Суспензии
· силой тяжести;
· межмолекулярным притяжением частиц;
· силами отталкивания между частицами, обеспечивающими агрегативную устойчивость суспензии.
В агрегативно неустойчивых суспензиях оседание частиц происходит значительно быстрее вследствие образования агрегатов. Однако выделяющийся осадок занимает гораздо больший объем, так как частицы сохраняют, то случайное взаимное расположение, в котором они оказались при первом же контакте, силы сцепления между ними соизмеримы с их силой тяжести или больше ее. Наблюдается анизометрия (т. е. преобладание одного из размеров частицы над двумя другими) образующихся агрегатов или флокул. Исследования показывают, что наиболее вероятны цепочечные и спиральные первоначальные агрегаты, из которых затем получаются осадки большого седиментационного объема.
Различие седиментационных объемов агрегативно устойчивых и неустойчивых систем наиболее, четко проявляется, если частицы имеют средние размеры. Если частицы крупные, то, несмотря да то, что суспензия агрегативно неустойчивая, осадок получается более плотным из-за значительной силы тяжести, зачастую преобладающей над силами сцепления между частицами. Если же частицы очень мелкие, то и в агрегативно устойчивой системе из-за малой силы тяжести образуется чрезвычайно подвижный осадок.
Агрегативная устойчивость суспензии - это способность сохранять неизменной во времени степень дисперсности т. е. размеры частиц и их индивидуальность.
Агрегативная устойчивость разбавленных суспензий весьма сходна с агрегативной устойчивостью лиофобных золей. Но суспензии являются более агрегативно устойчивыми системами, так как содержат более крупные частицы и следовательно, имеют меньшую свободную поверхностную энергию.
При нарушении агрегативной устойчивости суспензии происходит коагуляция - слипание частиц дисперсной фазы.
Для достижения агрегативной устойчивости суспензии необходимо выполнение, по крайней мере, одного из двух условий:
· смачиваемость поверхности частиц дисперсной фазы дисперсионной средой;
· наличие стабилизатора.
Первое условие. Если частицы суспензии хорошо смачиваются дисперсионной средой, то на их поверхности образуется сольватная оболочка, обладающая упругими свойствами и препятствующая соединению частиц в крупные агрегаты. Хорошая смачиваемость частиц наблюдается в суспензиях полярных частиц в полярных жидкостях и неполярных частиц в неполярных жидкостях.
Второе условие. Если частицы суспензии не смачиваются или плохо смачиваются дисперсионной средой, то используют стабилизатор.
Стабилизатор - это вещество, добавление которого в дисперсную систему повышает ее агрегативную устойчивость, т. е.препятствует слипанию частиц.
В качестве стабилизаторов суспензий применяют:
· низкомолекулярные электролиты;
· коллоидные ПАВ;
· ВМС.
Механизм их стабилизирующего действие различен, в зависимости от природы стабилизатора реализуется один, а чаще несколько факторов устойчивости, аналогично тому, как это происходит в лиофобных золях. Возможные факторы устойчивости: адсорбционно-сольватный, электростатический, структурно-механический, энтропийный, гидродинамический.
Если стабилизатор является ионогенным веществом, то обязательно действует электрический фактор устойчивости: на поверхности частиц образуется двойной электрический слой, возникает электрокинетический потенциал и соответствующие электростатические силы отталкивания, препятствующие слипанию частиц. Электростатическое отталкивание частиц описано теорией ДЛФО. Если его ионогенное вещество - низкомолекулярный неорганический электролит, то его стабилизирующее действие ограничивается только этим фактором. Если же ионогенное вещество – коллоидное - ПАВ или полиэлектролит, то реализуются и другие факторы устойчивости, рассмотрим их подробнее.
Стабилизирующее действие коллоидных ПАВ определяется их способностью адсорбироваться на межфазной поверхности, образуя адсорбционные пленки. Строение адсорбционного слоя зависит от:
· природы ПАВ;
· природы межфазной поверхности (границы: «твердая частица - жидкая среда»);
· степени заполнения поверхности;
· наличия в дисперсионной среде различных добавок.
Изменение строения адсорбционного слоя отражается на его защитных свойствах.
Коллоидное ПАВ, имея дифильное строение, способно адсорбироваться как на полярных, так и на неполярных поверхностях, лиофилизируя их.
В соответствии с правилом уравнивания полярностей Ребиндера стабилизирующее действие ПАВ проявляется тем заметнее, чем больше первоначальная разница в полярностях твердой частицы и жидкой дисперсионной среды.
Но лучший стабилизирующий эффект достигается при более специфическом выборе ПАВ. Подбор ПАВ для стабилизации суспензий различного типа сходен с подбором ПАВ для стабилизации и прямых, обратных эмульсий.
В пищевой промышленности для этих целей используются липоиды (лецитин), ланолин и т.д.
Максимум стабилизирующих свойств наблюдается у ПАВ с 14-16 атомами углерода (так называемый максимум Доннана). В пищевой промышленности для этих целей используют пропиловый спирт, соли высших карбоновых кислот и т.д.
В качестве стабилизаторов дисперсных систем, в том числе и суспензий, можно использовать только такие ВМС, которые являются поверхностно-активными веществами. Эти вещества отличаются от коллоидных ПАВ тем, что для них характерно возникновение структурно-механического фактора устойчивости.
Таким образом, если в качестве стабилизатора применяются ВМС, то механизм их действия аналогичен механизму коллоидной защиты лиофобных золей.
В этих условиях существенно возрастает роль энтропийного фактора устойчивости. Если в качестве ВМС используют полиэлектролиты, то к этим двум факторам добавляется третий – электростатический.
Полиэлектролиты применяют для водных суспензий, т.е. для стабилизации гидрофобных частиц в жидкости. Наиболее распространены – альгинаты, карбоксилитил целлюлозы, алкилполиамин.
Механические методы разрушения суспензий основаны на отделении вещества дисперсной фазы от дисперсионной среды. Для этого используют различные устройства: отстойники, фильтры центрифуги. Они используются на завершающей стадии разрушения, когда агрегативная устойчивость суспензий уже минимальна или отсутствует.
Термические методы разрушения суспензий основаны на изменении температуры суспензии. Осуществляются 2-мя способами:
1) Замораживание с последующим оттаиванием
2) Высушивание (т.е. концентрирование).
Они требуют больших энергозатрат и в промышленности не используются.
Химические методы разрушения суспензий основаны на использовании химических реагентов. Поэтому часто их часто называют реагентными.
Цель применения – понизить агрегативную устойчивость, т.е. снизить потенциальный барьер коагуляции. В зависимости от факторов устойчивости, которые преимущественно реализовывались в данной суспензии, и стабилизаторов, которые присутствуют, выбирают соответствующие реагенты.
Из хлорсодержащих соединений алюминия наибольшее распространение получили хлорид алюминия и гидроксохлориды алюминия. Гидроксохлориды алюминия – это соединения переменного состава, которые выражаются общей формулой [А1(ОН)3 – xСlx]n, где х меняется от 0 до 3.
