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 ezt 1 mm-esre darabolva 1‰
1 µm élhosszúság esetén
6 cm2/cm3 60 cm2/cm3 6 m2/cm3
1 nm élhosszúságúra darabolva 6000 m2/cm3 10% 1%
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
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 – latex, szuszpenziók – mőgyanta alapú, pigment tartalmú zománcok – finom eloszlás: diszperzió emulziók
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
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
Diszperziós kolloidok
Az eloszlatott kismérető részecskék mikrofázisokat alkotnak a folytonos közegben Típusai
aeroszol
inkoherens
lioszol
xeroszol
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
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
Kolloid rendszerek reológiája
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:
F =η ⋅A
v1 − v2 dv =η ⋅A l1 − l2 dl
5
Kolloid rendszerek reológiája
Nyírófeszültség: a felületegységre ható erı (Pa)
Sebesség-gradiens: a rétegek sebesség és távolságdv különbségének hányadosa (1/s) D= dl
Viszkozitás, konzisztencia (Pa⋅s)
τ=
η=
τ
F =η ⋅ A
D
F A
v1 − v2 dv =η ⋅A l1 − l2 dl
τ =η ⋅D
Kolloid rendszerek reológiája η
Relatív viszkozitás: oldószerre vonatkoztatott η rel = η
Specifikus viszkozitás: különbség
Redukált viszkozitás: koncentrációra vonatkozatott
ηsp =
η −ηo = η rel − 1 ηo
ηsp c
o
= η red
Határviszkozitás: zérus koncentrációra extrapolált α ηred – a viszkozitás szerinti M-átlag
ηh = K ⋅ M
Kolloid rendszerek reológiája
A ragasztó- és bevonó-anyagok folyási tulajdonságait befolyásoló tényezık: a
folyékony fázis viszkozitása diszpergált fázis koncentrációja a diszpergált részecskék nagysága, méret szerinti eloszlása nyírás hatására a molekulák rendezıdése a
6
Kolloid rendszerek reológiája
A viszkozitás változása - ismerete alapvetı a helyes technológiai megoldásokhoz alkalmazott
nyírófeszültség
τ =η ⋅D
Kolloid rendszerek reológiája
Folyásgörbék: a kolloid rendszerek nyírófeszültsége nem lineárisan változik a sebesség-gradienssel
Kolloid rendszerek reológiája
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
Kolloid rendszerek reológiája
A viszkozitás változása - ismerete alapvetı a helyes technológiai megoldásokhoz alkalmazott a
nyírófeszültség felhasználás, vizsgálat hımérséklete lg η → 1/T
τ =η ⋅D
E
η = A⋅ e RT
Kolloid rendszerek reológiája
A viszkozitás változása - ismerete alapvetı a helyes technológiai megoldásokhoz alkalmazott
nyírófeszültség felhasználás, vizsgálat hımérséklete a diszpergált anyag koncentrációja a
τ =η ⋅D
E
η = A⋅ e RT
Kolloid rendszerek reológiája
Ragasztó felvitele – viszkozitás beállítása szórás
300-1000 mPas; görgıs henger néhány ezer; kenés 20000 mPas alacsony viszkozitás esetén a ragasztó a rostok közé folyik, nem tud kötni a viszkozitás és az alkalmazott présnyomás is függenek
8
