УСТО́ЙЧИВОСТЬ ДИСПЕ́РСНЫХ СИСТЕ́М

УСТО́ЙЧИВОСТЬ ДИСПЕ́РСНЫХ СИС­ТЕ́М, ха­рак­те­ри­зу­ет­ся по­сто­ян­ст­вом рас­пре­де­ле­ния час­тиц дис­перс­ной фа­зы по раз­ме­рам или мас­се и их чис­ла в еди­ни­це объ­ё­ма дис­пер­си­он­ной сре­ды. Наи­бо­лее слож­на в на­уч. ас­пек­те и важ­на в прак­тич. от­но­ше­нии про­бле­ма ус­той­чи­во­сти аэ­ро­зо­лей и жид­ких лио­фоб­ных вы­со­ко­дис­перс­ных сис­тем (зо­лей, ла­тек­сов, мик­ро­эмуль­сий).

Раз­ли­ча­ют се­ди­мен­та­ци­он­ную и аг­ре­га­тив­ную У. д. с. Се­ди­мен­та­ци­он­но ус­той­чи­вы мик­ро­ге­те­ро­ген­ные (кол­ло­ид­ные) сис­те­мы с жид­кой и га­зо­вой дис­пер­си­он­ной сре­дой, в ко­то­рых бро­унов­ское дви­же­ние час­тиц пре­пят­ст­ву­ет их осе­да­нию; гру­бо­дис­перс­ные сис­те­мы с оди­на­ко­вой плот­но­стью со­став­ляю­щих их фаз; сис­те­мы, се­ди­мен­та­ци­ей в ко­то­рых мож­но пре­неб­речь из-за вы­со­кой вяз­ко­сти сре­ды или её же­ла­ти­ни­за­ции. В аг­ре­га­тив­но ус­той­чи­вых дис­перс­ных сис­те­мах не­по­сред­ст­вен­ные кон­так­ты ме­ж­ду отд. час­ти­ца­ми не воз­ни­ка­ют, они сво­бод­но и не­за­ви­си­мо друг от дру­га пе­ре­ме­ща­ют­ся в объ­ё­ме дис­пер­си­он­ной сре­ды. При на­ру­ше­нии аг­ре­га­тив­ной ус­той­чи­во­сти час­ти­цы, сбли­жа­ясь в про­цес­се бро­унов­ско­го дви­же­ния, со­еди­ня­ют­ся не­об­ра­ти­мо или ско­рость их аг­ре­га­ции ста­но­вит­ся зна­чи­тель­но боль­ше ско­ро­сти де­заг­ре­га­ции. Ме­ж­ду твёр­ды­ми час­ти­ца­ми воз­ни­ка­ют не­по­средств. то­чеч­ные кон­так­ты, ко­то­рые за­тем мо­гут пре­вра­тить­ся в фа­зо­вые (ко­ге­зи­он­ные) кон­так­ты, а со­при­кос­но­ве­ние ка­пель и пу­зырь­ков мо­жет при­вес­ти к их слия­нию (коа­лес­цен­ции) и со­кра­ще­нию сум­мар­ной пло­ща­ди меж­фаз­ной по­верх­но­сти. Для та­ких сис­тем по­те­ря аг­ре­га­тив­ной ус­той­чи­во­сти оз­на­ча­ет так­же по­сле­дую­щую по­те­рю седимeнтац. ус­той­чи­во­сти. В из­на­чаль­но аг­ре­га­тив­но ус­той­чи­вых сис­те­мах со­от­но­ше­ние раз­ме­ров час­тиц мо­жет со вре­ме­нем из­ме­нять­ся вслед­ст­вие изо­тер­мич. пе­ре­гон­ки (мо­ле­ку­ляр­но­го пе­ре­но­са) ве­ще­ст­ва дис­перс­ной фа­зы от мел­ких час­тиц к бо­лее круп­ным (эф­фект Кель­ви­на).

Аг­ре­га­тив­ная ус­той­чи­вость лио­фоб­ных дис­перс­ных сис­тем обес­пе­чи­ва­ет­ся при­сут­ст­ви­ем ста­би­ли­за­то­ров – ве­ществ (элек­тро­ли­тов, ПАВ, по­ли­ме­ров), ко­то­рые ад­сор­би­ру­ют­ся на по­верх­но­сти раз­де­ла фаз, сни­жа­ют меж­фаз­ное на­тя­же­ние и пре­пят­ст­ву­ют аг­ре­га­ции час­тиц. Фи­зич. тео­рия ус­той­чи­во­сти кол­ло­ид­но-дис­перс­ных сис­тем от­во­дит до­ми­нирую­щую роль ион­но-элек­тро­ста­тич. фак­то­ру ста­би­ли­за­ции. Он про­яв­ля­ет­ся во вза­им­ном от­тал­ки­ва­нии од­но­имён­но за­ря­жен­ных диф­фуз­ных час­тей двой­но­го элек­трич. слоя на по­верх­но­сти сбли­жаю­щих­ся час­тиц. Ес­ли си­лы при­тя­же­ния ме­ж­ду час­ти­ца­ми, обу­слов­лен­ные меж­мо­ле­ку­ляр­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем, пре­об­ла­да­ют над си­ла­ми элек­тро­ста­тич. от­тал­ки­ва­ния, то при сбли­же­нии про­ис­хо­дит сли­па­ние час­тиц и ук­руп­не­ние воз­ни­каю­щих аг­ре­га­тов, на­зы­вае­мое коа­гу­ля­ци­ей. В при­сут­ст­вии ПАВ фак­то­ром ста­би­ли­за­ции дис­перс­ных сис­тем мо­жет быть «тер­мо­ди­на­мич. уп­ру­гость» плё­нок сре­ды, раз­де­ляю­щей час­ти­цы. При сбли­же­нии час­тиц, напр. ка­пель или га­зо­вых пу­зы­рей, про­ис­хо­дит рас­тя­же­ние и утонь­ше­ние раз­де­ляю­щей их про­слой­ки, со­дер­жа­щей ПАВ, вслед­ст­вие че­го на­ру­ша­ет­ся ад­сорбц. рав­но­ве­сие. Бы­строе вос­ста­нов­ле­ние рав­но­ве­сия пре­пят­ст­ву­ет про­ры­ву про­слой­ки сре­ды, раз­де­ляю­щей час­ти­цы, и со­хра­ня­ет аг­ре­га­тив­ную ус­той­чи­вость сис­те­мы. Гид­ро­ди­на­мич. со­про­тив­ле­ние вы­тес­не­нию жид­кой дис­пер­си­он­ной сре­ды из про­слой­ки ме­ж­ду сбли­жаю­щи­ми­ся час­ти­ца­ми – один из ки­не­тич. фак­то­ров ста­би­ли­за­ции дис­перс­ных сис­тем. Он осо­бен­но эф­фек­ти­вен в сис­те­мах с вы­со­ко­вяз­кой дис­пер­си­он­ной сре­дой. При от­вер­де­ва­нии по­след­ней об­ра­зу­ют­ся дис­перс­ные струк­ту­ры, в ко­то­рых воз­мож­ность воз­ник­но­ве­ния не­по­сред­ст­вен­ных кон­так­тов ме­ж­ду час­ти­ца­ми прак­ти­че­ски от­сут­ст­ву­ет.

Струк­тур­но-ме­ха­нич. фак­тор ста­би­ли­за­ции воз­ни­ка­ет при об­ра­зо­ва­нии у по­верх­но­сти раз­де­ла фаз по­ли­мо­ле­ку­ляр­ных за­щит­ных сло­ёв из ми­цел­ло­об­ра­зую­щих ПАВ, по­ли­ме­ров, а ино­гда и тон­ких сплош­ных или дис­крет­ных фа­зо­вых плёнок. За­щит­ный слой при этом дол­жен быть дос­та­точ­но проч­ным, что­бы про­ти­во­сто­ять раз­ру­ше­нию при ме­ха­нич. (гид­ро­ди­на­мич.) воз­дей­ст­вии, и дос­та­точ­но лио­фи­лен со сто­ро­ны, об­ра­щён­ной к дис­пер­си­он­ной сре­де. При не­дос­та­точ­ной лио­филь­но­сти за­щит­ный слой, пре­до­хра­няя час­ти­цы (ка­п­ли) от коа­лес­цен­ции, не смо­жет пре­дот­вра­тить коа­гу­ля­цию. Струк­тур­но-ме­ха­нич. барь­ер яв­ля­ет­ся ком­плекс­ным фак­то­ром ста­би­ли­за­ции, ко­то­рый вклю­ча­ет тер­мо­ди­на­мич., ки­не­тич. и струк­тур­ные со­став­ляю­щие. Он уни­вер­са­лен и спо­со­бен обес­пе­чить вы­со­кую аг­ре­га­тив­ную ус­той­чи­вость боль­шин­ст­ва дис­перс­ных сис­тем с жид­кой дис­пер­си­он­ной сре­дой, в т. ч. вы­со­ко­кон­цен­три­ро­ван­ных, наи­бо­лее важ­ных в тех­но­ло­гич. прак­ти­ке. Ус­той­чи­вость лио­филь­ных дис­перс­ных сис­тем обу­слов­ле­на ис­клю­чи­тель­но тер­мо­ди­на­мич. фак­то­ра­ми и не тре­бу­ет при­сут­ст­вия в сис­те­ме ста­би­ли­за­то­ра. Воз­ник­но­ве­ние и не ог­ра­ни­чен­ное во вре­ме­ни их су­ще­ст­во­ва­ние (при по­сто­ян­ных тер­мо­ба­рич. ус­ло­ви­ях) объ­яс­ня­ет­ся чрез­вы­чай­но низ­ким меж­фаз­ным на­тя­же­ни­ем, при ко­то­ром са­мо­про­из­воль­ное дис­пер­ги­ро­ва­ние од­ной из мак­ро­фаз в сре­де др. мак­ро­фа­зы воз­мож­но за счёт энер­гии те­п­ло­во­го дви­же­ния мо­ле­кул и мо­ле­ку­ляр­ных ас­со­циа­тов. Ти­пич­ные пред­ста­ви­те­ли тер­мо­ди­на­ми­че­ски ус­той­чи­вых сис­тем это­го ти­па – ми­цел­ляр­ные рас­тво­ры ПАВ и по­ли­ме­ров, ме­зо­морф­ные струк­ту­ры, кри­тич. эмуль­сии.