Влияние высокомолекулярных соединений на устойчивость лиофобных коллоидов. Флокуляция

Устойчивость коллоидных растворов можно повысить добавле­нием к ним некоторых высокомолекулярных соединений (ВМС). Это явление получило название коллоидной защиты.

Коллоидной защитой называется повышение агрега­тивной устойчивости лиофобных золей при добавлении к ним ВМС.

Механизм защитного действия заключается в том, что во­круг мицелл коллоидного раствора образуются адсорбционные оболочки из гибких макромолекул ВМС. В водных коллоидных растворах дифильные молекулы ВМС, адсорбируясь на поверх­ности коллоидных частиц, ориентируются таким образом, что их гидрофобные участки (углеводородные радикалы) обращены к частицам дисперсной фазы, а гидрофильные фрагменты (по­лярные и ионогенные группы) обращены наружу, к воде. При этом система лиофилизируется, мицеллы приобретают дополни­тельный фактор агрегативной устойчивости за счет собственных гидратных оболочек макромолекул ВМС (рис. 27.6).

Рис. 27.6. Защитное действие макромолекул ВМС на частицы колло­идного раствора

Основными условиями защитного действия являются:

- хорошая растворимость ВМС в дисперсионной среде колло­идного раствора;

- хорошая адсорбируемость молекул ВМС на коллоидных частицах;

- достаточно большая концентрация, которая обеспечивает образование мономолекулярного адсорбционного слоя из мак­ромолекул ВМС, полностью покрывающего всю поверхность мицелл.

По отношению к водным коллоидным растворам защитным действием обладают хорошо растворимые в воде белки, полисаха­риды, пектины. Так, белки крови препятствуют выпадению в оса­док и выделению на стенках кровеносных сосудов малораствори­мых холестерина и солей кальция. Белки также препятствуют об­разованию камней в мочевыводящих и желчепроводящих путях.

В фармацевтической промышленности защитные свойства ВМС широко используются для получения высокоустойчивых лекар­ственных препаратов, находящихся в коллоидном состоянии.

Флокуляция. Добавление к лиофобным золям небольшого количества ВМС, недостаточного для образования мономолеку­лярного слоя на поверхности мицелл, может привести к проти­воположному эффекту - уменьшению устойчивости золя. В этом случае лиофобный золь становится более чувствительным к дей­ствию электролитов и других коагулирующих факторов и легко подвергается разрушению. Само по себе действие ВМС без до­бавления электролита также может вызывать разрушение кол­лоидного раствора. Один из методов очистки природных и питье­вых вод основан на явлении флокуляции.

Флокуляцией называется агрегирование частиц дисперс­ной фазы в лиофобных золях и суспензиях под действи­ем небольших количеств ВМС.

Флокулянтами могут служить хорошо растворимые в дис­персионной среде ВМС, имеющие гибкие макромолекулы с боль­шой молекулярной массой. Макромолекулы взаимодействуют одновременно с несколькими мицеллами коллоидного раствора или частицами суспензии, связывают их, образуя рыхлые флокулы (хлопья). Это взаимодействие может иметь характер физиче­ской адсорбции или образования химических связей между ак­тивными центрами на поверхности частиц и функциональными группами макромолекул. Флокуляция приводит к уменьшению седиментационной устойчивости лиофобной системы, в резуль­тате чего крупные флокулы оседают или всплывают - в зави­симости от их плотности.

В настоящее время при очистке воды от взвешенных частиц в качестве флокулянтов широко используются синтетические полимеры, особенно полиакриламид. Применение флокулянтов позволяет ускорить отделение взвешенных частиц и улучшить осветление воды в отстойниках.