Адгезия

Под термином «адгезия» понимают прилипание частиц или пленок к поверхности. Адгезия относится к поверхностным явлениям и характеризуется определенной прочностью связи.

Загрязнение поверхностей может происходить в результате оседания и адгезии радиоактивных аэрозольных, твердых или жидких, частиц, а также при контакте с жидкими средами, содержащими коллоиды и взвеси радиоактивных веществ. Причиной движения частиц к поверхности являются гравитация, броуновское движение, гидрой динамические факторы. Вероятность адгезии зависит от природы, размера и концентрации частиц, физико-химических свойств среды и поверхности, интенсивности потока среды, температуры. Скорость адгезии частиц может быть представлена выражением

dF/dt = Σс_iп_iU_is_i,

где F — адгезия; с_i — константа; n_i — концентрация частиц; U_i -средняя скорость частиц перпендикулярно к поверхности; s_i — вероятность прилипания частицы.

Адгезионная связь обусловлена ван-дер-ваальсовыми дисперсионными взаимодействиями, химической связью (молекулярные и электростатические взаимодействия) и капиллярными силами.

Адгезионные дисперсионные силы F_c зависят от формы и размера частиц, от расстояния между частицами или частицей и поверх­ностью:

F_c = - (A/d)f(x)

А — константа; d — диаметр частиц; f(х) — функция размера частиц и расстояния между ними.

Вклад электростатических сил в работу адгезии наиболее значи­мей, эти силы — дальнодействующие и возникают вследствие различий электрической проводимости взаимодействующих тел. Электростатическая компонента сил адгезии F_c:

F_c = 4 л s_э² S,

s_э — плотность заряда ДЭС; S — площадь контакта частицы с поверхностью.

При адгезии частиц на металлической поверхности возникает донорно-акцепторная связь, сила адгезии составляет несколько ньютонов на квадратный сантиметр.

В зазоре между контактирующими телами может происходить капиллярная конденсация паров воды. Капиллярная конденсация начинается при относительной влажности воздуха более 65%. В условиях капиллярной конденсации адгезия определяется капиллярными силами, превосходящими остальные составляющие адгезионных сил. Однако существует расклинивающее давление пленки жидкости, противодействующее адгезии, поэтому адгезия в условиях капиллярной конденсации зависит от зазора между частицей и поверхностью, суммарное действие молекулярных и капиллярных сил возрастает с уменьшением зазора.

Адгезия частиц в воздушном потоке отличается некоторыми особенностями. Прилипшие к поверхности частицы могут быть оторваны снова при определенной скорости воздушного потока, достаточной для преодоления сил адгезии и веса частиц. Так как в уравнения адгезии входят размеры частиц или площадь контакта, то адгезия зависит от формы и состояния поверхности и частицы, на шероховатых поверхностях адгезия выше. Наблюдается адгезия частиц к препятствием в воздушном потоке, зависящая от условий их обтекания и возможного отскока частиц от поверхности. Осаждение больше на лобовой стороне, но возможна адгезия частиц при зацеплении их за не­ровности поверхности и уже прилипшие частицы. На влажной поверхности адгезия частиц из воздушного потока выше.

При адгезии в жидких средах капиллярные и электростатические силы почти не проявляются и основной вклад в силу адгезии вносят межмолекулярные взаимодействия. Адгезия в жидкой среде на два порядка ниже, чем в воздухе. В жидкостях адгезии частиц препятствуют силы отталкивания, действующие на расстоянии порядка размеров ионной атмосферы и представляющие собой потенциальный барьер, препятствующий сближению частиц с поверхностью.

По мере приближения частицы к поверхности происходит выдавливание слоя жидкости из зазора. Тонкие слои жидкости, находящиеся между поверхностями соприкасающихся тел, оказывают на них расклинивающее давление, зависящее от расстояния между поверхностями и давления (прижима) соприкасающихся тел. Расклинивающее давление противодействует адгезии и зависит от ионной силы раствора. При определенной пороговой концентрации электролита происходит значительное слипание частиц с поверхностью аналогично коагуляции коллоидов). В разбавленных растворах электролитов адгезия частиц к поверхности растет с увеличением концентрации соли и валентности катиона. Силы адгезии зависят и от рН раствора, наибольшая адгезия наблюдается в нейтральной среде. В присутствии ПАВ адгезия частиц к поверхности снижается. Шероховатость поверхности меньше влияет на адгезию в жидкости, чем в воздушной среде. Повышение температуры приводит к увеличению адгезии вследствие возрастания сил молекулярных взаимодействий, но в присутствии ПАВ адгезия частиц с ростом температуры падает.

Адгезия в потоке жидкости зависит от транспортирующей и влекущей составляющих скорости потока и соответственно от веса и размера частиц и от направления потока. Практическое отсутствие адгезии наблюдается при скорости потока порядка 108 м/с.