Teorija rebinder-a. Eksterni i unutarnji efekti povezivača. Pogledajte kakav je "efekt rebindera" u drugim rječnicima

REBINDER Petr Aleksandrovič (03.H.1898-12.VII.1972), sovjetski fizičar i kemičar, akademik Akademije nauka SSSR-a od 1946 (dopisni član od 1933), rođen je u Sankt Peterburgu. Diplomirao na Fizičko-matematičkom fakultetu Moskovskog univerziteta (1924). U 1922-1932. radio u Institutu za fiziku i biofiziku Akademije nauka SSSR-a i istovremeno (1923-1941) - u Moskovskom državnom pedagoškom institutu. Liebknecht (od 1923. - profesor), od 1935. - šef odseka raspršenih sistema Koloidno-elektrohemijskog instituta (od 1945. - Institut za fizičku hemiju) Akademije nauka SSSR-a, od 1942. - šef Odeljenja za koloidne Hemija na moskovskom univerzitetu.

Rebinderovi radovi posvećeni su fizičkoj kemiji raspršenih sistema i površinskim pojavama. Godine 1928. naučnik je otkrio fenomen smanjenja čvrstoće čvrstih supstanci zbog reverzibilnog fizičko-hemijskog efekta okoline na njih (efekt Rebinder) i 1930-ih-1940-ih. je razvio načine za olakšavanje rukovanja vrlo tvrdim i teškim materijalima.

Otkrio je elektrokapilarni efekt plastificiranja monokristala metala tokom puzanja tokom polarizacije njihove površine u rastvorima elektrolita, istražio značajke vodenih rastvora površinski aktivnih tvari, utjecaj adsorpcionih slojeva na svojstva dispergiranih sistema, identificiran (1935-1940) glavni obrasci nastanka i stabilizacije pjena i emulzija, kao i proces fazne inverzije u emulzijama.

Naučnik je otkrio da postupak pranja uključuje složeni niz koloidno-hemijskih procesa. Rebinder je proučavao procese stvaranja i građe micela površinski aktivnih tvari, razvio koncept termodinamički stabilne micele sapuna s liofobnom unutarnjom jezgrom u liofilnom mediju. Znanstvenik je odabrao i potkrijepio optimalne parametre za karakterizaciju reoloških svojstava raspršenih sustava i predložio metode za njihovo određivanje.

Naučnik je 1956. godine otkrio fenomen adsorptivnog smanjenja čvrstoće metala pod uticajem metalnih talina. Pedesetih godina. naučnici su stvorili novo polje nauke - fizičko-hemijsku mehaniku. Kao što je i sam Rebinder napisao: „Krajnji zadatak fizičko-hemijske mehanike je razviti naučne temelje za dobijanje čvrstih supstanci i sistema sa datom strukturom i mehaničkim svojstvima. Slijedom toga, zadatak ovog područja je stvoriti optimalno usmjerenu tehnologiju za proizvodnju i obradu uglavnom svih građevinskih i građevinskih materijala moderne tehnologije - betona, metala i legura, posebno otpornih na toplinu, keramike i kermeta, guma, plastike, maziva . "

Od 1958. godine Rebinder je predsjednik Naučnog vijeća Akademije nauka SSSR-a za probleme fizičke i hemijske mehanike i koloidne hemije, a zatim (od 1967.) predsjednik Nacionalnog komiteta SSSR-a pri Međunarodnom komitetu za površinski aktivne tvari. Od 1968. do 1972. bio je glavni urednik časopisa Colloid Journal. Naučnik je nagrađen dvama Lenjinovim ordenima, imao je titulu heroja socijalističkog rada (1968), laureat Državne nagrade SSSR-a (1942).

Rebinder efekt, efekat adsorptivnog smanjenja čvrstoće čvrstih sastojaka, olakšavanje deformacije i uništavanje čvrstih supstanci zbog reverzibilnog fizičko-hemijskog delovanja okoline. Otkrio P. A. Rebinder (1928) u proučavanju mehaničkih svojstava kristala kalcita i kamene soli. Moguće je kada čvrsto tijelo u stresnom stanju dođe u kontakt s tekućim (ili plinovitim) adsorpcijskim aktivnim medijem. Rebinder efekt je vrlo univerzalan - primjećuje se u čvrstim metalima, jonskim, kovalentnim i molekularnim mono- i polikristalnim tijelima, staklima i polimerima, djelomično kristaliziranim i amorfnim, poroznim i čvrstim materijama. Glavni uvjet za ispoljavanje efekta Rebinder je srodna priroda kontaktnih faza (kruta i srednja) u pogledu hemijskog sastava i strukture. Oblik i stupanj manifestacije učinka ovise o intenzitetu međuatomskih (intermolekularnih) interakcija kontaktnih faza, veličini i vrsti naprezanja (potrebni su vlačni naponi), brzini deformacije i temperaturi. Značajnu ulogu igra stvarna struktura tijela - prisutnost iščašenja, pukotina, stranih uključaka itd. Karakterističan oblik manifestacije efekta Rebinder je višestruki pad snage, povećanje krhkosti krutine, i smanjenje njegove trajnosti. Dakle, cink ploča navlažena živom ne savija se pod opterećenjem, već se kvari. Drugi oblik manifestacije je plastificirajući učinak okoline na čvrste materijale, na primjer, vodu na gipsu, organske površinski aktivne tvari na metalima itd. Termodinamički efekt rebindera posljedica je smanjenog rada na stvaranju nove površine tijekom deformacije kao rezultat smanjenja slobodne površinske energije krutine pod uticajem okoline ... Molekularna priroda efekta je da olakša razbijanje i preuređivanje intermolekularnih (interatomskih, jonskih) veza u krutini u prisustvu adsorpciono aktivnih i istovremeno dovoljno pokretnih stranih molekula (atoma, jona).

Najvažnija područja tehničke primjene su olakšavanje i poboljšanje mehaničke obrade različitih (posebno vrlo tvrdih i teško obradivih) materijala, regulacija procesa trenja i trošenja uz upotrebu maziva, efikasna proizvodnja drobljenih (praškastih) materijala, proizvodnju čvrstih supstanci i materijala sa zadatom raspršenom strukturom i potrebnom kombinacijom mehaničkih i drugih svojstava razdvajanjem i naknadnim zbijanjem bez unutrašnjih naprezanja. Adsorpciono aktivno okruženje može takođe nanijeti značajnu štetu, na primjer, smanjujući čvrstoću i trajnost dijelova strojeva i materijala u radnim uvjetima. Uklanjanje faktora koji doprinose ispoljavanju efekta Rebinder, u ovim slučajevima omogućava vam zaštitu materijala od neželjenih uticaja okoline.

Čak i najtrajnija tijela imaju ogroman broj defekata, koji slabe njihov otpor opterećenju i čine ih manje izdržljivima od onoga što teorija predviđa. U slučaju mehaničkog uništavanja krutine, proces započinje od mjesta na kojem se nalaze mikrodefekti. Povećanje opterećenja dovodi do razvoja mikropukotina na mjestu defekta. Međutim, uklanjanje tereta dovodi do obnavljanja izvorne strukture: širina mikropukotine često nije dovoljna da u potpunosti prevlada sile intermolekularne (interatomske) interakcije. Smanjivanje opterećenja dovodi do "kontrakcije" mikropukotine, sile intermolekularne interakcije se obnavljaju gotovo u potpunosti, pukotina nestaje. Poanta je također da je stvaranje pukotine stvaranje nove površine čvrstog tijela, a takav postupak zahtijeva trošenje energije jednako energiji površinskog napona pomnoženoj s površinom ove površine. Smanjenje opterećenja dovodi do „skupljanja“ pukotina, jer sistem teži smanjenju energije koja je u njemu uskladištena. Slijedom toga, za uspješno uništavanje krutine potrebno je prekrivati \u200b\u200brezultirajuću površinu posebnom supstancom koja se naziva surfaktant, što će smanjiti rad na savladavanju molekularnih sila kada se formira nova površina. Surfaktanti prodiru u mikropukotine, pokrivaju svoje površine slojem debelim samo jedan molekul (što omogućava upotrebu vrlo male količine aditiva ovih supstanci), sprečavajući proces „kolapsa“, sprečavajući obnavljanje molekularne interakcije.

Površinski aktivne supstance, pod određenim uvjetima, olakšavaju usitnjavanje čvrstih tvari. Vrlo fino (do veličine koloidnih čestica) mlevenje čvrstih supstanci uglavnom je nemoguće izvesti bez dodavanja tenzida.

Sada ostaje zapamtiti da uništavanje krutine (tj. Stvaranje novih mikropukotina) započinje upravo s mjesta na kojem se nalazi strukturni nedostatak ovog tijela. Uz to, dodano površinski aktivno sredstvo adsorbira se uglavnom na mjestima oštećenja, što olakšava njegovu adsorpciju na zidovima budućih mikropukotina. Evo riječi akademika Rebindera: „Odvajanje dijelova događa se upravo na tim slabim mjestima [mjesto oštećenja], pa stoga fine čestice tijela nastale tijekom brušenja više ne sadrže ove najopasnije nedostatke. Tačnije, što je njegova veličina manja, to je manja vjerovatnoća da ćete naići na opasnu slabu točku.

Ako mljevenjem prave krutine bilo koje prirode dođemo do čestica čije su dimenzije približno jednake razmacima između najopasnijih defekata, tada takve čestice gotovo sigurno neće sadržavati opasne strukturne nedostatke, postat će mnogo jače od velikih uzoraka isto i samo telo. Zbog toga treba samo samljeti čvrsto tijelo u dovoljno male komadiće, a ti komadi iste prirode, istog sastava bit će najtrajniji, gotovo idealno jaki. "

Tada se te homogene čestice bez defekata moraju povezati, od njih napraviti čvrsto tijelo velike čvrstoće (velike čvrstoće) potrebne veličine i oblika, učiniti čestice čvrsto upakiranim i vrlo čvrsto međusobno sjediniti. Rezultirajući mašinski dio ili građevinski dio moraju biti mnogo čvršći od izvornog materijala prije usitnjavanja. Prirodno, nije toliko jak kao zasebna čestica, jer će se na mjestima pridruživanja pojaviti novi nedostaci. Međutim, ako se postupak kombiniranja čestica izvede vješto, snaga početnog materijala bit će nadmašena. To zahtijeva posebno čvrsto pakovanje malih čestica, tako da se međumolekularne sile ponovno pojavljuju između njih. Tipično se to radi sabijanjem čestica sabijanjem i zagrijavanjem. Sitnozrnati agregat dobijen prešanjem zagrijava se bez dovođenja u topljenje. Kako temperatura raste, amplituda toplotnih vibracija molekula (atoma) u kristalnoj rešetki raste. Na dodirnim mjestima vibracijski molekuli dviju susjednih čestica približavaju se i čak se miješaju. Sile adhezije se povećavaju, čestice se skupljaju, ne ostavljajući praktički nikakve praznine i pore, nedostaci kontaktnih točaka nestaju.

U nekim slučajevima čestice se mogu zalijepiti ili zalemiti jedna za drugu. U tom slučaju, postupak se mora izvesti na takav način da slojevi ljepila ili lema ne sadrže nedostatke.

Osnovno poboljšanje procesa mljevenja krutih tvari, zasnovano na praktičnoj primjeni efekta Rebinder, pokazalo se vrlo korisnim za mnoge industrije. Procesi mljevenja su značajno ubrzani, dok je potrošnja energije značajno smanjena. Fino brušenje omogućilo je provođenje mnogih tehnoloških procesa pri nižim temperaturama i pritiscima. Kao rezultat, dobiveni su kvalitetniji materijali: betoni, keramički i metalokeramički proizvodi, boje, olovke, pigmenti, punila i još mnogo toga. Olakšava obradu vatrostalnih i toplotno otpornih čelika.

Evo kako on sam opisuje metodu primjene efekta Rebinder: „Građevinski dijelovi od cementnog betona mogu se pouzdano kombinirati u monolitnu strukturu lijepljenjem vibrokoloidnim cementnim ljepilom ... Takvo ljepilo je mješavina fino mljevenog cementa (dio od kojih se može zamijeniti sitno mljevenim pijeskom) s izuzetno malom količinom vode i dodatkom površinski aktivne supstance. Smjesa se ukapljuje ekstremnim vibracijama tokom nanošenja na zalijepljene površine u obliku tankog sloja. Nakon brzog stvrdnjavanja, sloj ljepila postaje najtrajnije mjesto u strukturi. "

Upotreba ideja akademika Rebindera u vezi s olakšavanjem procesa mlevenja čvrstih tela od velike je praktične važnosti, na primer, za razvoj metode za smanjenje čvrstoće minerala u cilju povećanja efikasnosti bušenja u tvrdom kamenju .

Smanjenje čvrstoće metala pod uticajem topljenja metala.Rebinder je 1956. otkrio fenomen smanjenja čvrstoće metala pod utjecajem metalnih talina. Pokazano je da najveći pad površinske energije čvrste supstance (metala) na gotovo nulu mogu prouzrokovati rastopljeni mediji koji su u molekularnoj prirodi blizu krutine. Dakle, vlačna čvrstoća monokristala cinka smanjena je desetinama puta kada je sloj tečnog metala od kositra nanesen na njihovu površinu debljine 1 mikrona ili manje. Slični efekti za vatrostalne i otporne na toplotu legure primećuju se pod dejstvom tečnih topljivih metala.

Otkriveni fenomen pokazao se vrlo važnim za poboljšanje metoda obrade metala pritiskom. Ovaj postupak nije moguć bez upotrebe maziva. Za materijale nove tehnologije - vatrostalne i otporne na toplotu legure - obrada je posebno olakšana kada se koriste aktivna maziva koja omekšavaju tanke površinske slojeve metala (što se zapravo događa pod dejstvom malih količina metalnih talina). U ovom se slučaju metal sam podmazuje - eliminira se štetna višak deformacija koja se javlja tijekom obrade, a koja uzrokuje takozvano radno stvrdnjavanje - povećanjem čvrstoće koja ometa obradu. Otvaraju se nove mogućnosti za obradu metala pritiskom na normalnim i povišenim temperaturama: povećava se kvalitet proizvoda, smanjuje se habanje alata za obradu i smanjuje se potrošnja energije za preradu.

Umjesto pretvaranja skupog metala u iver u procesu proizvodnje proizvoda rezanjem, možete primijeniti preoblikovanje plastike: obradu pritiskom bez gubitka metala. Istovremeno se povećava i kvalitet proizvoda.

Naglo smanjenje čvrstoće površinskog sloja metala igra značajnu ulogu u poboljšanju rada jedinica trenja. Pojavljuje se automatski upravljački mehanizam kontrole trošenja: ako postoje slučajne nepravilnosti na površinama trljanja (izrasline, ogrebotine itd.), Na mjestima njihovog iščašenja razvija se visoki lokalni pritisak, što uzrokuje površinski protok metala, što je znatno olakšano djelovanje adsorbiranih rastopa (površinski sloj natopljen metalom koji se rastopi gubi čvrstoću). Trljajuće površine je lako brusiti ili polirati. Uvedeno "podmazivanje" uzrokuje ubrzano "trošenje" nepravilnosti, povećava se brzina naleta (naleta).

Aktivne nečistoće se mogu koristiti kao modifikatori procesa kristalizacije. Adorbirani na jezgritim kristalima oslobođenog metala smanjuju brzinu njihovog rasta. Tako se formira sitnozrnasta metalna struktura veće čvrstoće.

Razvijen je postupak "treniranja" metala u površinski aktivnom mediju. Metal se podvrgava povremenoj površinskoj obradi koja ne dovodi do uništenja. Zbog olakšavanja plastičnih deformacija u površinskim slojevima, čini se da je metal u unutrašnjem volumenu "gnječen", a kristalna rešetka zrna je raspršena. Ako se takav postupak izvodi na temperaturi bliskoj temperaturi početka rekristalizacije metala, u površinski aktivnom mediju stvara se finokristalna struktura sa znatno većom tvrdoćom. I brušenje metala pri dobivanju finog praha nije potpuno bez upotrebe površinski aktivnih rastopina. Nakon toga se proizvodi dobivaju od ovog praha vrućim prešanjem (u potpunosti u skladu s gore opisanim postupkom očvršćavanja materijala iz praha).

UČINAK REBINDERA U POLIMERIMA. Izvanredni sovjetski fizičar i kemičar, akademik Pyotr Aleksandrovich Rebinder prvi je pokušao utjecati na rad uništavanja krutine. Rebinder je bio taj koji je uspio razumjeti kako se to može učiniti. Još 20-ih godina prošlog stoljeća u tu svrhu koristio je takozvane površinski aktivne ili adsorpciono aktivne supstance koje su sposobne efikasno adsorbirati na površini čak i pri malim koncentracijama u okolini i naglo smanjiti površinski napon čvrstih tvari. Molekuli ovih supstanci napadaju intermolekularne veze na vrhu rastuće pukotinske pukotine i adsorbiranjem na svježe formiranim površinama slabe ih. Pokupivši posebne fluide i uvodeći ih na površinu čvrste supstance koja se uništava, Rebinder je postigao zapanjujuće smanjenje rada loma pod naponom (slika 1). Slika prikazuje krivulje deformacijske čvrstoće monokristala cinka (ploče debljine reda milimetra) u odsustvu i u prisustvu površinski aktivne tečnosti. Trenutak uništenja u oba slučaja označen je strelicama. Jasno se vidi da ako samo istegnete uzorak, pukne pri više od 600% istezanja. Ali ako se isti postupak izvodi taloženjem tečnog kositra na njegovu površinu, uništavanje se događa tek pri ~ 10% istezanju. Budući da je djelo uništavanja područje pod krivuljom naprezanje-deformacija, lako je uočiti da prisustvo tečnosti smanjuje rad ni nekoliko puta, već redove veličine. Taj je efekt nazvan Rehbinder-ovim efektom ili adsorpcijskim smanjenjem čvrstoće čvrstih tvari.

Slika 1. Zavisnost naprezanja od deformacije monokristala cinka na 400 ° S: 1 - u vazduhu; 2 - u talini kalaja

Rebinder efekt je univerzalni fenomen koji se primjećuje kada se unište bilo koja čvrsta tijela, uključujući polimere. Ipak, priroda predmeta unosi svoje karakteristike u proces uništavanja, a polimeri u tom smislu nisu iznimka. Polimerni filmovi sastoje se od velikih, netaknutih molekula koji su zajedno držani van der Waalsovim silama ili vodikovim vezama, koje su primjetno slabije od kovalentnih veza unutar samih molekula. Stoga molekul, čak i ako je član tima, zadržava određenu izolaciju i individualne kvalitete. Glavna karakteristika polimera je lančana struktura njihovih makromolekula, što ih čini fleksibilnim. Fleksibilnost molekula, tj. njihova sposobnost promjene oblika (uslijed deformacije uglova veze i rotacije karika) pod utjecajem vanjskog mehaničkog naprezanja i brojnih drugih čimbenika temelji se na svim karakterističnim svojstvima polimera. Prije svega, sposobnost makromolekula za međusobnu orijentaciju. Međutim, treba napomenuti da se potonje odnosi samo na linearne polimere. Postoji ogroman broj supstanci koje imaju veliku molekularnu težinu (na primjer, proteini i drugi biološki objekti), ali ne posjeduju specifične kvalitete polimera, jer jake intramolekularne interakcije sprečavaju savijanje njihovih makromolekula. Štoviše, tipični predstavnik polimera - prirodnog kaučuka - koji se „umrežava“ uz pomoć posebnih supstanci (postupak vulkanizacije), može se pretvoriti u čvrstu supstancu - ebonit, koji uopće ne pokazuje znakove polimernih svojstava.

U polimerima se efekt Rebinder manifestira na vrlo osebujan način. U adsorpciono aktivnoj tečnosti pojavljivanje i razvoj nove površine opaža se ne samo tokom uništavanja, već mnogo ranije, čak iu procesu polimerne deformacije, koju prati orijentacija makromolekula.

Slika 2. Izgled uzoraka polietilen tereftalata rastegnutog u vazduhu (a) i u adsorpciono aktivnom mediju (n-propanol) (b).

čvrstoća metalnog polimera za vezivanje

Slika 2 prikazuje slike dva uzorka Lavsana, od kojih je jedan ispružen u zraku, a drugi u adsorpciono aktivnoj tečnosti. Jasno se vidi da se u prvom slučaju u uzorku pojavljuje vrat. U drugom slučaju, film se ne sužava, ali postaje mliječno bijeli i neproziran. Razlozi za primijećeno izbjeljivanje postaju jasni mikroskopskim pregledom.

Slika 3. Elektronska mikrofotografija uzorka polietilen tereftalata deformisanog u n-propanolu. (Uvećaj 1000)

Umjesto monolitnog prozirnog vrata, u polimeru se stvara jedinstvena fibrilarno-porozna struktura koja se sastoji od nitastih agregata makromolekula (fibrila) odvojenih mikrovuidama (porama). U ovom se slučaju međusobna orijentacija makromolekula postiže ne u monolitnom vratu, već unutar fibrila. Budući da su vlakna odvojena u svemiru, takva struktura sadrži ogromnu količinu mikro praznina, koje intenzivno rasipaju svjetlost i daju polimeru mliječno bijelu boju. Pore \u200b\u200bsu ispunjene tečnošću, pa se heterogena struktura zadržava i nakon uklanjanja naprezanja od deformiranja. Fibrilarno-porozna struktura pojavljuje se u posebnim zonama i, kako se polimer deformiše, zahvaća sve veći volumen. Analizom mikroskopskih slika omogućeno je utvrđivanje karakteristika strukturnih prestrojavanja u polimeru koji je podvrgnut pucanju (slika 4).

Slika 4. Shematski prikaz pojedinih stupnjeva polimera za pucanje: I - iniciranje ludila, II - rast ludosti, III - širenje ludila.

Nastali na bilo kojem nedostatku (strukturne nehomogenosti), kojeg ima na površini bilo koje stvarne čvrste supstance, ludnice rastu kroz čitav presjek rastegnutog polimera u pravcu normalnom na os vlačnog naprezanja, održavajući konstantu i vrlo malu (~ Širina 1 μm). U tom smislu, oni su poput pravih pukotina. Ali kada pomama "presiječe" cijeli presjek polimera, uzorak se ne raspada na zasebne dijelove, već ostaje jedinstvena cjelina. To je zbog činjenice da su suprotni rubovi tako neobične pukotine povezani najtanijim nitima orijentiranog polimera (slika 3). Veličine (dijametri) fibrilarnih formacija, kao i mikrovuida koji ih razdvajaju, su 1-10 nm.

Kada vlakna koja povezuju suprotne zidove ludila postanu dovoljno dugačka, započinje proces njihovog spajanja (u ovom slučaju površina se smanjuje, slika 5). Drugim riječima, polimer prolazi kroz svojevrsni strukturni prijelaz iz labave strukture u kompaktniju, koja se sastoji od gusto nabijenih agregata vlakana, koji su orijentirani u smjeru osi zatezanja.

Slika 5. Dijagram koji prikazuje kolaps strukture polimera koji se javlja pri visokim vrijednostima deformacije u adsorpciono aktivnoj tečnosti u različitim fazama istezanja

Postoji metoda odvajanja molekula adsorpcijom iz otopine onih koji su sposobni prodrijeti u pore zadate veličine (efekt molekularnog sita). Budući da se veličina pora može lako kontrolirati promjenom omjera povlačenja polimera u adsorpcijski aktivnom mediju (koristeći Rebinder efekt), selektivnu adsorpciju je lako postići. Važno je napomenuti da su adsorbenti koji se koriste u praksi obično vrsta praha ili granulata koji se puni raznim vrstama spremnika (na primjer, sorbent u istoj plinskoj maski). Korištenjem efekta Rebinder lako je dobiti film ili vlakno pomoću nanometrijske poroznosti. Drugim riječima, otvara se perspektiva za stvaranje strukturnog materijala sa optimalnim mehaničkim svojstvima i istovremeno učinkovit sorbent.

Koristeći Rebinder efekt, na elementarni način (jednostavno istezanje polimernog filma u adsorpciono aktivnom mediju), moguće je napraviti porozne polimerne filmove na bazi gotovo bilo kojih sintetičkih polimera. Veličine pora u takvim filmovima lako se kontroliraju promjenom stupnja deformacije polimera, što omogućava proizvodnju razdvajajućih membrana za rješavanje širokog spektra praktičnih problema.

Rebinder efekt u polimerima ima veliki potencijal za primjenu. Prvo, jednostavnim crtanjem polimera u adsorpciono aktivnoj tečnosti moguće je dobiti niz polimernih sorbenata, razdvajajućih membrana i polimernih proizvoda s poprečnim reljefom, i, drugo, efekt Rebinder daje kemičaru procesa univerzalni kontinuirana metoda uvođenja modifikujućih aditiva u polimere.

Spisak korištenih materijala

1.www.rfbr.ru/pics/28304ref/file.pdf
2.www.chem.msu.su/rus/teaching/colloid/4.html
3.http: //femto.com.ua/articles/part_2/3339.html
4. Velika sovjetska enciklopedija. M.: Sovjetska enciklopedija, 1975, tom 21.
5.http: //him.1september.ru/2003/32/3.htm
6.http: //slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00065/40400.htm
7.http: //www.nanometer.ru/2009/09/07/rfbr_156711/PROP_FILE_files_1/rffi4.pdf
8.http: //ru.wikipedia.org/wiki/Rebinder_Effect

Fenomeni vlažnosti razmatrani su za ravnotežno stanje sistema. U uvjetima ležišta uočavaju se nestabilni procesi koji se javljaju na interfejsu. Zbog istiskivanja ulja vodom nastaje pokretni trofazni obod vlaženja. Ugao vlaženja mijenja se ovisno o brzini i smjeru fluida (fluidni meniskus, slika 5.5) u kanalima i pukotinama.

Slika 5.5 - Shema promjene kontaktnih uglova pri promjeni smjera kretanja meniskusa u kapilarnom kanalu:  1 - napredovanje,  2 - povlačenje kontaktnih uglova kada se vodeno-uljni meniskus kreće u cilindričnom kanalu s hidrofilnom površinom (  - statički kontaktni kut)

Kinetički vlaženje histerezeuobičajeno je da se promjena kuta vlaženja naziva prilikom kretanja po čvrstoj površini trofaznog perimetra vlaženja. Količina histereze ovisi o:

iz smjera kretanja perimetra vlaženja, tj. da li se događa pomicanje sa čvrste površine vode uljem ili ulja vodom;

brzina kretanja trofaznog sučelja na čvrstoj površini;

hrapavost čvrste površine;

adsorpcija na površini supstanci.

Fenomeni histereze javljaju se uglavnom na hrapavim površinama i molekularne su prirode. Na poliranim površinama histereza je slaba.

5.6 Osobine površinskih slojeva fluidnih slojeva

Postoje razne pretpostavke o strukturi površinskog sloja.

Mnogi istraživači koji proučavaju strukturu i debljinu tankih slojeva tečnosti povezuju stvaranje prizidnih slojeva s polarizacijom molekula i njihovom orijentacijom od čvrste površine ka unutrašnjim dijelovima tečnosti sa stvaranjem slojeva solvatacije 1.

Naftni slojevi u kontaktu sa stijenama formacije imaju posebno složenu strukturu, jer je interakcija tenzida s mineralima vrlo raznolika.

Primjećuje se, na primjer, da se reagensi koji se koriste u flotacijskoj tehnologiji mogu učvrstiti na površini minerala kako u obliku običnih trodimenzionalnih filmova koji čine neovisnu fazu na površini mineralnih čestica, tako i u obliku površine spojevi koji nemaju specifičan sastav i ne čine zasebnu neovisnu fazu.

Konačno, reagensi se mogu koncentrirati u difuzijskom dijelu dvostrukog električnog sloja, a ne na samoj površini.

Površinski aktivne komponente, po svemu sudeći, uvijek su koncentrirane ne samo na površini, već iu trodimenzionalnom volumenu blizu sučelja.

Mnogi istraživači su pokušali izmjeriti debljinu filma različitih tekućina na čvrstim tijelima. Na primjer, prema rezultatima mjerenja BV Deryagina i MM Kusakova, debljina vlažnih filmova vodenih rastvora soli na raznim čvrstim ravnim površinama iznosi oko 10 -5 cm (100 njih). Ovi se slojevi razlikuju od ostatka tečnosti po strukturi i mehaničkim svojstvima - elastičnost na smicanje i povećana viskoznost. Utvrđeno je da se svojstva tečnosti u površinskom sloju također mijenjaju zbog njene kompresije. Na primjer, gustina vode adsorbirane silikagelom prema nekim mjerenjima iznosi 1027-1285 kg / m 3.

Posebna svojstva imaju i adsorpcione i s njima povezane solvatne ljuske u faznom razdvajanju u ležištu nafte. Neke komponente ulja mogu oblikovati gelirane strukturirane adsorpcijske slojeve (sa neobičnim - anomalnim svojstvima) s visokom strukturnom viskoznošću, a pri visokim stupnjevima zasićenja adsorpcionog sloja - s elastičnošću i mehaničkom posmičnom čvrstoćom.

Studije pokazuju da sastav površinskih slojeva na dionici ulje - voda uključuje naftenske kiseline, smole male molekulske mase, koloidne čestice smola i asfaltena velike molekulske mase, parafinske mikrokristale, kao i čestice mineralnih i ugljeničnih suspenzija. Pretpostavlja se da je površinski sloj na presjeku nafta - voda nastao kao rezultat nakupljanja mineralnih i ugljeničnih čestica, kao i parafinskih mikrokristala pod utjecajem selektivnog vlaženja vodenom fazom hidrofilnih područja njihove površine. Asfalt-smolaste supstance adsorbirane su na istoj površini i pretvarajući se u gelasto stanje cementiraju čestice parafina i minerala u jedan monolitni sloj. Površinski sloj se još više zadebljava zbog solvatizacije gelova asfalt-smolastih supstanci iz uljne faze.

Posebna strukturna i mehanička svojstva površinskih slojeva određuju stabilizaciju različitih sistema, a posebno visoku stabilnost nekih emulzija vode i ulja.

Postojanje adsorpcionih slojeva na preseku ostataka voda - ulje, očigledno, takođe ima određeni efekat odlaganja na procese mešljivosti vode koja se ubrizgava u rezervoar sa zaostalom vodom.

5.7 Kližnje djelovanje tankih slojeva tečnosti.

Deryaginovi eksperimenti. Rebinder efekt

Tekućina koja kvasi krutu tvar, prodirući u tanke pukotine, sposobna je igrati ulogu klina i odbijati njegove zidove, tj. tanki slojevi tečnosti imaju klinasti učinak 2. Ovo svojstvo tankih slojeva očituje se i kada se čvrste površine uronjene u tečnost približe jedna drugoj. Prema istraživanju B.V. Deryagina, djelovanje klina događa se pod uvjetom da je debljina sloja h tečnost koja gura površinu pukotine je manja od određene vrijednosti h cr ... Kada h > h cr klinanje je jednako nuli i at h < h cr ona se povećava sa smanjenjem debljine sloja tečnosti, tj. od trenutka h ≤ h cr da bi se površine čestica približile, potrebno je na njih primijeniti vanjsko opterećenje.

Čimbenici koji stvaraju klinasto djelovanje su sile jonsko-elektrostatičkog porijekla i posebno agregatno stanje polarnih tekućina u blizini graničnih površina.

Ranije je spomenuto da se svojstva solvatnog sloja na površini čvrste supstance naglo razlikuju od svojstava ostatka tečnosti. Ovaj (solvatni) sloj može se smatrati posebnom graničnom fazom. Zbog toga se pri približavanju čestica na udaljenosti manjim od dvostruke debljine solvatnih slojeva na čestice mora primijeniti vanjsko opterećenje.

Pritisak razdvajanja jonsko-elektrostatičkog porijekla nastaje uslijed promjena u koncentraciji jona u sloju koji razdvaja čestice i u rastvoru koji ih okružuje.

Prema rezultatima eksperimenta, djelovanje klina je veće, što je jača veza između tečnosti i površina čvrste supstance. Može se poboljšati uvođenjem površinski aktivnih supstanci u tečnost, koje dobro adsorbiraju površina čvrste supstance. Rebinder efekt zasnovan je na ovom fenomenu. Njegova suština leži u činjenici da male količine tenzida uzrokuju naglo pogoršanje mehaničkih svojstava krutine. Adsorptivno smanjenje čvrstoće čvrstih tvari ovisi o mnogim čimbenicima. Poboljšava se ako je tijelo izloženo vlačnim silama i ako tečnost dobro nakvasi površinu.

Učinak smanjenja adsorptivne čvrstoće koristi se u bušenju bušotina. Kada se kao tečnosti za bušenje koriste otopine koje sadrže posebno odabrane površinski aktivne supstance, bušenje tvrdih stijena je znatno olakšano.

Pored djelovanja hemijskih procesa koji utječu na svojstva površine i frikcijsku interakciju između čvrstih tijela, postoji i otvorena i koju je istražio P.A. Rebinder je slično mazivo zbog čisto molekularne interakcije maziva s čvrstim površinama, koje se naziva "Rebinder efekt".

Prave čvrste materije imaju površinske i unutarnje strukturne nedostatke. Takvi nedostaci u pravilu imaju višak slobodne energije. Zbog fizičke adsorpcije molekula surfaktanta (surfaktanta), nivo slobodne površinske energije čvrste supstance na mjestima njihovog slijetanja opada. To smanjuje radnu funkciju dislokacija na površinu. Površinski aktivne supstance prodiru u pukotine i međukristalni prostor, vršeći mehanički efekat na njihove zidove i odbijajući ih, dovode do krhkog pucanja materijala i smanjenja čvrstoće kontaktnih tijela. A ako se takvi procesi razvijaju samo na izbočinama kontaktnih tijela, smanjujući otpor pri smicanju nepravilnosti ovog materijala, tada općenito taj postupak dovodi do izravnavanja površine, smanjenja specifičnog pritiska u kontaktnoj zoni i generalno

smanjenje trenja i habanja tijela koja se trljaju. Ali ako se normalna opterećenja tijekom trenja znatno povećaju, visoki specifični pritisci šire se po cijelom konturnom području, omekšavanje materijala događa se na velikoj površini površine i dovodi do njegovog vrlo brzog uništavanja.

Rebinder efekt se široko koristi kako u razvoju maziva (za to se u mazivo uvode posebni površinski aktivni sastojci), tako i radi olakšavanja deformacije i obrade materijala u proizvodnji mašinskih dijelova (za to se koriste posebna maziva i emulzije koristi se u obliku tečnosti za rezanje).

Rebinder efekt pojavljuje se na širokom izboru materijala. To su metali, stijene, staklo, elementi mašina i opreme. Medij koji uzrokuje smanjenje čvrstoće može biti plinovit i tečan. Rastopljeni metali često mogu djelovati kao površinski aktivne supstance. Na primjer, bakar koji se oslobađa tijekom topljenja kliznog ležaja postaje površinski aktivna tvar za čelik. Prodirući u pukotine i međukristalni prostor osovina nosača, ovaj proces postaje uzrok krhkog uništavanja osovina i uzrok transportnih nesreća.

Ne obraćajući dužnu pažnju na prirodu procesa, često smo počeli nailaziti na primjere kada amonijak uzrokuje pucanje mesinganih dijelova, plinovi koji izgaraju dramatično ubrzavaju proces uništavanja lopatica turbine, rastopljeni magnezijev klorid razarajuće djeluje na nehrđajuće čelike visoke čvrstoće i niz drugih. Znanje o prirodi ovih pojava otvara mogućnosti za ciljno rješavanje pitanja povećanja otpornosti na habanje i uništavanja kritičnih dijelova i jedinica mašina i opreme i, uz pravilnu upotrebu efekta Rebinder, za povećanje produktivnosti oprema za obradu i efikasnost upotrebe parova trenja, tj radi uštede energije.

Rebinder efekt

učinak adsorptivnog smanjenja čvrstoće čvrstih tvari, olakšavajući deformaciju i uništavanje čvrstih tvari zbog reverzibilnog fizičko-kemijskog djelovanja okoline. Otkrio P. A. Rebinder (1928) u proučavanju mehaničkih svojstava kristala kalcita i kamene soli. Moguće je kada čvrsto tijelo u stresnom stanju dođe u kontakt s tekućim (ili plinovitim) adsorpcijskim aktivnim medijem. R, e. vrlo svestran - primjećuje se u čvrstim metalima, jonskim, kovalentnim i molekularnim mono- i polikristalnim tijelima, čašama i polimerima, djelomično kristaliziranim i amorfnim, poroznim i čvrstim. Glavni uslov za manifestaciju R. e. - srodna priroda faza kontakta (čvrste i srednje) u hemijskom sastavu i strukturi. Oblik i stepen manifestacije R. e. ovise o intenzitetu međuatomskih (intermolekularnih) interakcija kontaktnih faza, veličini i vrsti naprezanja (potrebni su vlačni naponi), brzini deformacije i temperaturi. Suštinsku ulogu igra stvarna struktura tijela - prisustvo iščašenja, pukotina, inkluzija, itd. Karakterističan oblik manifestacije R. e. - višestruki pad čvrstoće, povećanje krhkosti krutine, smanjenje njene trajnosti. Dakle, cink ploča navlažena živom ne savija se pod opterećenjem, već se kvari. Drugi oblik manifestacije R. e. - efekat plastificiranja medija na čvrste materijale, na primjer, vodu na gips, organske tenzide na metale, itd. Termodinamička R. e. zbog smanjenja rada stvaranja nove površine tokom deformacije kao rezultat smanjenja slobodne površinske energije čvrste supstance pod uticajem okoline. Molekularna priroda R. e. sastoji se u olakšavanju razbijanja i preuređivanja intermolekularnih (interatomskih, jonskih) veza u čvrstom materijalu u prisustvu adsorpciono aktivnih i istovremeno dovoljno pokretnih stranih molekula (atoma, jona). Najvažnija područja tehničke primjene R. e. - olakšavanje i poboljšanje mehaničke obrade različitih (posebno izuzetno tvrdih i teško obradivih) materijala, regulacija procesa trenja i habanja upotrebom maziva (vidi Akcija podmazivanja), efikasna proizvodnja usitnjenih (praškastih) materijala, proizvodnja čvrstih materija i materijali sa zadanom raspršenom strukturom (vidi. Raspršena struktura) i potrebnom kombinacijom mehaničkih i drugih svojstava razdvajanjem i naknadnim zbijanjem bez unutrašnjih naprezanja (vidi (Vidi takođe Fizičko-hemijska mehanika). Adsorpciono aktivno okruženje može takođe nanijeti značajnu štetu, na primjer, smanjujući čvrstoću i trajnost dijelova strojeva i materijala u radnim uvjetima. Uklanjanje faktora koji doprinose manifestaciji R. e., U tim vam slučajevima omogućava zaštitu materijala od neželjenih efekata okoline.

Lit.: Goryunov Yu. V., Pertsov NV, BD Summ, Rebinder efekt, M., 1966; Rebinder P. A., Shchukin E. D., Površinski fenomeni u čvrstim tijelima u procesima njihove deformacije i uništavanja, "Uspekhi fizicheskikh nauk", 1972, v. 108, v. 1, str. 3

L. A. Sranje.

Velika sovjetska enciklopedija. - M.: Sovjetska enciklopedija. 1969-1978 .

Pogledajte kakav je "efekt rebindera" u drugim rječnicima:

Smanjenje čvrstoće čvrstih supstanci u adsorpcionim aktivnim medijima (rastvori surfaktanta, elektroliti, rastopljene soli, itd.). Otkrio P. A. Rebinder 1928. Koristi se za povećanje efikasnosti disperzije, mlevenja, ... ... Veliki enciklopedijski rječnik

- (adsorpciono smanjenje snage) smanjenje površinske (međufazne) energije zbog fizičke. ili hem. procesi na površini čvrstih tijela, što dovodi do promjene u njihovoj mehanici. svojstva (smanjenje čvrstoće, lomljivosti, smanjenje ... ... Fizička enciklopedija

Rebinder efekt (adsorpciono smanjenje snage), promjena mehaničkih svojstava čvrstih tvari uslijed fizičko-kemijskih procesa koji uzrokuju smanjenje površinske (međufazne) energije tijela. Očituje se smanjenjem snage i ... ... Wikipedijom

Vidi Fizičko-hemijska mehanika ... Hemijska enciklopedija

Smanjenje jačine tv-a. tijela u adsorpcionim aktivnim medijima (otopine tenzida, elektroliti, rastopljene soli itd.). Otkrio P. A. Rebinder 1928. Koristi se za povećanje efikasnosti disperzije, mlevenja, obrade materijala rezanjem i ... ... Prirodna nauka. enciklopedijski rječnik

hallov efekt - pojava poprečnog električnog polja i razlika potencijala u metalu ili poluprovodniku kroz koji prolazi električna struja, kada je smještena u magnetsko polje, okomito na smjer struje. Otvorio američki ... ...

mossbauerov efekat - rezonantna apsorpcija γ kvanta atomskim jezgrima, uočena kada je izvor i apsorber γ zračenja čvrst, a energija kvanta je mala (150 keV). Ponekad se učinak M. naziva rezonancija, apsorpcija bez odmaka ili nuklearna ... Enciklopedijski metalurški rječnik

seebeckov efekt - fenomen pojave elektromotorne sile u električnom krugu, koji se sastoji od različitih vodiča, čiji kontakti imaju različite temperature; otkrio 1821. njemački fizičar T. Seebeck. Elektromotorna sila, ... ... Enciklopedijski metalurški rječnik

bauschingerov efekt - smanjenje otpora metala ili legure na male plastične deformacije (na primjer, pri kompresiji) nakon preliminarne deformacije suprotnog predznaka (u zatezanju). Monokristali čistih metala imaju Bauschingerov efekt ... ... Enciklopedijski metalurški rječnik

Knjige

Uloga površinskih pojava u strukturnom i mehaničkom ponašanju čvrstih polimera, A. L. Volynsky, N. F. Bakeev. Knjiga predstavlja suvremene ideje o ulozi površinskih pojava u strukturnom i mehaničkom ponašanju amorfnih i kristalnih polimera. Razmatraju se procesi razvoja i zacjeljivanja ...

			A C str


			1 C 1
				p s (12,9)

gdje je ps tlak zasićene pare na određenoj temperaturi; pritisak pare.

p s - relativno

Jednadžba BET polimolekularne adsorpcione izoterme može se lako svesti u linearni oblik:



A (1
A (1

pomoću kojih je moguće konstruirati linearnu ovisnost u koordinatama / on i odrediti konstante C i A∞.

BET teorija, poput Langmuirove teorije, ukazuje na način određivanja specifične površine adsorbenta. Pronašavši A∞ za pare jednostavnih supstanci na niskim temperaturama i znajući površinu koju zauzima adsorptivni molekul, lako je izračunati specifičnu površinu adsorbenta.

Inertni plinovi (dušik, argon, kripton itd.) Koriste se kao adsorbati, koje karakterizira slaba intermolekularna interakcija na površini adsorbenta, što je u skladu s početnim pretpostavkama teorije, a to osigurava pouzdanost dobiveni rezultati. Da bi se povećala adsorpcija takvih plinova, ona se provodi na niskim temperaturama, pa je otuda i čest naziv BET metode - metoda niskotemperaturne adsorpcije.

13 Adsorpciono smanjenje snage. Rebinder efekt

Mnogi tehnološki procesi započinju drobljenjem i mljevenjem. Ovo je jedna od najmasovnijih i najintenzivnijih operacija moderne tehnologije. Mljeti žito, pretvarajući ga u brašno, mljevenje rude, ugljena, kamena potrebnih za proizvodnju cementa i stakla. Svake godine melju milijarde tona sirovina, trošeći ogromnu količinu električne energije.

Fenomen adsorpcionog efekta medija na mehanička svojstva i strukturu čvrstih supstanci - rebinder efekt- otkrio je akademik Peter Aleksandrovič Rebinder1928. Suština ovog fenomena sastoji se u olakšavanju deformacije i uništavanja krutina i spontanom nastanku strukturnih promjena u njima kao rezultat smanjenja njihove slobodne površinske energije pri kontaktu s medijem koji sadrži supstance sposobne za adsorpciju na površini. Mnogi fenomeni uočeni u prirodi, tehnologiji i istraživačkoj praksi temelje se na efektu Rebinder.

Ovisno o kemijskoj prirodi čvrste materije i medija, uvjetima deformacije i uništavanja strukture čvrste materije, efekt Rebinder može se manifestirati u različitim oblicima: adsorptivna plastifikacija (olakšava plastičnu deformaciju), adsorptivno smanjenje čvrstoće ili spontano disperzija čvrste strukture. Uprkos raznolikosti oblika manifestacije, može se razlikovati niz zajedničkih karakteristika karakterističnih za efekt Rebinder:

1) Djelovanje medija je vrlo specifično: samo nekoliko specifičnih medija djeluje na svaku datu vrstu čvrstog materijala.

2) Promjena mehaničkih svojstava čvrstih tvari može se primijetiti odmah nakon uspostavljanja kontakta s medijumom.

3) Za ispoljavanje djelovanja okoline dovoljne su vrlo male količine.

4) Rebinder efekt očituje se samo pod kombiniranim djelovanjem medija i mehaničkih naprezanja.

5) Primjećuje se osobita reverzibilnost učinka: nakon uklanjanja medija, mehanička svojstva početnog materijala u potpunosti se obnavljaju.

Ove su karakteristike razlika između efekta Rebinder-a od ostalih mogućih slučajeva uticaja medija na mehanička svojstva čvrstih supstanci, posebno od procesa rastvaranja i korozije, kada uništavanje tijela pod uticajem medija može javljaju se čak i u odsustvu mehaničkih naprezanja. U potonjem slučaju obično je potrebno izlaganje značajnim količinama agresivnog okruženja.

Smanjenje čvrstoće adsorpcije (ADS) uočava se u prisustvu medija koji uzrokuju snažno smanjenje površinske energije čvrstih supstanci. Najjače učinke izazivaju tečni mediji koji su u molekulskoj prirodi bliski čvrstim supstancama. Dakle, za čvrste materijale, takvi mediji su otopine metala koji se manje tope; za jonske kristale i okside - voda, otopine elektrolita i topljenja soli; za molekularne nepolarne kristale - ugljovodonike. Među brojnim medijima iste molekularne prirode, značajno smanjenje čvrstoće čvrstih supstanci često uzrokuju supstance koje čine jednostavan eutektički dijagram sa čvrstom supstancom niske topljivosti u čvrstom stanju; to odgovara maloj pozitivnoj energiji miješanja komponenata. U sistemima s malim intenzitetom interakcije komponenata (međusobna netopivost), kao i u slučaju vrlo visokog međusobnog afiniteta, posebno ako komponente uđu u hemijsku reakciju, APP se obično ne primjećuje.

U lomljivom lomu, odnos između čvrstoće P i površinske energije opisuje se Griffiths-ovom jednadžbom:

, (13.1)

gdje je E modul elastičnosti krutine, l je karakteristična veličina defekata koji u njoj postoje ili nastaju tijekom preliminarne plastične deformacije - nukleacijske pukotine razaranja. U skladu s Griffithsovom relacijom, koja vrijedi u uvjetima lomljivih lomova, omjer čvrstoće materijala u prisustvu PA i u nedostatku medija P 0 jednak je kvadratnom korijenu odnosa odgovarajuće površine energije: PA / P 0 \u003d (A / 0) 1/2. Kada se čvrste materije unište u prisustvu smjesa dviju tečnih komponenata koje se razlikuju u adsorpcijskoj aktivnosti, čvrstoća se smanjuje što je veća koncentracija aktivnije komponente koja se pretežno adsorbira na površini loma.

Upoređujući Griffithsovu vezu sa Gibbsovom jednadžbom adsorpcije (pri malim koncentracijama) G \u003d - (RT) -1 d / dlnc, može se direktno povezati adsorpcija sa snagom P:

Rebinder efekt omogućio je smanjenje potrošnje energije za 20-30%, kao i dobivanje ultrafinih materijala za mlevenje, na primjer cementa sa posebnim svojstvima. Rebinder efekt koristi se i u obradi metala kada se u rashladno mazivo dodaju površinski aktivne supstance koje smanjuju čvrstoću u zoni rezanja. Površinski aktivne tvari se široko koriste u prehrambenoj industriji: za

smanjenje snage pri usitnjavanju zrna, za poboljšanje kvaliteta pečenog kruha, usporavanje procesa njegove zastoja; smanjiti ljepljivost tjestenine, povećati plastična svojstva margarina; u proizvodnji sladoleda; u proizvodnji konditorskih proizvoda itd.