerete alapvetı a helyes technológiai megoldásokhoz alkalmazott nyírófeszültség τ =η D a felhasználás, vizsgálat hımérséklete E RT a diszpergált anyag koncentrációja η = A e Ragasztó felvitele viszkozitás beállítása szórás mpas; görgıs henger néhány ezer; kenés mpas alacsony viszkozitás esetén a ragasztó a rostok közé folyik, nem tud kötni a viszkozitás és az alkalmazott présnyomás is függenek 8