Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Адгезия воды

Принципы адгезии

С момента появления в стоматологии метода кислотного травления, использование адгезивов получило столь широкое распространение, что в настоящее время без них не обходится ни один практический врач. Многие представления, на которые в течение десятилетий опиралась восстановительная стоматология, потребовали пересмотра после открытия возможностей адгезионных технологий, и множество новых методов и материалов были внедрены в клиническую практику.

Можно привести два примера новых методик с применением адгезивов, которые могут убедительно свидетельствовать о значимости адгезии материалов для практической стоматологии — и это полимерные цементы для фиксации мостовидных протезов и фарфоровых виниров. Использование этих методов стало возможным благодаря новым знаниям и углубленному пониманию не только свойств эмали и дентина, но и требований, которым должен отвечать материал, используемый для связи реставрации с твердыми тканями зуба.

Однако сами по себе эти достижения не были бы столь значимыми, если за ними не последовало бы создание новых материалов и технологий, которыми мы пользуемся в настоящее время. Сочетание материалов и технологий позволяет стоматологу выбрать наиболее оптимальный вариант из множества существующих на рынке. И хотя новейшие методы восстановления зубных рядов применяются относительно недавно, они получили широкое распространение.

В настоящее время существует ряд материалов, которые хотелось бы соединить с эмалью, дентином и друг с другом. Поэтому были разработаны многочисленные и многоцелевые адгезивы, и в их числе — полимерные композиты, стеклоиономерные цементы и системы адгезивов к дентину.

Новые методы подготовки поверхности зуба, такие, как протравливание и аппретирование силаном, должны быть тщательно изучены для выяснения возможности их использования со стеклокерамикой и современными стоматологическими сплавами.

Усложнение техники адгезии в стоматологии связано с многочисленными направлениями ее использования. Для того, чтобы полностью оценить и понять клиническое значение адгезионных методов, врач-клиницист должен иметь четкое представление о принципах адгезии, существующих материалах и системах стоматологических адгезивов, а также об их использовании в конкретной клинической ситуации.

Что такое адгеизя? 

Адгезия — это сила, которая соединяет два разнородных материала, приведенных в близкий контакт. Адгезия отличается от когезии, которая является притяжением между одинаковыми атомами или молекулами в пределах одного вещества.

Адгезия между твердыми материалами

На атомном уровне все поверхности являются неровными (шероховатыми). Это означает, что если их привести в контакт, то они будут соприкасаться только выступами на поверхностях (Рис. 1.10.1). В этих точках может возникать очень высокое давление, в результате которого, при отсутствии загрязняющих веществ, может появиться эффект, называемый локальной адгезией или холодной сваркой. Если мы попытаемся переместить путем скольжения одну поверхность по отношению к другой, то почувствуем сопротивление, которое называется трением.

Рис. 1.10.1. Точечный контакт двух твердых поверхностей на микроскопическом уровне

Причиной трения является необходимость сдвига или разрыва связей, образованных локальной адгезии. Обычно прочность локальной адгезии настолько высока, что процесс разрыва протекает не по границе раздела между выступами поверхности, а внутри твердого вещества. Этим можно объяснить такое явление, как стирание материала в результате трения (фрикционный износ).

Несмотря на то, что силы трения, возникшие в результате локальной адгезии, могут быть достаточно высокими, определить адгезионную силу в направлении нормали, т.е. силу, перпендикулярную к поверхности материала, обычно невозможно. Это объясняют возникновением напряжений упругости (упругих напряжений) материала, действующих в нормальном направлении и исчезающих сразу же после снятия нагрузки на материал.

Только очень мягкие металлы, такие, как чистое золото, могут ослабить упругие напряжения за счет своей текучести и предотвратить разрушение в области соединения (локальной адгезии) в результате приложении нагрузки в нормальном направлении. Примером использования этого явления в стоматологии является применение когезионного золота.

Адгезия между твердым веществом и жидкостью

Каждый, безусловно, наблюдал, что капля воды удерживается на нижней стороне стеклянной пластины и не падает. Это явление — пример адгезии воды к стеклу, возникающей за счет сил молекулярного притяжения между двумя веществами. Такое притяжение вызвано вторичными связями (силами Ван дер Ваальса). Всю воду невозможно удалить с поверхности пластины даже путем усердного ее встряхивания, а при попытках вытереть стекло тканью, мы увидим, что на его поверхности сохраняется очень тонкий слой воды. Единственным способом удаления всей воды с поверхности стекла является нагрев пластины.

Этим примером можно проиллюстрировать хорошую адгезию, возникшую между жидкостью и твердым веществом. В данном случае адгезию можно объяснить способностью жидкости образовывать очень близкий (межмолекулярный) контакт с твердым веществом на большой площади поверхности. Этим хорошая адгезия между жидкостью и твердым веществом отличается от слабой адгезии (которая была описана выше), возникающей между твердыми телами, которые контактируют между собой только в отдельных точках.

Таким образом, одним из главных условий адгезии, которым нельзя пренебрегать, является плотный контакт между двумя веществами, поскольку образование прочной связи возможно только при близком межмолекулярном контакте. Данное требование кажется простым, однако с его выполнением могут возникать проблемы, поскольку очень сложно обеспечить близкий контакт между разнородными твердыми веществами на микроскопическом уровне, о чем уже упоминалось выше.

Допустим, что для возникновения адгезии расстояние между взаимодействующими молекулами должно составлять не более 0,0007 мкм (микрометров, иначе называемых микронами; в 1 мм содержится 1000 мкм). Понятно, что адгезия между двумя твердыми веществами практически невозможна. Однако ее можно создать путем использования третьего вещества (обычно в жидком или полужидком состоянии), которое будет действовать, как промежуточная среда.

Вещество, соединяющее два материала называется адгезивом, а поверхности взаимодействующих материалов — адгерентами или субстратами. Совокупность точек, в которых субстраты контактируют с адгезивом, называется поверхностью раздела (Рис. 1.10.2).

Рис. 1.10.2. Терминология, применяемая для описания адгезионного соединения

Само собой разумеется, что каждое явление, происходящее на поверхности раздела, определяет успех или неудачу адгезионной связи. Это относится в равной мере, как к адгезивам технического назначения, так и к стоматологическим адгезивам, поэтому, в первую очередь, мы должны рассмотреть общие требования к адгезивам, а затем приступить к более внимательному изучению механизмов связи.

Клиническое значение

Перед соединением двух поверхностей необходимо убедиться в их идеальной чистоте, в противном случае будет невозможно образование адгезионной связи.

Основы стоматологического материаловедения Ричард ван Нурт

medbe.ru

Адгезия - вода - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Адгезия - вода

Cтраница 2

Из приведенных данных следует, что соответствие между работой адгезии льда и воды не имеет места. Во всех случаях, за исключением полиметилметакрилата, адгезия воды превышает адгезию льда, образовавшегося в результате замерзания воды.  [16]

Работу адгезии определяют по формуле ( 8), если известны поверхностное натяжение на границе с воздухом и краевой угол смачивания жидкостью поверхности твердого тела. Следовательно, в настоящей работе, в которой определяют адгезию воды на стекле, для решения вопроса необходимо измерить краевой угол смачивания стеклянной пластинки водой.  [17]

Работу адгезии определяют по формуле ( 8), если известны поверхностное натяжение на границе с воздухом и краевой угол смачивания жидкостью поверхности твердого тела. Следовательно, в настоящей работе, в которой определяют адгезию воды на стекле, для решения вопроса необходимо измерить краевой угол смачивания стеклянной пластинки лодой.  [18]

Работу адгезии определяют по формуле ( 8), если известны поверхностное натяжение на границе с воздухом и краевой угол смачивания жидкостью поверхности твердого тела. Следовательно, в настоящей работе, в которой определяют адгезию воды на стекле, для решения вопроса необходимо измерить краевой угол смачивания стеклянной пластинки водой.  [19]

Как уже говорилось, введение небольшого количества поверхностно-активных добавок в воду может повысить огнетушащие свойства воды почти в два раза. Применение загустителей - различных добавок к воде, увеличивающих вязкость и одновременно повышающих адгезию воды ( способность воды прилипать к поверхности твердого горящего тела), также позволяет повысить эффективность действия воды при тушении пожаров. И, наконец, введение в воду совсем незначительного количества высокомолекулярных полимеров ( сотые и даже тысячные доли процента) позволяет сократить удельное сопротивление транспортирующих такую воду трубопроводов почти в два раза. При этом отмечается эффект увеличения дальнобойности как сплошных, так и распыленных водяных струй. В качестве смачивателей ( поверхностно-активных добавок) используют пенообразователь ПО-1 и заменяющие его пенообразователи, а также смачиватель ДБ, представляющий собой смесь полиэтиленгликолевых эфиров.  [20]

Как уже говорилось, введение небольшого количества поверхностно-активных добавок в воду может повысить огнетушащие свойства воды почти в два раза. Применение загустителей - различных добавок к воде, увеличивающих вязкость и одновременно повышающих адгезию воды ( способность воды прилипать к поверхности твердого горящего тела), также позволяет повысить эффективность действия воды при тушении пожаров. И, наконец, введение в воду совсем незначительного количества высокомолекулярных полимердв ( сотые и даже тысячные доли процента) позволяет сократить удельное сопротивление транспортирующих такую воду трубопроводов почти в два раза. При этом отмечается эффект увеличения дальнобойности как сплошных, так и распыленных водяных струй. В качестве смачивателей ( поверхностно-активных добавок) используют пенообразователь ПО-1 и заменяющие его пенообразователи, а также смачиватель ДБ, представляющий собой смесь полиэтиленгликолевых эфиров.  [21]

С увеличением твердости поверхности обычно возрастает ее гидрофильность. Так, при прокаливании обычно плохо смачивающегося талька до температуры 1100 С сильно увеличивается его твердость, а наряду с этим и идрофильность, что объясняется ростом межмолекулярных сил, следовательно, и ростом работы адгезии воды. Поэтому все минералы с высокой твердостью ( кварц, корунд), как правило, резко гидрофильны.  [22]

Характерно, что с повышением твердости поверхности обычно возрастает и гидрофильность. Так, твердость довольно плохо смачивающегося талька при прокаливании до 1100 С значительно повышается, и он становится резко гидрофильным. Высокая твердость поверхности связана с сильным межмолекулярным взаимодействием, что, естественно, обусловливает высокое значение работы адгезии воды. Поэтому все минералы с высокой твердостью ( кварц, корунд), как правило, резко гидрофильны. Гидрофилен также чрезвычайно твердый алмаз, в то время как мягкие модификации углерода - графит и различные типы угля - гидрофобны.  [23]

Поверхностно-активные вещества устраняют эти явления. Более того, они придают битуму свойство смещать водяную пленку с поверхности / минерального материала. ПАЗ повышают смачивающую способность битума настолько, что она становится выше смачивающей способности воды. Иными словами, адгезия битума к минеральному материалу становится выше адгезии воды к нему. Поэтому вода вытесняется с поверхности минерального материала. Благодаря описанному действию ПАВ с введением их в битум повышаются прочность, водостойкость и долговечность битумного покрытия.  [24]

Применяемые в дорожном строительстве силикаты, как правило, неудовлетворительно сцепляются с битумом, особенно в присутствии воды. Последняя, проникая сквозь, поры в асфальтобетоне к поверхности раздела битумоминераль-ного материала, постепенно отслаивает битумную пленку и разрушает дорожное покрытие. Они, благодаря возникновению водородных связей, функциональными, группами соединяются с поверхностью каменного материала, а углеводородными радикалами силами Ван-дер - Ваальса - с битумом. ПАВ должны иметь такой литофильно-олеофильный баланс, чтобы их адгезия к каменному материалу была лучше адгезии воды к нему и превышала значение когезии битума. Сцепление ПАВ с битумом должно соответствовать когезии битума.  [25]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Что такое адгезия? | New-Best.com Самый простой поиск ответов на наилучшие вопросы

Адгезия (от лат. adhaesio - прилипание), слипание поверхностей 2-ух разнородных жестких и/либо водянистых тел. Пример адгезии - прилипание капелек воды к стеклу. Адгезия обоснована межмолекулярным взаимодействием (вандерваальсовым, полярным, время от времени - образованием хим связей либо обоюдной диффузией) в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, нужной для разделения поверхностей. Количественно адгезия характеризуется удельной работой, затрачиваемой на разделение тел. Эта работа рассчитывается на единицу площади соприкасающихся поверхностей и находится в зависимости от того, как делается их разделение: сдвигом повдоль поверхности раздела либо отрывом в направлении, перпендикулярном поверхности. В неких случаях адгезия возможно окажется посильнее, чем когезия, т.е. сцепление снутри однородного материала, в подобных случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, т.е. разрыв в объеме наименее крепкого из соприкасающихся материалов.

Адгезия значительно оказывает влияние на природу трения соприкасающихся поверхностей: так, при трении поверхностей с низкой адгезией трение мало. В качестве примера есть возможность привести политетрафторэтилен (тефлон), который в силу низкого значения адгезии в купе с большинством материалов обладает низким коэффициентом трения. Некие вещества со слоистой кристаллической решеткой (графит, дисульфид молибдена), характеризующиеся вместе с этим низкими значениями адгезии и когезии, используются в качестве жестких смазок.

Более известные адгезионные эффекты - капиллярность, смачиваемость/несмачиваемость, поверхностное натяжение, мениск воды в узеньком капилляре, трение покоя 2-ух полностью гладких поверхностей. Аспектом адгезии в неких случаях может быть время отрыва слоя материала определенного размера от другого материала в ламинарном потоке воды.

Адгезия жестких тел с неровной поверхностью обычно невелика, т.к. они практически соприкасаются только отдельными выступающими участками собственных поверхностей. Адгезия воды и твердого тела и 2-ух несмешивающихся жидкостей добивается максимально высочайшего значения вследствие полного контакта по всей площади соприкосновения. При покрытии твердого тела полимером в текучем состоянии, последний, просачивается в углубления и поры. После отвердевания полимера появляется связь, время от времени именуемая механической адгезией. В данном случае для отрыва полимерной пленки нужно преодолеть когезию в затвердевшем полимере. Для заслуги предельной адгезии твердые тела соединяют в пластическом либо эластичном состоянии под давлением, к примеру, при склеивании резиновым клеем либо при прохладной сварке металлов. Крепкая адгезия достигается также при образовании новейшей жесткой фазы на поверхности раздела, к примеру в случае гальванических покрытий, либо при появлении поверхностных хим соединений (окисные, сульфидные и др. пленки).

Адгезия полимеров происходит лучше в этом случае, в том случае макромолекулы полярны и имеют огромное число химически активных многофункциональных групп. Для улучшения адгезии в состав клея либо пленкообразующего полимера вводят активные добавки, молекулы которых одним концом крепко связываются с пленкой, другим - с подложкой, образуя направленный адсорбционный слой. При контакте 2-ух объемов 1-го и такого же полимера может произойти автогезия (самослипание), когда имеет место диффузия макромолекул либо их участков из 1-го объема в иной. При всем этом крепкость связи с течением времени возрастает, стремясь к лимиту - когезионной прочности.

В биологии клеточная адгезия - не просто соединение клеток меж собой, а такое их соединение, которое приводит к формированию определенных правильных типов гистологических структур, специфичных для данных типов клеток. Специфика клеточной адгезии определяется наличием на поверхности клеток белков клеточной адгезии - интегринов, кадгеринов и др.

Явление адгезии имеет место при сварке, паянии, лужении, склеивании, при изготовлении фотоматериалов, также при нанесении лакокрасочных полимерных покрытий, предохраняющих железные детали от коррозии; причинами нарушения адгезии в последнем случае являются напряжения, возникающие вследствие усадки пленки, также различие коэффициентов термического расширения пленки и металла.

Адгезия не только лишь является условием образования качественного покрытия, связывающего сварного либо клеевого шва, однако также и вызывает завышенный износ трущихся деталей. Для устранения адгезии вводят слой смазки, препятствующий контакту поверхностей.

Адгезия представляет собой очень сложное явление, конкретно с этим связано существование огромного количества теорий, трактующих явление адгезии с разных позиций. В истинное время известны последующие теории адгезии:

Первоисточники:

Дополнительно на New-Best.com:

Источник материала Интернет-сайт www.genon.ru

new-best.com

Адгезия - жидкость - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Адгезия - жидкость

Cтраница 1

Адгезия жидкости оценивается работой, которую надо затратить для отрыва жидкости от твердой поверхности. Адгезионное взаимодействие между жидкой и твердой фазами распространяется на небольшом расстоянии в глубь жидкости. Это расстояние измеряется размерами молекул. По мере удаления слоя жидкости от поверхности твердого тела адгезионное взаимодействие уменьшается, уступая место когезионному.  [1]

Работа адгезии жидкости имеет определенный термодинамический смысл - это работа, которая затрачивается на образование границы раздела жидкость - твердое тело вместо ранее существующих границ раздела жидкость - газ, твердое тело - газ. Хотя экспериментальное измерение работы адгезии жидкости затруднено, параметры, которые определяют эту величину ( поверхностное натяжение жидкости на границе с газообразной средой и краевой угол смачивания), поддаются непосредственному измерению. Поэтому работа адгезии жидкости является одной из важнейших количественных характеристик этого вида адгезионного взаимодействия.  [2]

Однако некоторая адгезия жидкости к твердому телу всегда существует, поэтому равенство 0180 практически невозможно. При очень большой смачиваемости лаком провода кроющая способность может быть недостаточной. С этой точки зрения всегда желательно, чтобы угол 0 находился в определенных пределах. Наконец, очень большая величина 0 свидетельствует о плохой адгезии лака к металлу, вследствие чего проволока может иметь места, непокрытые пленкой.  [3]

Однако некоторая адгезия жидкости к твердому телу всегда существует, и поэтому равенство 6 180 практически невозможно. Краевой угол в часто поддается измерению. При очень большой смачиваемости лаком провода кроющая способность может быть недостаточной. С этой точки зрения всегда желательно, чтобы угол 0 находился в определенных пределах. Наконец, очень большая величина 0 свидетельствует о плохой адгезии лака и металла, вследствие чего проволока может иметь места, не покрытые пленкой.  [4]

Вычислим величину адгезии жидкости к твердому телу.  [5]

Попытка обобщения вопросов адгезии жидкости и омачивания в единой монографии предпринимается впервые, что, естественно, ставило перед автором ряд трудностей, в том числе и по определению последовательности изложения материала.  [6]

Наиболее полно механизм адгезии жидкости к твердому телу истолковывается теорией, основывающейся на строго установленных общих положениях и принадлежащей советской школе физической химии. Вкратце содержание этой теории может быть представлено следующим образом.  [7]

Чем больше работа адгезии жидкости к твердому телу и чем меньше работа когезии жидкости, а следовательно и ее поверхностное натяжение, тем лучше жидкость смачивает поверхность твердого тела.  [8]

Итак, в случае адгезии жидкости за счет межмолекулярного взаимодействия необходимо учитывать кроме поверхностных и и глубинные молекулы. Для определения работы адгезии в соответствии с формулами ( 1, 14) и ( 1, 15) необходимо знать расстояние между контактирующими фазами Я и константу А.  [9]

В монографии обобщены материалы по адгезии жидкости и смачиванию жидкостью твердых поверхностей. В ней излагаются теоретические основы адгезии и смачивания; методы определения величин, характеризующих это явление; процессы, в основе которых лежат адгезия и смачивание.  [10]

Таким образом, при оценке адгезии жидкости необходимо учитывать не только работу адгезии, определяемую уравнением ( 1 1), но и критическое поверхностное натяжение, а также свойства низко-и высокоэнергетических поверхностей.  [11]

В связи с этим оценка величины адгезии жидкости по силе, как это имеет место в случае адгезии частиц, не пригодна. Эту работу обозначим через Wa. Таким образом, работа адгезии является важной характеристикой взаимодействия на границе раздела жидкость - твердое тело.  [13]

Ход флотационного процесса во многом определяется адгезией жидкости или пузырька к твердой поверхности и смачиванием этой поверхности. Помимо непосредственного определения Силы адгезии минеральной частицы к поверхности пузырька ( см. § 19) существуют другие методы оценки эффективности флотации.  [14]

Уравнение ( 12) позволяет определить величину адгезии жидкости к твердому телу из поверхностного натяжения жидкости и краевого угла.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Адгезия при взаимодействии аполярных собирателей. Аполярные собиратели

Аполярные собиратели

Поскольку адгезия характеризует взаимное притяжение молекул, адгезионные явления при применении аполярных собирателей в условиях флотации имеет большое значение. Здесь приходится иметь дело с адгезией воды к минералу, а также с адгезией самого аполярного собирателя к минералу и воде. Вообще, в той или иной степени адгезия существует и проявляется при контакте двух любых фаз. Энергия, необходимая для отрыва одной фазы от другой ( в случае, если они образуют общую поверхность раздела), называется энергией или работой адгезии. Работа адгезии может быть определена экспериментально, и ее определение не представляет больших трудностей, если, например, речь идет об адгезии воды к минералу в присутствии воздуха или масла к минералу в водной среде, или воды к минералу в среде аполярного углеводородного вещества.

Рис. 2 Смачивание поверхности минерала (3) каплей аполярного реагента (2) в водной среде (1)

В системе минерал - масло адгезия масла к минералу в воде будет характеризовать прочность закрепления аполярного собирателя на минеральной поверхности в водной среде. Величины работы адгезии в этом случае будут характеризовать не только аполярный собиратель, но и способность поверхности минерала закреплять этот реагент. В связи с этим необходимо рассмотреть здесь некоторые аспекты явлений адгезии.

Представим себе каплю жидкого углеводорода 2, нанесенную на поверхность минерального шлифа 3 в окружении водной фазы 1 (рис.2) Если площадь контакта минерала с углеводородом равна 1 см2, то работа адгезии Wа, т.е. работа отрыва капли от поверхности минерала, в соответствии известным уравнением Дюпре будет численно равна работе изотермического образования двух новых поверхностей раздела углеводород-вода и минерал-вода за вычетом энергии межфазового натяжения на разделе фаз минерал-углеводород.

Обозначая водную, аполярную и твердую фазы соответственно 1,2 и 3, получим:

Wa=у1,2+у1,3 - у2,3 (1)

Практическое использование данного уравнения затрудненно тем, что величины у1,3 и у2,3 трудно определимы экспериментально. Воспользовавшись уравнением Давидова-Неймона:

у1,3 - у2,3 + у1,2*cosи = 0 (2)

Решая эти уравнения совместно найдем:

Wa = у1,2*(1 - cosи).

Полученное уравнение очень удобно для пользования, так как содержит в своем составе лишь одно значение поверхностной энергии на поверхности раздела углерод-масло (масло-вода), которое легко определимо.

Для сопротивления с работой адгезии целесообразно рассматривать и работу когезии Wк, если, например, сопоставляются две жидкости. Как известно, работа когезии численно равна 2у, где у - поверхностная энергия, имеющаяся на границе данной жидкости с окружающей ее средой. В этом случае как бы образуются две новые, совершенно одинаковые поверхности раздела. Разность величин работ адгезии и когезии Wa - Wk принято называть коэффициентом растекания К, значение которого характеризует строение жидкости и ориентацию ее частиц на поверхности другой жидкости. Если, например, Wk относится к органической жидкости, а Wa к той же жидкости, находящейся в соприкосновению с водой, то коэффициент растекания характеризует степень ассиметричности молекул органической жидкости, посколько установлено, что соединения с полярной группой показывает более высокие значения К (табл.1).

Таблица 1.

Коэффициент растекания К для различных жидкостей соприкасающихся с водой.

Ввиду того, что ориентация гетерополярных молекул на поверхности воды происходит так, что полярные группы погружены в воду, то при разъединении фаз полярные группы органического соединения должны быть оторваны от полярных групп воды, что, естественно, требует повышенной затраты энергии, т.е. увеличивает значение Wa.

Все жидкости, имеющие незначительный коэффициент растекания (н-гексан, н-окстан, бензол, четыреххлористый углерод), не имеют дипольных моментов, в то время как другие жидкости с высоким значением коэффициента растекания по воде имеют гетерополярную структуру или ясно выраженную ассиметрично построенную молекулу и, следовательно, характеризуются достаточно высокими значениями дипольных моментов. Это обстоятельство, по-видимому, представляет интерес в связи с проблемой совместного действия аполярных и гетерополярных собирателей при флотации[2].

Поверхностное натяжение на границе с водой в пределах гомологического ряда углеводородов изменяется мало, поэтому для них мало будет изменяться и работа когезии Wк. Растекание на нем будет определяться в основном величиной Wa.

Таблица 2.

Избирательное смачивание минералов аполярными собирателями (бензол)

Величина адгезии двух любых фаз равна нулю. Следовательно, практически аполярный собиратель может закрепиться почти на всех минералах, обладающих высоким средством к воде. Так, даже для таких типичных гидрофильных минералов, как слюда (калиевый алюмосиликат, калиево-магниевый алюмосиликат и другие), малахит и барит, вода не может полностью вытеснить углеводород с поверхности этих минералов, так же как и углеводород не может полностью вытеснить воду с поверхности типичных природно-гидрофобных минералов (молибденит, графит, сера). Для наиболее гидрофобного вещества - парафина - величина краевого угла смачивания водой на границе с воздухом не превышает 105о, но не достигает 180о. Это хорошо вино из в приведенных в таблице 2 величин краевых углов смачивания для ряда минералов, измеренных при нанесении капель бензола в воде и капель воды в бензоле[2].

Адгезия может быть охарактеризована также и величиной теплового эффекта, определяемого при измерении (погружении) данного твердого вещества в жидкость. В табл. 3 приведены данные, характеризующие по тепловому эффекту работу адгезии для порошков различных минералов.

Таблица 3.

Работа адгезии (в эрг/см2) для порошков различных минералов при их погружении в воду и органические жидкости.

Из таблицы 3 следует, что работа адгезии наиболее значительна при смачивание полярными жидкостями, причем даже графит, который отличается ясно выраженной природной гидрофобностью показывает по отношению к воде значительную энергию адгезии, чем по отношению к типичному углеводороду - бензолу. Порошок силиката стронция, имеющий по отношению к воде наибольшую энергию адгезии и отличающийся наибольшей гидрофильностью из всех приведенных в таблице 6 веществ, вследствие сильного поверхностного электрического поля, характерного для подобного рода соединений, дает по отношению к бензолу также наиболее высокую величину работы адгезии.

То обстоятельство, что данные о работе адгезии для неполярного минерала - графита - не обнаруживают значительных различий независимо от того, погружен графит в полярную или неполярную жидкость, связано с тем, что в случае неполярных жидкостей между поверхностью неполярного твердого тела и жидкостью (или между двумя соответствующими жидкостями) действуют дисперсные силы; если же твёрдое тело по своей природе полярно, то дополнительно действуют еще силы, обуславливающие ориентационный, а также индукционный эффекты[3].

Надо сказать, что все приведенные раннее данные по работе адгезии (найденные экспериментально по тепловому эффекту при иммерсии или вычисленные по измерениям соответствующих краевых углов) характеризуют энергию (работу) адгезии, определенную в статически равновесных условиях. Между тем данные полученные в динамических условиях, значительно отличаются по своей величине от равновесных. Ниже приведены данные по определению работы адгезии жидкости к твердому телу, полученные Б.В. Дерягиным с применением разработанного Б.В. Дерягиным маятникового метода.

Таблица 4.

Работа адгезии жидкости к твердому телу по данным полученным динамическим и статическим методам (в эрг/см2) составляет:

Как видно, во всех случаях имеется весьма значительная разница в величинах работы адгезии, найденных в статических и динамических условиях, причем величина W в динамических условиях намного превосходит величину W в статических условиях.

Так при увеличении скорости маятника с 62 до 112 см/сек (т.е. не менее чем в два раза) величина W для системы вода-парафины увеличилась с 105 до 543 эрг/см2, т.е. более чем в 3,2 раза

Значительно более высокое значение работы адгезии, найденное в динамических условиях, по сравнению с W, определяемой в статических условиях, хорошо объясняется с позиции электрической теории адгезии, развитой в работах Дерягина. Мысль об образовании двойного электрического слоя при соприкосновении твердых тел - проводников и диэлектриков - была высказана еще Гельмгольцем. С уменьшением скорости отрыва разряд успевает в основном закончиться при меньшем разведении поверхностей; вследствие этого при отрыве поглощается меньшее количество работы, чем и объясняется уменьшение работы отрыва при снижение скорости последнего[2].

Приведенные данные свидетельствуют о том, что аполярные реагенты могут как бы увеличивать прочность своего закрепления на минеральных частицах, если они в условиях флотации испытывают механические воздействия других частиц или потоков флотационной пульпы.

Существенно отметить также и то, что величина адгезии зависит от природы и строения данной жидкости, подкладки и температуры. Установлено, что адгезия неизменно увеличивается при повышении молекулярного веса исследуемого соединения в данном гомологическом ряду; вместе с тем адгезия снижается при повышении температуры (для жидких адгезивов). Отмечается, что практически почти каждый материал в соответствующих условия может оказаться адгезивом. Так, известно, что если заморозить пленку воды, соединяющие две металлические или стеклянные пластинки, можно получить весьма прочное «склеивание» этих пластинок. Согласно мнению многих авторов, необходимым условием адгезии является смачивание подкладки адгезионном, находящимся в жидком состоянии. Если краевой угол отличен от нуля и происходит неполное смачивание, но достигнут полный контакт адгезива с подкладкой, то нет никаких оснований сомневаться в том, что работа адгезии и давление прилипания и в этих условиях должны иметь достаточно ощутимую величину.

Ввиду неоднородности поверхности минералов, тонкодисперсные капельки аполярного собирателя будут прежде всего закрепляться на наименее гидратированных участках поверхности. Применение однородных тонкодисперсных эмульсий, таким образом, целесообразно не только с точки зрения экономного расхода реагента и увеличения числа столкновений частиц с капельками реагента, но и в максимальной степени обеспечивает использование для закрепления реагента всех наиболее благоприятных участков минеральной поверхности.

Также важной особенностью минеральных масел является маслянистость. Маслянистостью минеральных масел называют способность этих масел обуславливать малое сопротивление тангенциальным силам сдвига и высокое сопротивление слоев масла на твердой поверхности сближению их под действием нормальной нагрузки, что является весьма важным для хорошей смазки. С.С. Наметкин характеризует маслянистость как «прилипаемость смазки к смазываемой поверхности». Некоторое время маслянистость смазочных масле не имела научного объяснения. Так как, однако, повышенная маслянистость масел связана с их повышенной адгезией по отношению к твердой поверхности, это свойство масел приобретает большой интерес, тем более, что два масла, более или менее одинаково вязкие, могут обладать различной маслянистостью.

Основой минеральных масел являются углеводороды, т.е. неполярные соединения. Их неполярность представляет присущую им всем общую особенность. С учетом этого обстоятельства становится понятным, что различие в смазочных свойствах масел (т.е. в их маслянистости) необходимо связывать не с различием их углеводородного состава, а с присутствием в маслах других соединений. К таким поверхностно-активным гетерополярным соединениям относятся нафтеновые и жирные кислоты, асфальто-смолистые вещества и сернистые соединения. Значение указанных соединений ясно доказывается тем, что тщательно очищенные от них масла (например, вазелиновое белое масло) является весьма малопригодным в качестве смазочного средства ввиду крайне слабой маслянистости. Таким образом, если говорить о смазывающих свойствах масел по отношению к поверхности минерала, то можно утверждать, что эти свойства целиком обязаны наличию в минеральных маслах соединений гетерополярного строения, способных адсорбироваться из масляной фазы на поверхности металла. К таким соединениям относятся перечисленные выше органические кислоты, сернистые соединения и соединения из группы асфальто-смолистых веществ. По-видимому, наиболее эффективными из них являются те, которые способны закрепляться на поверхности металла путем химической адсорбции. Значение процессов адсорбции гетерополярных соединений для смазки и роль этих процессов в обеспечение высокой маслянистости впервые были исследованы Л.Г. Гуревичем, который обратил свое внимание на существование прямой связи между смазывающими свойствами масел и наличием в них веществ, способных адсорбироваться поверхностью металла.

Рис.3 Расположение молекул в слое масла на минеральной поверхности (по Г.И. Фуксу)

Совершенно очевидно, что явление маслянистости представляет необычайный интерес с процесса закрепления аполярных собирателей на поверхности минералов и в связи с проблемой применения сочетаний гетерополярных соединений с аполярными при флотации.

На рис. 3 показана картина расположения молекул в слое масла находящегося над твердой поверхностью (например, над поверхностью металла или минерала) с учетом представлений развиваемых Г. И Фуксом; согласно этим представлениям, 1 слой является упруго-вязким, непосредственно примыкающим к металлу; 2 слой представляет промежуточную зону между первым граничным слоем (называемым граничной фазой), обладающим повышенной вязкостью по сравнению с объемной вязкостью, и объемом основной масляной фазы, обозначенной индексом 3.

По данным Б. В. Дерягина, толщина граничного слоя составляет примерно 10-5 см, т. е. около 1000 А. А. С. Ахматов полагает, что гетерополярные соединения аккумулируются на поверхности металла в количествах, соответствующих десяткам молекулярных слоев. Сопоставление данных многих исследователей, изучавших явления маслянистости различными методами и в различных условиях, дало возможность утверждать, что толщина граничного слоя может быть принята равной порядка 10-5-10-4 см (т. е. 0,1--1 мк)[2].

Доказано, что растекание масла по поверхности металла обязано присутствию в масле молекул, содержащих активную группу атомов, обладающих особым сродством к металлу.

Обращается внимание на то, что нормальные жирные кислоты, являющиеся одними из тех соединений, которые способны сообщить маслу высокую маслянистость, в растворах (и даже в парах) существуют в димерных формах, т. е. в виде парных молекул. Ввиду этого при рассмотрении проблем, связанных с толщиной и структурой граничного слоя, жирные кислоты необходимо рассматривать не в виде одиночных молекул, а в виде их димеров. Однако при соприкосновении масла с металлической поверхностью димеры жирных кислот должны распадаться на отдельные молекулы, так как потенциал химической адсорбции в этих условиях выше энергии димеризации. Таким образом, первичный слой является фиксированным и ориентированным мономолекулярным слоем адсорбированной жирной кислоты. Остальные слои должны быть образованы за счет сил физической адсорбции и поэтому в их образовании должны участвовать не свободные молекулы жирной кислоты, а ее димеры. Общая картина структуры такого граничного слоя аполярного углеводорода на твердой полярной поверхности показана на рис. 4

Рис.4 Схема строения ориентированного граничного слоя

По мнению Б. В. Дерягина, «по мере накопления димеров на поверхности первичного слоя, занимающих при малой их плотности тангенциальное поверхности лежачее положение, происходит их уплотнение, выпрямление и переход к плотной вертикальной упаковке. Таким образом, с указанной точки зрения становится понятным, что вслед за насыщением монослоя сразу происходит формирование тримолекулярного, затем пятимолекулярного и других слоев, нечетной кратности». Обращаясь снова к рис. 4, следует заметить, что в плоскостях с, е и в других, где соприкасаются полярные группы, последние вследствие своей активности довольно жестко связаны одна с другой, тогда как в плоскостях b, d, f, где соприкасаются конечные метильные группы, силы взаимного притяжения вследствие малой активности групп невелики и скольжение одного слоя относительно другого может происходить уже при самом незначительном усилии и с минимальным коэффициентом трения. Силы притяжения, действующие в плоскости а между твердой поверхностью и полярными группами, определяют в конечном счете то сопротивление, которое оказывает смазочный слой тангенциально направленному срезывающему усилию, стремящемуся отделить масляный слой от твердой поверхности.

Для исследования слоев ориентированных молекул был применен метод дифракции рентгеновских лучей. При этом было установлено, что целый ряд соединений образует на поверхности металла весьма правильно ориентированные пленки. Толщина элементарного слоя, как указывалось выше, чаще всего соответствует двойной длине молекул и таким образом каждый слой, кроме первичного, состоит из пары молекул, соединенных своими концами. На основании числа ориентированных слоев и толщины каждого из них нетрудно рассчитать толщину пленки, в которой еще заметно ориентирующие действие твердой поверхности. Ниже, в табл. 7. составленной на основе данных упомянутых выше исследований, показаны результаты измерения толщины элементарных слоев и расположения молекул в них. Метод дифракции рентгеновских лучей позволил не только установить строение граничного слоя, но и влияние температуры на его структуру. Было установлено, что повышение температуры, усиливая тепловое движение молекул, нарушает порядок и ориентацию молекул в граничном слое и тем в большей степени, чем дальше от поверхности металла расположены ориентированные слои молекул.

Таблица 5.

Строение граничных слоев, образованные гетерополярными соединениями, присутствующими в масляной фазе

При этом отмечается, что благодаря прочной фиксации первого слоя через его полярные группы возрастает сопротивляемость ориентированных слоев дезорганизующему действию теплового движения.

Опытами Ф. Боудена с сотрудниками показано, что различные соединения на разных металлах дают физически адсорбированную или хемосорбированную пленку. Весьма интересно, что на металлах, малоактивных в химическом отношении, при относительно невысоких температурах, а также на стекле смазочные свойства жирных кислот ниже, чем парафиновых углеводородов. На химически активных металлических поверхностях (медь, кадмий, цинк, магний, железо, алюминий) жирные кислоты обеспечивают наиболее эффективные смазывающие действия минеральных масел. Характерно и то, что температуры, при которых нарушается ориентация в граничных слоях, различны в зависимости от химической природы металла[2].

Так, например, на платине, где жирная кислота закрепляется на основе преимущественно довольно слабых сил физической адсорбции, ориентированность граничных слоев нарушается при температуре на 10 град ниже точки плавления кислоты, тогда как на химически активных поверхностях (цинк, кадмий, медь, сталь) эти явления начинают наблюдаться лишь тогда, когда температура намного превышает температуру плавления жирной кислоты.

На основании всех этих исследований Ф. Боуден приходит к выводу, что жирные кислоты при применении их на поверхностях, с которыми они могут реагировать, легко образуют пленки соответствующих мыл, прочно связанные с поверхностью и обладающие сильной продольной когезией. Ввиду этого, указанные пленки способны выдерживать без разрушения значительные деформации и обладают ясно выраженными защитными свойствами, их присутствие на некоторых металлах даже в виде мономолекулярного слоя обеспечивает резкое уменьшение непосредственного контакта двух металлических поверхностей в процессе трения и смазки. Существенно отметить, что наряду с жирными кислотами (или даже в большей степени, чем жирные кислоты) таким же действием обладают многие соединения, содержащие в своем составе фосфор, серу и хлор (меркаптаны, сульфокислоты, сульфиды и полисульфиды, тиоцианаты, осерненное минеральное масло, получаемое при обработке масел элементарной серой при температурах порядка 170--200° С).

Б. В. Дерягиным «методом сдувания» были получены новые данные о существовании так называемой граничной вязкости. Использование этого метода позволяет устанавливать закономерную связь вязкости жидкости в различных точках граничного слоя с изменением расстояния до твердой поверхности. Было установлено, что при приближении к твердой поверхности вязкость меняется не плавно, а скачком, причем внутри граничного слоя толщиной около 10-5 см вязкость остается неизменной. Интересно, что в случае вазелинового масла (весьма тщательно очищенного от примесей гетерополярных соединений) вязкость остается постоянной вплоть до самой поверхности. В присутствии даже крайне малых количеств растворенных в масле гетерополярных соединений (например, жирных кислот) появляются граничные слои со своей присущей им особой вязкостью.

Этот слой имеет весьма четкую границу с объемной фазой и может быть назван особой граничной фазой. Важное значение граничной вязкости, носящие принципиальный характер, заключается в том, что само по себе ее существование указывает на особую, ориентированную молекулярную структуру в граничных фазах, резко отличающуюся от хаотичного расположения молекул в объеме жидкости.

Существенное значение всех этих представлений для флотации с примнением аполярных углеводородных собирателей связано с тем, что практически в применяемых промышленностью технических углеводородных продуктов всегда есть то или иное количество гетерополярных соединений, не говоря уже о применение сочетаний гетерополярных собирателей с аполярными.

prod.bobrodobro.ru

Адгезия (Процесс) - «Энциклопедия»

АДГЕЗИЯ (от латинского adhaesio - прилипание, сцепление, притяжение), связь между разнородными конденсированными телами при их молекулярном контакте. Частный случай адгезии - аутогезия, проявляется при соприкосновении однородных тел. При адгезии и аутогезии сохраняется граница раздела фаз между телами, в отличие от когезии, определяющей связь внутри тела в пределах одной фазы. Наибольшее значение имеет адгезия к твёрдой поверхности - субстрату. В зависимости от свойств адгезива (прилипшего тела) различают адгезию жидкости и твёрдых тел (частиц, плёнок и структурированных масс, например теста, расплавов, битумов). Аутогезия возникает между твёрдыми плёнками в многослойных покрытиях и между частицами дисперсных систем и композиционных материалов (порошков, грунта, бетона и др.), определяя их прочность.

Адгезия зависит от природы контактирующих тел, свойств их поверхностей и площади контакта. Адгезия определяется силами межмолекулярного притяжения и усиливается, если одно или оба тела электрически заряжены, если при контакте тел образуется донорно-акцепторная связь, а также вследствие капиллярной конденсации паров (например, воды). Адгезия может изменяться при возникновении химической связи между молекулами адгезива и субстрата, в процессе диффузии и при взаимном проникновении молекул контактирующих тел, при адсорбции на границе раздела фаз и образовании адсорбционных слоёв, а также за счёт подвижности полимерных цепей. В результате этих процессов в зоне контакта адгезива и субстрата может образовываться граничный слой, определяющий адгезию. Между твёрдыми телами в жидкой среде формируется тонкий слой жидкости и возникает расклинивающее давление, препятствующее адгезии. Истинная площадь контакта между адгезивом и субстратом (определяется шероховатостью поверхностей, упругой и пластической деформацией в зоне контакта твёрдых тел, а в случае жидкости - смачиванием выемов шероховатой поверхности) меньше номинальной.

Реклама

Равновесная работа адгезионных капель определяется краевым углом смачивания и поверхностным натяжением жидкости. Адгезия твёрдых тел измеряется величиной внешнего воздействия при отрыве адгезива, адгезия и аутогезия отдельных частиц - средней силой (рассчитывается как математическое ожидание), порошка - удельной силой. При отрыве плёнок и структурированных тел измеряется адгезионная прочность, которая, кроме адгезии, включает усилие на деформацию и течение образца, разрядку двойного электрического слоя и другие побочные явления. При адгезии, слабой по сравнению с когезией, имеет место адгезионный отрыв, при относительно слабой когезии - когезионный разрыв адгезива. Адгезия полимерных, лакокрасочных и других плёнок определяется смачиванием и условиями формирования площади контакта жидким адгезивом, при его затвердевании - внутренним напряжением и релаксационными процессами, прочность клеевых соединений - ещё и когезией отвердевшей клеевой прослойки.

Мельчайшие наноразмерные частицы обладают повышенной адгезией за счёт значительного избытка поверхностной энергии, микрошероховатости, дефектов поверхностей и особенностей их образования (диспергированием, напылением атомного металла, конденсацией паров или растворённых веществ, термическим распадом и др.) и свойств самих частиц (кристаллы, аморфные тела, полимеры и др.). Адгезия наночастиц определяет возможность создания принципиально новых каталитических и сенсорных систем, композитов и материалов для микроэлектроники и носителей информации.

В зависимости от требований практики адгезию можно увеличивать (например, для лакокрасочных покрытий) или снижать (например, при выпечке хлеба) путём введения добавок, способствующих модификации и изменению свойств контактирующих поверхностей, формированию граничного слоя, а также варьирования внешних условий (давление, температура) и воздействия электромагнитного, лазерного и других форм излучения.

Повышенная адгезия необходима для клеевых соединений, лакокрасочных покрытий и металлических плёнок, в процессе обогащения руды (в том числе при флотации), в ксерографии, при очистке воды и воздуха в фильтрах (в том числе электрофильтрах), в процессе формирования строительных и композиционных материалов (в том числе с использованием наночастиц) и др. Пониженная адгезия необходима для предотвращения загрязнений (в том числе радиоактивных) различных поверхностей, прилипания грунта и материалов к рабочим частям машин, в ходе добычи и транспортировки нефти, при смазке, для смачивания различных поверхностей, пропитки пористых материалов. Пониженная аутогезия необходима для предотвращения слёживаемости и др., а повышенная - для снижения эрозии почв и отрицательных последствий русловых процессов.

Совокупность методов определения адгезии называется адгезиометрией; приборы, их реализующие, - адгезиометрами. Адгезия может быть измерена при помощи прямых (усилия при нарушении адгезионного контакта), неразрушающих (по изменению параметров ультразвуковых и электромагнитных волн вследствие поглощения, отражения или преломления) и косвенных (характеризующих адгезию в сопоставимых условиях, например, отслаиванием плёнок после надреза, наклоном поверхности для порошков и др.) методов. Адгезия наночастиц определяется моделированием и путём сопоставления с силой трения.

Лит.: Дерягин Б. В., Кротова Н. А., Смилга В. П. Адгезия твердых тел. М., 1973; Зимон А. Д. Адгезия пыли и порошков. 2-е изд. М., 1976; он же. Адгезия пленок и покрытий. М., 1977; он же. Что такое адгезия. М., 1983; он же. Коллоидная химия. 4-е изд. М., 2003; Помогайло А. Д., Розенберг А. С., Уфлянд И. Е. Наночастицы металлов в полимерах. М., 2000; Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем. М., 2002; Сергеев Г. Б. Нанохимия. М., 2003.

А. Д. Зимон.

knowledge.su

Смотрите также

• 
  Краснова вода
• 
  Вода снаряжение
• 
  Вода крещеная
• 
  Дистиляторная вода
• 
  Программирование воды
• 
  Гнилая вода
• 
  Овр воды
• 
  Жиросжигатель вода
• 
  Передозировка водой
• 
  Вода солоноватая
• 
  Вода живица