Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
160
Дифильные молекулы ПАВ общепринято обозначать:
где кружок обозначает полярную группу, а линия — неполярный радикал.
Полярной частью молекул ПАВ могут быть группы с высоким дипольным моментом: —СООН, —ОН, —гШг, —ЭН, —БЫ, —N02, —N05, —СНО, —БОзН.
Неполярной частью молекул ПАВ служат алифатические или ароматические углеводородные радикалы. При этом длина радикала в значительной степени определяет поверхностную активность молекулы.
По способности к диссоциации в водных растворах ПАВ разделяют на ионные (ионогенные) и неионные (неионогенные). Ионные (ионогенные) диссоциируют в растворе на ионы, одни из которых поверхностно-активные, а другие не обладают поверхностной активностью. В зависимости от знака заряда ионогенные подразделяют на анионные, катионные и амфотерные (амфолитные).
Анионные ПАВ диссоциируют в воде с образованием поверхностно-активных анионов, которые, адсорбируясь на поверхности, заряжают ее отрицательно. К этому типу ПАВ относятся карбоновые кислоты и их соли (мыла), алкилсульфаты, алкиларил-сульфонаты, фосфаты и тиосульфаты, а также соли синтетических жирных кислот (СЖК), которые представляют собой водорастворимые ПАВ на основе сульфокислот и их соли с многозарядными катионами.
Катионные ПАВ диссоциируют в воде с образованием поверхностно-активных катионов, которые, адсорбируясь на поверхности, заряжают ее положительно. К этому типу ПАВ относятся соли первичных, вторичных и третичных аминов, а также соли ал-килзамещенных аммониевых оснований.
Амфотерные ПАВ, содержащие две функциональные группы, в зависимости от рН среды обладают анионактивными или ка-тионактивными свойствами.
Неионогенные ПАВ — вещества, молекулы которых в растворах не диссоциируют на ионы. Молекулы таких веществ состоят из длинной углеводородной цепочки с несколькими полярными не-ионогенными группами (гидроксильными или эфирными) на конце, обусловливающими растворимость в воде. К этому типу ПАВ относятся оксиэтилированные жирные кислоты с различной длиной оксиэтиленовой цепи. Такие ПАВ позволяют при синтезе регулировать гидрофильность путем изменения длины оксиэтиленовой цепи. В этом их преимущество.
Дифильные ПАВ делят на истинно растворимые и коллоидные.
Истинно растворимыми в воде являются органические соединения с небольшим углеводородным радикалом (низшие спирты, фенолы, кислоты, их соли и др.), находящиеся в растворе в молеку-
6—191
161
лярно-диоперсном состоянии вплоть до концентрации их истинной растворимости.
Коллоидные ПАВ способны образовывать термодинамически устойчивые гетерогенные дисперсные системы. Они обладают высокой поверхностной активностью и малой истинной растворимостью. При некоторой концентрации, называемой критической концентрацией мицеллообразования (ККМ), самопроизвольно образуются агрегаты молекул — мицеллы, вследствие чего общая растворимость ПАВ, обусловленная образованием наряду с истинным также и коллоидного раствора, резко увеличивается, тогда как молекулярная растворимость остается неизменной.
ККМ — одна из наиболее важных физико-химических констант, определяющих различные свойства ПАВ — изменение термодинамических функций при мицеллообразовании, зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ, равновесное распределение ПАВ между объемом и поверхностью, влияние добавок на поверхностную активность ПАВ.
Разработан ряд методов определения ККМ различных ПАВ: по электрической проводимости, измерению чисел переноса, адсорбции красителей, солюбилизации, поверхностному натяжению, показателю преломления.
Одна из важных характеристик коллоидных ПАВ — соотношение двух противоположных групп молекулы — гидрофильной и гидрофобной (липофильной), называемое гидрофильно-липо-фильным балансом (ГЛБ), который позволяет с энергетических позиций количественно оценить и выразить в виде условных групповых чисел степень взаимодействия с водой отдельных групп, составляющих ПАВ. Гидрофильные группы имеют положительные групповые числа, а гидрофобные — отрицательные. Чем выше гид-рофильность, тем выше число ГЛБ, которое определяет область применения ПАВ.
Влияние ПАВ на процессы твердения вяжущих веществ. Многие свойства цементного камня, образующегося в результате коллоидно-кристаллизационных процессов твердения минеральных вяжущих веществ, могут регулироваться посредством введения малых добавок поверхностно-активных веществ. Добавки органического и неорганического происхождения, которые вводятся в состав вяжущего при помоле или при затворении водой, способствуют изменению структуры за счет адсорбционного модифицирования гидрат-ных новообразований, формирующихся в процессе схватывания и твердения вяжущего. Добавки поверхностно-активных веществ к вяжущим повышают пластичность растворных и бетонных смесей, снижают водопотребность, уменьшают расслаивание и водоотделе-ние, повышают морозостойкость и коррозионную стойкость затвердевших цементных растворов и бетонов.
Поверхностно-активные вещества, адсорбция которых на поверхности частиц цемента вызывает дополнительную их пептиза-цию и облегчает диспергирование в водной среде, а также повыша-
