Промывочные жидкости приготавливаются путем диспергирования твердых, газообразных и жидких веществ в воде или нефти. Под диспергированием понимают тонкое измельчение твёрдых тел и жидкостей в окружающей среде, приводящее к образованию дисперсных систем. В результате диспергирования повышается степень дисперсности системы.
Дисперсные системы.В природе и технике часто встречаются дисперсные системы, в которых одно вещество равномерно распределено в виде частиц внутри другого вещества.
В дисперсных системах различают дисперсную фазу (диспергированное вещество)— мелкораздробленное вещество и дисперсионную среду (непрерывная фаза) — однородное вещество, в котором распределена дисперсная фаза. Например, в мутной воде, содержащей глину, дисперсной фазой являются твердые частички глины, а дисперсионной средой — вода; в тумане дисперсная фаза — частички жидкости, дисперсионная среда — воздух; в дыме дисперсная фаза —- твердые частички угля, дисперсионная среда — воздух; в молоке — дисперсная фаза — частички жира, дисперсионная среда — жидкость и т. д.
Промывочные жидкости могут содержать в качестве дисперсионной среды воду (р-р на водной основе) или нефть (на нефтяной основе)
Д.Ф. в промывочных жидкостях на водной основе – это частички глины, утяжелителя, выбуренной породы, а также диспергированных капелек нефти и др.углеводородных жидкостей (диз.топливо)
Д.Ф. в промывочных жидкостях на нефтяной основе может содержать глины, утяжелителя, выбуренной породы и капельки воды.
Размеры частиц дисперсной фазы характеризуется степенью дисперсности, под которой понимают количество частиц, которые могли бы уложиться вплотную на 1 см длины. Следовательно – дисперсность является величиной обратной размеру частиц.
К дисперсным системам относятся (в зависимости от размеров частиц) обычные (истинные) растворы, коллоидные растворы, а также суспензии и эмульсии. Они отличаются друг от друга прежде всего размерами частиц, т. е. степенью дисперсности (раздробленности).
Системы с размером частиц менее 1 нм— истинные растворы, состоящие из молекул или ионов растворенного вещества( вещество диспергировано до однородных молекул) Истинные растворы -это однофазная система, т.к. в таких системах отсутствуют границы между растворенными веществами и средой.
Системы с размерами частиц больше 100 нм — это грубодисперсные системы — суспензии и эмульсии.
Коллоидные растворы— это высокодисперсные двухфазные системы, состоящие из дисперсионной среды и дисперсной фазы, причем линейные размеры частиц последней лежат в пределах от 1 до 100 нм., т.е. твердые частички диспергированы до размеров, которые невозможно рассмотреть в обычный микроскоп, но легко различаются при боковом освещении. Частицы коллоидных растворов проходят через тонкие бумажные фильтры, но задерживаются на ультрафиолетовых. Как видно, коллоидные растворы по размерам частиц являются промежуточными между истинными растворами и суспензиями и эмульсиями. Коллоидные частицы обычно состоят из большого числа молекул или ионов.
Коллоидные растворы иначе называют золями.Их получают дисперсионными и конденсационными методами. Диспергирование чаще всего производят при помощи особых “коллоидных мельниц”. При конденсационном методе коллоидные частицы образуютсяза счет объединения атомов или молекул в агрегаты. Так, если возбудить в воде дуговой электрический разряд между двумя проволоками из серебра, то пары металла конденсируются в коллоидные частицы. При протекании многих химических реакций также происходит конденсация и образуются высокодисперсные системы (выпадение осадков, протекание гидролиза, окислительно-восстановительные реакции и т.д.).
Золи обладают рядом специфических свойств, которые подробно изучает коллоидная химия. Золи в зависимости от размеров частиц могут иметь различную окраску, а у истинных растворов она одинаковая. Например, золи золота могут быть синими, фиолетовыми, вишневыми, рубиново-красными.
Для осаждения золя необходимо, чтобы его частицы соединились в более крупные агрегаты. Соединение частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией или флокуляцией (позже определения) , а осаждение их под влиянием силы тяжести — седиментацией.
Суспензии — это дисперсные системы, в которых дисперсной фазой является твердое вещество, а дисперсионной средой — жидкость, — причем твердое вещество практически нерастворимо в жидкости. Частицы Д.Ф. различны в обычный микроскоп, но не проходят через бумажный фильтр и имеют сравнительно небольшую удельную поверхность. Чтобы приготовить суспензию, надо вещество измельчить до тонкого порошка, высыпать в жидкость, в которой вещество не растворяется, и хорошо взболтать (например, взбалтывание глины в воде). Со временем частички выпадут на дно сосуда. Очевидно, чем меньше частички, тем дольше будет сохраняться суспензия.
Эмульсии — это дисперсные системы, в которых и дисперсная фаза, и дисперсионная среда являются жидкостями, взаимно не смешивающихся. Д.С. эта та жидкость, которая занимает больший объем эмульсии, а меньшая часть – диспергированная – составляет дисперсную фазу. Эмульсии содержат капельки размером 1-50 мк, т.е.являются глубокодисперсными системами.
Примером эмульсии является молоко, в котором мелкие шарики жира плавают в жидкости. Суспензии и эмульсии — двухфазные системы.
Промывочные жидкости нельзя отнести ни к одной из вышеперечисленных дисперсных систем Они содержат диспергированные частицы всех видов, начиная от молекулярно-дисперсных до грубодисперсных и даже крупных кусков выбуренной породы.
Дисперсные системы по Ребиндеру делятся на связнодисперсные и несвязнодисперсные. В 1 случае частицы ДФ соприкасаются друг с другом, образуя пространственные сетки или многочисленные, связанные друг с другом ячейки, внутри которых заключается Д.С.
Большинство промывочных жидкостей – связно-дисперсные системы, в которых связь между частицами обусловлена присутствием тонкодисперсных частиц глин.
Листочки могут соединяться между собой ребрами или плоскостями.
В зависимости от характера связи различают коагуляцию и флокуляцию .
КОАГУЛЯЦИЯ - образование агрегатов глинистых частиц, соединенных плоскостью с плоскостью.(П-П)
ФЛОКУЛЯЦИЯ – соединение частиц или коагулирование агрегатов плоскость – ребро (П-Р)
Или ребро-ребро (Р-Р).
Соединение П-П ведет к увеличению размеров агрегатов, уменьшению свободной поверхности (S) и снижению стабильности системы.
П-Р и Р-Р ведут к образованию пространственных структур и повышению прочности.
Таким образом, П.Ж. представляют собой ГЕТЕРОГЕННЫЕ системы, содержащие жидкость и твердые частицы различной дисперсности и составов.
Поверхность твердых частиц, составляющих ДФ велика и поэтому присутствует взаимодействие между твердой фазой и жидкостью. Оказывают существенное влияние на свойства промывочных жидкостей. Это взаимодействие – притяжение или отталкивание частиц жидкости и тв.частиц
ДС промывочных жидкостей обычно содержит растворенные вещества, которые могут притягиваться к поверхности ДФ и вытеснять молекулы воды, при этом концентрация растворенного вещества на поверхности частиц может во много раз превышать его концентрацию в жидкости. Это явление получила название – АДСОРБЦИЯ.
Адсорбция связана с поверхностным натяжением. По способности к адсорбции растворимые вещества делятся на пов.активные и пов.неактивные. ПАВ – накапливаются в поверхностном слое на границе раздела фаз, т.е. осуществляют положительную адсорбцию. Поэтому ПАВ обладают меньшим пов.натяжением (Ƭ) (Поверхностное натяжение s является количественной мерой энергии, необходимой для образования 1 см2 новой поверхности). и меньшей растворимостью, чем дисперсионная среда.
Вещества, которые обладают пов.нат. и растворимостью больше, чем молекулы ДС и не накпливаются на поверхности раздела фаз, в результате адсорбция отрицательная – это ПНАВ
