Дисперсные системы крайне разнообразны. Их можно классифицировать как по дис­персной фазе, так и дисперсионной среде. Известны дисперсии твердого вещества в твердом (например, порошковые краски), твердого в жидком (большинство жидких лако­красочных материалов), жидкого в жидком (разнообразные эмульсии, например эмуль­сии жидкой эпоксидной смолы в воде), твердого и жидкого в газах (аэрозоли, дымы, ту­ман).

Другим критерием классификации дисперсных систем является размер частиц дис­персной фазы (рис. 1.1). Дисперсии с диаметром частиц 5 — 1000 нм называются кол­лоидами или коллоидными системами. Свойства дисперсий определяются главным об­разом внутренней поверхностью раздела фаз.

Дисперсные системы

Грубое распределение Коллоиды Молекулярные растворы

0 > 1000 нм (1 мкм) 0 от 1000 до 5 нм 0 < 5 нм

------------------------------------------------------------------------------------------------------------- >

Уменьшение размера частиц - увеличение степени дисперсности

Рис. 1.1. Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы

Под молекулярными растворами в данном случае понимают системы с распределением компонентов на молекулярном уровне.

Пигментированные материалы, как правило, состоят из двух фаз: дисперсной фазы — частицы пигментов или наполнителей (размер кристалли­ческих образований 10 — 1000 нм, а размер частиц обычно больше);

Дисперсионной среды — пленкообразователь, его раствор или дисперсия в жидкой среде (дополнительная граница раздела фаз).

Полимерные дисперсии содержат:

Дисперсную фазу — полимерные частицы размером 50 — 5000 нм;

Дисперсионную среду — чаще всего воду.

Таким образом, применяемые в лакокрасочной промышленности дисперсии пигментов, полимеров и олигомеров представляют собой грубые или тонкие коллоидные системы.

Зависимость между величиной поверхности и размером частиц дисперсной фазы давно определена [1, 2] и рассчитана на модели, в качестве которой выбран куб с дли­ной грани 1 см и поверхностью 6 см2. Каждую грань этого куба делят на 1С частей, по­лучая 10x 10x 10 = 1000 кубиков с длиной грани 1 мм и общей поверхностью 60 см2. Такой процесс деления можно продолжать. При длине грани кубика 1 мкм их число со­ставит 1012, а общая поверхность - 6 м2.

Увеличение поверхности при измельчении частиц важно до тех пор, пока атомы или молекулы на поверхности частиц приобретут более высокую энергию, чем атомы или молекулы, находящиеся внутри частиц. В частицах низкомолекулярных веществ диа­метром 10 нм около 25% молекул находится на границе раздела фаз. Таким образом, понятие «коллоид» характеризует состояние веществ, определяемое большой удель­ной поверхностью и высокой величиной поверхностной энергии.

Таблица 1.1

Средний размер частиц и удельная поверхность некоторых пигментов и наполнителей

Примечание. Примеры соответствуют конкретным промышленным продуктам с максимально тонким и грубым размером частиц.

Данные, приведенные в табл. 1.1, показывают зависимость размеров частиц пиг­ментов и наполнителей различной природы от их поверхности. Для пигментов и напол­нителей, применяемых в промышленности, как правило, наблюдается сравнительно широкое распределение частиц по размерам.

Из данных таблицы можно сделать следующие выводы:

• с увеличением размеров частиц уменьшается их удельная поверхность;

• анизометрические частицы по сравнению с изометрическими имеют большую удельную поверхность, что следует из их геометрических характеристик.

Свойства дисперсных систем в зависимости от размера частиц [1] представлены на рис. 1.2. С увеличением степени дисперсности изменяются такие характеристики, как помутнение, фильтруемость, диффузия и диализ. Насыщенность оттенка и опалесцен­ция, напротив, имеют максимальные значения в коллоидной области.

Таблица 1.2

Свойства железооксидных пигментов в зависимости от размера частиц [1]

TOC o "1-5" h z Размер частиц, нм 100 150 170 250 300 350 450 800 900 1000

Удельная поверхность ---------------------------------------- Уменьшение---------------------------------------------------- >

Маслоемкость Уменьшение---------------------------------------------------- >

Оттенок Становится голубым------------------------------------------------ >

Насыщенность оттенка <------- Уменьшение----------------------------- Уменьшение------------------------------- >

Укрывистость <------- Уменьшение----------------------------- Уменьшение------------------------------- >

Примечание. Насыщенность оттенка и укрывистость имеют максимальные значение при среднем разме­ре частиц около 300 нм (рис. 1.2).