ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2024
Просмотров: 100
Скачиваний: 1
и объемную гидрофобизацию (например, при введении их в состав минеральных красок, штукатурок и т. д.). Следует отметить, что алкилсиликонаты натрия (калия) пригодны только для материалов минерального происхо ждения. Они не годятся, в частности, для гидрофобизации растительных волокон (бумага, ткани и т. п.), так как высокая щелочность их растворов (pH до 13) способствует разрушению волокон.
Растворы алкилсиликонатов натрия особенно эффек тивны для покрытия кирпичной кладки, керамики, шту катурки и водных окрасок на фасадных поверхностях зда ний и сооружений.
Внастоящее время отечественной промышленностью
'выпускается метилсиликонат натрия (МСН) под названием ГКЖ-11 и этилсиликонат натрия (ЭСН), называющийся ГКЖ.-Ю. В продажу они поступают в виде водных раство ров, содержащих около 30% твердого вещества. С этими растворами, вследствие их щелочных свойств, следует обра щаться осторожно (особенно беречь глаза). В разбавлен ном виде (на практике применяются растворы 1—5% -ной
концентрации) растворы алкилсиликонатов натрия прак тически безвредны.
Полиорганосилоксаны. |
Для гидрофобизации |
с |
успе |
хом может применяться производимый отечественной |
про |
||
мышленностью 40%-ный |
кремнийорганический |
лак |
К-41 |
(ВТУ ГКХПМ 339—53), а также другие кремнийорганические лаки. Но большинство из них требует добавки катали1
Vзатора — эфиров ортотиновой кислоты или некоторых орга нических производных олова. К тому же высокая стоимость многих лаков является препятствием к их широкому внед рению в -троительную практику. Хорошие результаты достигнуты в последнее время при использовании полиорганосилоксанов, получаемых гидролизом алкил- и арил-
44
хлорсиланов и их смесей в присутствии большого количества воды со льдом.
Полиорганосилоксаны могут также применяться для получения весьма устойчивых гидроизоляционных покры тий.
Полиалкилгидросилоксаны (RSiHO)„, где R = СН3 (препарат МН-1) или С2Н5 (препарат ЕН-1 или ГКЖ-94), получают гидролизом соответствующих алкилдихлорсиланов — RSiHCl2. Они представляют собой вязкие бесцвет ные жидкости, лишенные запаха, физиологически без вредные, не обладающие коррозионным действием.
Отечественной промышленностью выпускается жид кость ГКЖ-94 (ТУЕУ 124—56), которую можно поставлять и в виде 50% -ной эмульсии.
Сравнительные исследования показали, что полиалкилгидроксилоксаны являются одним из наиболее эффективных гидрсфобизаторов для материалов как минерального, так
иорганического происхождения.
Гидролизат тетраэтоксисилана. Теграэтоксисилан
Si(OC2H5)4 (ТУ МХП 1689—49) рекомендуется для повыше ния водостойкости дерева, гипса и некоторых других ма териалов. Он употребляется в виде гидролизата, получа емого растворением эфира в водном спирте, содержащем следы соляной кислоты. Водозащитное действие гидроли затов тетраэтоксисилана основано на другом принципе, чем действие указанных выше кремнийорганических гидрофобизаторов. Оно обусловлено образованием кремнегеля, который закрывает поры строительного материала, об волакивает его частицы, а зачастую и химически связыва ется с ним.
Г л а в а II
ПРОЦЕССЫ СМАЧИВАНИЯ
Под смачиванием обычно понимают явления, происхо дящие на границе раздела трех соприкасающихся фаз (вдоль периметра "их соприкосновения). Одна из фаз при
Рис. 1. Различные случаи смачивания на границе твердое тело (3) — вода (1) — воздух (2).
этом является твердым телом, две других — несмешивею щимися жидкостями или жидкостью и газом [12, 28].
Явления смачивания рассматриваются как особый чрез вычайно интересный класс поверхностных явлений, на блюдающихся в том случае, когда с поверхностью раздела двух фаз, например твердого тела (минерала) и жидкости, приходит в соприкосновение капля жидкости. Одна из этих жидкостей может быть заменена газообразной средой (рис. 1). Поверхность раздела жидкости и газа 1—2 будет образовывать при этом с поверхностью твердого тела 3
46,
.определенный краевой угол Ф, зависящий при достижении
равновесия |
смачивания только |
от |
молекулярных свойств |
трех фаз. |
|
|
|
Как известно из общей теории капиллярности, краевой |
|||
угол, или, |
точнее, его равновесное |
значение, определяется |
|
из простого условия |
|
|
|
|
cosd= |
|
(1)- |
|
(J j2 |
|
|
связывающего краевой угол Ф |
со свободными поверхност |
||
ными энергиями трех поверхностей раздела, пересекаю щихся вдоль периметра смачивания: жидкость — газ о1г, твердое тело — жидкость о,3 и твердое тело — газ а2з-
Это условие получается из рассмотрения равновесия трех сил, приложенных к 1 см периметра капли, лежащих в плоскости, перпендикулярной к нему, и касательных к соответствующим поверхностям раздела, и силы трения вдоль периметра, препятствующей растеканию капли ф (все силы выражены в дин/см). Капля растекается под дей ствием равнодействующей
|
|
/ = а23 — а,з — а12 cos д(т) — гр > 0. |
(2) |
||
Здесь |
■О(г) — функция времени |
растекания |
капли. В |
||
первый момент процесса |
растекания |
угол О всегда тупой, |
|||
Ф > |
90°, |
cosfl < 0 и |
сила — a12cos4> > 0; |
при этом |
|
f > |
0 и растекание идет под действием этой силы. По мере |
||||
растекания -в1 непрерывно убывает и |
в случае |
смачивания |
|||
становится меньше 90°. Вследствие этого сила / непрерыв
но убывает и растекание прекращается при условии / = |
0: |
<т,3 — а1э — а12 cos Ф' — ф = 0. |
(3) |
Окончательный, т. е. измеряемый, краевой угол Ф' опре деляется из уравнения (3):
cos d' |
СТдЗ — <*13 |
Ф _ |
(4) |
|
012 |
Oj2 |
|||
|
47
Легко видеть, что классическое условие (1) получается как частный случай общего уравнения (4) при допущении, что окончание растекания отвечает истинному, устойчиво- » му, а не метастабильному термодинамическому равнове сию. Обозначая соответствующий равновесный краевой угол
через бе (при лр = 0), найдем из уравненйя |
(4): |
||
cos |
^ |
> cos O'; |
(5) |
|
П|2 |
|
|
При этом всегда |
cos О' = cos 0'е — п12 |
|
|
|
Ое < О'. |
|
|
/-cos Ое > COS О ', |
|
||
Таким образом, |
при изучении |
явлений |
смачивания до |
ступным является метод, основанный на определении кра евого угла О.
Если капля жидкости на поверхности твердого тела принимает при равновесии такую форму, при которой кра евой угол является острым (рис. 1,а), то говорят, что жид кость смачивает твердое тело. В этом случае 0 < 012 < < о.,з — 013, т. е. при смачивании притяжение молекул жид кости к молекулам твердого тела (адгезия) должно быть сильнее притяжения между молекулами жидкости (коге зии).
Если' же краевой угол б при равновесии капли тупой (рис. 1,6), то жидкость плох#емачивает поверхность твер дого тела (0 < 012 < <уv>— о23).
При абсолютном смачивании краевой угол 'б' = 0, т. е. капля растягивается по поверхности в виде тонкой плен
ки |
(о12 |
==02з |
о13). |
несмачивании капля на поверхности |
|
|
При |
|
абсолютном |
||
твердого |
тела |
приобретает вид шара, а краевой угол б = |
|||
— |
180° |
|
(а12 = |
См — |
о23). |
48
При абсолютном несмачивании поверхностное натяже ние жидкости должно быть больше суммы притяжений ее молекул к молекулам твердого тела и газа (окружающего
Д/воздуха) или равно ей.
Поверхностное натяжение стремится придать капле жидкости форму шара и мешает ей растечься по поверхности твердого тела.
Тело тем лучше (полнее) смачивается данной жидкостью /, чем меньше ее поверхностное натяжение на границе с воздухом 2 ст12 и чем меньше свободная поверхностная энер гия — разность полярностей на границе жидкость — твер дое тело 3 ст13, т. е. чем ближе друг к другу жидкость и твердое тело по своей молекулярной природе. Эти два условия отвечают наибольшей убыли свободной энергии сис темы ДФ в изотермическом процессе смачивания (растека
ния капли 1 по поверхности 3 в среде 2): |
|
|
— АФ = |
012 * AS12 (023 '— СТ1з) Д^23* |
(8) |
где Д512 = S j2 — S12, |
причем S12 и S'l2 — свободная |
по |
верхность капли (1, |
2) до и после растекания по поверхнос |
|||
ти 3, |
a |
AS23 — изменение |
площади несмоченной поверх |
|
ности |
(2, |
3): |
|
|
|
|
|
ASoa = S23 — А2з < О, |
|
- но по поверхности |
3: |
|
||
|
|
(023 — 0 J3) = |
0 12 COS О ф 1|). |
|
Подставив значение \т23 — ст13 в уравнение (6), получим
|
— АФ = — 0 i2AS12 — ASja (012 cos O' + ф). |
(7) |
Если |
приближенно положить |
|
то |
= — AS23= AS, |
|
|
— Ср2 ^12 COS Ф ф, |
(8) |
4 |
*37 |
49 |
|
|
или
где
или в другой форме:
? |
— (<?23 — ^13) — ° 13- |
(Ю) |
|
|
Отсюда виднЬ, что основной показатель возможности про
цесса — ( ^ ) тем больше, чем меньше ст12 и а13.
Расположим жидкости в ряд по убывающей полярности,
т. е. |
по их поверхностной энергии на границе с воздухом |
(о12): |
ртуть —■460, вода — 73, углеводороды — 30—20. |
Нетрудно заметить, что способность смачивать твердые тела, вытесняя воздух с их поверхности, растет в этом ряду с уменьшением полярности, т. е. интенсивности межмолекулярных сил Жидкости. Наиболее «универсально» смачивающими являются наименее полярные органические жидкости — углеводороды, масла. Ртуть смачивает толь ко металлы, т. е. тела, имеющие по отношению к ней наи меньшую разность полярностей. Все тела неметалличе ского характера ртутью не смачиваются. Вода смачивает все тела, кроме «жирных» органических, наименее поляр ных, типа парафина, которые мы называем «абсолютно гидрофобными». Органические же малополярные и непо лярные жидкости (масла) смачивают все твердые тела без исключения.
50
