Механизм и кинетические закономерности адсорбции

Адсорбционное равновесие между пигментами и пленкообразователями устанавливается, проходя через последовательно протекающие процессы адсорбции низкомолекулярных компонентов и последующего их вытеснения более высокомолекулярными соединениями. Большие молекулы, изменяя свою конформацию, мигрируют отдельными сегментами от одних активных центров твердой поверхности к другим и закрепляются, находя положения, отвечающие минимуму поверхностной энергии Гиббса. Закрепление происходит несколькими функциональными группами. При этом в раствор вытесняется большое количество ранее адсорбированных малых молекул.

В результате избирательной адсорбции поверхностью пигментов состав пленкообразователя до установления адсорбционного равновесия заметно изменяется: уменьшается содержание больших молекул с функциональными группами адсорбируемыми активными центрами поверхности пигментов.

Кинетика адсорбции определяется не только скоростью диффузии молекул пленкообразователя, но более медленными процессами разрушения надмолекулярных структур и изменением ориентации и конформации молекул в адсорбционном слое. Ускорение этих процессов достигается повышением температуры и, в меньшей мере, механическим путем — изменением скорости сдвига. Суммарный тепловой эффект адсорбции полимеров чаще бывает отрицательным, и для ускорения адсорбции требуется приток теплоты извне. Нагревание лакокрасочной системы до 50—55 °С, когда разрушаются водородные связи, не только ускоряет установление адсорбционного равновесия, но необходимо для формирования межфазного адсорбционно-сольватного слоя. Однако, при слишком высоких температурах происходят нежелательные процессы испарения растворителей и преждевременного пленкообразования.

В общем виде скорость установления адсорбционного равновесия при адсорбции олигомеров и полимеров из растворов может быть описана уравнением:

где К. - константа для данной системы; f—функция, характеризующая гибкость цепей полимера: q — доля. поверхности пигмента, занятая молекулами полимера или олигомера.

Время установления истинного адсорбционного равновесия — время «созревания» красочных систем — имеет большое практическое значение, так как определяет необходимый объем смесителей для составления эмалей.