Класифікація ПАР за механізмом дії

За механізмом дії ПАР поділяються на чотири основні групи:

4.5.1. До першої групи відносяться речовини, поверхнево-активні на границі рідина – газ, і насамперед, на межі вода – повітря, але такі що не утворюють колоїдних фаз (структур) ні в об’ємі, ні в адсорбційних шарах і що є низькомолекулярними речовинами, істинно розчинними у воді; наприклад, спирти – слабкі змочувачі. Знижуючи поверхневий натяг води при 20˚С від 72,8 ерг×см^-2 до 50-30 ерг×см^-2; вони полегшують розтікання води по гідрофобних поверхнях, що змочуються погано, у результаті чого утворюється тонка плівка. Вони є також слабкими піноутворювачами і піногасниками.

4.5.2. До другої групи відносяться речовини, що є ПАР на межі двох рідин, що не змішуються, чи на твердих поверхнях розділу фаз, але не утворюють структури ні в об’ємі розчину, ні в поверхневих шарах, ці ПАР – диспергатори – вони полегшують процес утворення нових поверхонь – процес розпилення, емульгування, диспергування твердих тіл. Наприклад, ПАР другої групи проникають у мікротріщини (рис. 4.4), чи поверхневі дефекти.

 

 

Рис. 4.4. Ефект адсорбційного зниження міцності Ребіндера

 

Вони прагнуть розсунути кожну мікрощілину, сприяючи зовнішнім деформувальним силам і диспергуванню; екранують сили зчеплення, що діють між протилежними поверхнями щілини. Це так званий ефект адсорбційного зниження міцності П.О. Ребіндера.

Адсорбуючись на твердих поверхнях, наприклад на поверхні часточок пігментів чи наповнювачів, ПАР другої групи можуть різко змінювати молекулярну природу твердої поверхні, тобто її умови вибіркового змочування на границі двох антиполярних рідин вода – масло. У результаті такої орієнтованої адсорбції ПАР відбувається гідрофобізація спочатку гідрофільних твердих поверхонь і, навпаки, гідрофілізація спочатку гідрофобних поверхонь.

4.5.3. До третьої групи ПАР відносяться стабілізатори. Представники третьої групи ПАР утворюють гелеподібну структуру в адсорбційному шарі та у розчині, будучи сильними стабілізаторами суспензій. Вони запобігають коагуляції частинок – їх агрегуванню при будь-якому вмісті твердої дисперсної фази, забезпечуючи її гранично рівномірний розподіл у навколишньому середовищі.

Крім виникнення структурно-механічного бар'єру при зближенні частинок – гелеподібної захисної оболонки, важливою є умова стабілізації, яка полягає в тому, що зовнішня поверхня такої оболонки має бути гідрофільною, тобто щоб не відбувалося агрегування зовнішніми поверхнями цих оболонок (вторинна коагуляція).

Саме такий механізм дії сильних стабілізаторів суспензій, емульсій і пін, що забезпечують практично граничну стабілізацію – повну агрегативну стійкість ліофобних систем. При цьому стабілізатори можуть бути і порівняно слабкими ПАР, але вже при невеликій адсорбції вони можуть утворювати сильно структуровані захисні оболонки.

Наприклад, аніоноактивні ПАР з молекулярною масою Mn = (2…3)×10⁵, що містять функціональні групи – гідроксильні, карбоксильні, сульфогрупи, які рівномірно розподілені по довжині ланцюга, сорбуються більш полярними функціональними групами, переважно на гідратних новотворах, кутах і мікрощілинах цементних зерен, розташовуючись плазом уздовж поверхні твердої фази (рис. 4.5).

Рис. 4.5.Дія гідрофілізуючої добавки (розріджувача) ПАР: 1 – частинка цементу; 2 – повітряний пухирець; 3 – вода; 4 – молекула добавки з негативним зарядом на поверхні цементної частки (аніонна з полярними ланцюгами)

 

Гідрофілізуючі ПАР, які диспергують цементні та інші тонкомолоті частки, збільшують вміст у суміші дрібних часток із сольватними оболонками і тим самим кількість міцно зв'язаної води.

У результаті зростає ефект “змащення” і збільшується рухливість бетонної суміші. При застосуванні гідрофілізуючих ПАР можливе залучення в бетонну суміш пухирців повітря, але ці пухирці ізольовані і легко видаляються із суміші. Введення суперпластифікаторів приводить до підвищення якості бетону, забезпечується більш висока щільність, міцність і морозостійкість.

4.5.4. Четверту групу ПАР утворюють мийні речовини. Їх призначення – відмивати різноманітні забруднення поверхонь, переводячи ці забруднення в стан стабілізованої суспензії (чи емульсії) і тим самим перешкоджаючи їх зворотному налипанню на поверхні, з яких вони змиті.

Мийні речовини повинні мати усі властивості, що характерні для ПАР попередніх трьох груп: вони повинні сильно знижувати поверхневий натяг води на границі з повітрям. Утворюючи просторові міцелярні структури в об’ємі розчину та особливо в поверхневих шарах, такі речовини повинні бути не тільки диспергаторами, але і сильними стабілізаторами суспензій і емульсій (емульгаторами). Вони повинні викликати також солюбилізацію вуглеводнів і взагалі масляних забруднень у ядрах міцел, що складає в комплексі мийну дію.

Мийні ПАР застосовують у досить високих концентраціях, вище критичної концентрації міцелоутворення. Мийні ПАР застосовуються у вигляді складних сумішей, що включають, крім основного поверхнево-активного агента, ще і слабко активні поверхнево-активні структуротвірні стабілізатори (захисні колоїди чи загущувачі типу карбоксилметилцелюлози), а також електроліти, в тому числі лужні, що створюють сприятливе середовище для миючої дії і прояву оптимальної ефективності поверхнево-активної речовини.