Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Затем 85,4 ч. раствора силиката натрия (13,22 г БЮг/ЮО см3) и примерно 95 частей раствора кислоты (4,65% Н2504) одновременно медленно (в течение 2 ч при 95°С) добавляли к быстро перемешиваемому раствору. Выбранные пропорции позволяли поддерживать рН 10,3±0,2. Концентрация ионов натрия повышалась приблизительно до 0,27 н., и щелочь нейтрализовалась примерно на 80%. При этой процедуре кремнезем переходил в осадок, на котором осаждался остаток кремнезема. Затем добавляли около 32 ч. раствора кислоты в течение 20 мин для того, чтобы понизить рН до 5.
После старения раствора при 90°С в течение 4 ч образцы кремнезема отфильтровывали и высушивали. Удельная поверхность этого кремнезема была равна 335 м2/г, и коэффициент коалесценции составлял 45%. Контрольные опыты показали, что агрегаты состояли из первичных непористых частиц диаметром 10 нм.
Основной продукт отфильтровывали после добавления 0,2 % бромида цетилтриметиламмония, нанесенного на БЮо для улучшения флокуляции, затем продукт промывали ацетоном и высушивали при комнатной температуре. Полученный порошок с удельной поверхностью 335 м2/г был легким и мягким, поглощал льняное масло в количестве 476 мл/100 г 5Ю2, имел кажущуюся плотность 0,12 г/см3 и легко подвергался диспергированию в масле. Из контрольных опытов по поглощению масла можно было заключить, что удельный объем пор составлял по крайней мере 2 см3/г и в этом отношении превосходил некоторые коммерческие аэрогели.
В другом патенте Александера и др. [271] подробно описан нашедший большее практическое применение осажденный кремнезем с более низким значением удельной поверхности, который может быть выделен из водной фазы высушиванием, однако 23*
772
Глава 5
сохраняет открытую структуру и легко поддается диспергированию. Основное отличие от вышеприведенного кремнезема заключается в том, что исходный золь приготовлялся в более концентрированном растворе: 123 ч. раствора силиката натрия, содержавшего 3,71 г SiO2/100 см3, нагревали до 90°С и затем к нему добавляли 10,1 ч. 13%-ного раствора H2S04 в течение 30 мин. После этого одновременно добавляли в течение 2 ч 119 ч. раствора силиката натрия, содержащего 8 г SiO2/100 см3 и 111 ч. 3,11%-ного раствора H2S04. В конце реакции прибавляли дополнительное количество кислоты, чтобы понизить рН до 7. К полученному шламу приливали 3 ч. 1%-ного раствора бромида цетилтриметиламмония для улучшения фильтрации. Влажный кремнезем промывали для удаления соли, после чего доводили рН до 8 и высушивали кремнезем при 110°С. Этот кремнезем имел удельную поверхность 132 м2/г, поглощал масло в количестве 207 см3/100 г Si02, его кажущаяся плотность составляла 0,22 г/см3, диаметр первичных частиц был ~20 нм, а коэффициент коалесценцни 60%. Подобный кремнезем оказался исключительно эффективным агентом, используемым для упрочнения резины. По поглощению масла было показано, что удельный объем пор составляет около 1,0 см3/г.
Конечно, можно использовать другие источники получения первичных кремнеземных частиц, но они в общем оказываются более дорогостоящими, чем упомянутые способы приготовления из силиката натрия, применяемого в начальной стадии процесса. Однако, когда необходимо избегать примесей натрия в готовом продукте, коллоидный кремнезем с частицами соответствующего размера может быть получен из других веществ путем флокуля-цин и осаждения, например, регулированием нитрата аммония до значения рН 9—10 за счет добавления гидроксида аммония и упрочнением не содержащей натрия кремневой кислоты, приготовленной из силиката ионным обменом.
Для каждого типа осажденного кремнезема имеется оптимальная степень упрочнения, способствующая достижению максимальной диспергируемое™. Очевидно, такое упрочнение не следует проводить в большей мере, чем это необходимо для предотвращения усадки структуры агрегатов в процессе их высушивания.
В другом видоизмененном способе в качестве кислоты использовали С02. В таком варианте С02 подавали в раствор, имевший силикатное отношение Si02: Na20 3,25 и содержавший 3,5% Si02 (нормальность 0,35 н. по натрию), при 95°С в течение 40 мин до тех пор, пока отношение С02: Na20 становилось равным 1,2 и достигалось рН 10. Интересно отметить, что при подобных условиях получались частицы размером 16 нм в виде золя. Требуемая концентрация ионов натрия для того, чтобы
Силикагели и порошки
773
вызвать коагуляцию, не оставалась неизменной, но несколько возрастала с увеличением размеров частиц. Коагуляция и упрочнение достигались затем путем непрерывного добавления С02 совместно с раствором силиката натрия с целью получения повышенного отношения, равного 4: 1. Конечный продукт, состоящий из коалесцированных в высокой степени частиц диаметром около 26 нм, исследовали под электронным микроскопом при коэффициенте коалесценцни 70% и удельной поверхности 60 м2/г, определенной по методу БЭТ. Такой кремнезем легко измельчался в каучуке и давал превосходные результаты при получении резины с высокими показателями прочности на растяжение и разрыв и высоким значением модуля упругости.
