Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Флокуляция под действием органических полимеров
Ламер и Хили [220] показали в своем обзоре широкие возможности процессов адсорбции макромолекул на поверхности раздела твердое тело—жидкость и флокуляции. Для каждой системы полимер—коллоид в пределах узкой области концентраций флокулянта наблюдается максимальная флокуляция.
На начальной стадии, когда в системе присутствует слишком мало полимера, он не способен вызывать флокуляцию, включающую адсорбцию полимера на поверхности частиц. При этом оказывается, что число полимерных молекул недостаточно, чтобы образовать мостики между всеми частицами кремнезема. Такая ситуация может быть просто временной, так как при дальнейшем перемешивании, по крайней мере для ряда систем, полимер адсорбируется предпочтительно в точках контакта между частицами, и, таким образом, некоторая доля кремнеземных частиц начинает флокулировать, а основная масса находится в диспергированном состоянии. Когда в системе присутствует избыточное содержание полимера, флокуляция может происходить посредством временного образования мостиковых связей между частицами. Но при последующем перемешивании такие мостики могут разрываться, и поверхность частиц полностью покрывается адсорбированным полимером, что приводит к повторному диспергированию. Ионная сила раствора также является важной характеристикой, так как она оказывает заметное воздействие на свертывание линейных ионных молекул в клубок или же их распрямление, влияя тем самым на поведение молекул при формировании мостиков.
Когда длина цепочки флокулирующего полимера увеличивается, например, в пять раз, концентрация полимера, необходимая для благоприятного протекания флокуляции коллоидных частиц, может быть снижена в сто раз, особенно в области, где молекулярная масса полимера меньше 1000. Это свя-
Коллоидный кремнезем — концентрированные золи
535
зано с тем, что при низкой молекулярной массе каждая полимерная молекула не может образовывать мостик между более чем двумя частицами. При большей длине цепочки действие молекулярной массы становится гораздо менее важным. Отсюда вытекает, что для флокуляции тонкодисперсных суспензий кремнезема флокулирующий полимер должен иметь цепочку доста-1 точной длины, чтобы образовать мостик между частицами; та-/ кой фактор оказывается заметным только тогда, когда катион-ный полимер присутствует в системе в достаточном количестве, чтобы нейтрализовать заряд на частицах кремнезема. Полимеры с очень высокой молекулярной массой вызывают повторное диспергирование флокулята [308].
В процессе флокуляции, согласно данным Ламера [309], преобладающим фактором, приводящим к образованию мостиков между частицами, является адсорбция полиэлектролита, но не электростатическое взаимодействие. Автор представил математический анализ кинетики флокуляции и дефлокуляцин при динамическом равновесии системы. В соответствии с этими соображениями, флокуляция не может быть непосредственно объяснена в рамках теории ДЛФО. Электростатическое взаимодействие, с которым главным образом имеет дело теория ДЛФО, не является определяющим при рассмотрении флокуляции. Основными факторами представляются специфические химические взаимодействия между коллоидными частицами и вызывающими флокуляцию агентами. Теория ДЛФО по существу не учитывает роль адсорбции различных веществ из раствора на коллоидных частицах, но рассматривает добавляемые к раствору вещества только с точки зрения нх влияния, оказываемого на свойства водной среды, а также электростатические и молекулярные силы между коллоидными частицами. Общий обзор физических аспектов флокуляции коллоидов при воздействии полимеров был представлен в работе [310].
Геллер [311] в своем обширном обзоре показал возможные случаи воздействий, оказываемых макромолекулярными соединениями в дисперсных системах. Он обсудил адсорбционные характеристики полимерных молекул, которые, с одной стороны,, могут адсорбироваться на поверхности только своей концевой частью, причем оставшаяся часть полимерной цепочки будет направлена радиально от поверхности, и, с другой стороны, могут адсорбироваться плашмя, когда все части молекулы присоединяются к поверхности. Конечно, могут иметь место обе ситуации в зависимости от природы самого полимера и от того, насколько велик избыток полимера по сравнению с количеством, требуемым для формирования плоского мономолекулярного слоя.
536
Глава 4
Ботем и Тейс [312] исследовали и описали различные возможные ситуации, имеющие отношение к взаимодействию полимера с частицами кремнезема. Они отметили, что, согласно мо-стиковой модели, полимеры с высокой молекулярной массой вызывают флокуляцию коллоидных дисперсий благодаря формированию мостика между смежными полимерными сегментами, если число таких сегментов и их длина достаточны и если на кремнеземных частицах имеется свободная поверхность для присоединения участков мостика. С другой стороны, система, подвергаемая флокуляции, становится дисперсной, если поверхность частиц настолько покрывается полимером, что на поверхности частиц не остается свободных мест для образования мо-стиковой связи. Первоначально между частицами могут сформироваться мостики, но вполне вероятно, что локализованные на поверхности избыточные концентрации полимера, которые на начальной стадии образовывали мостики, будут перераспределяться равномерно по всей поверхности частицы кремнезема. Кроме того, если поверхность частицы оказывается открытой, то полимерные цепочки стремятся скрутиться и адсорбируются на поверхности только одной частицы, а не образуют мостики между двумя частицами.
