Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Размер частиц золей, приготовляемых из элементарного кремния, меняется в интервале 8—35 нм, а при некоторых условиях может достигать 150 нм. Способ приготовления и характер получаемого вещества обсуждались в разделе «Пористые частицы».
Для приготовления золей с содержанием до 50 % 5Ю2 посредством растворения кремния Бобб [114] предложил использовать водный раствор неорганического основания (ЫаОН, КОН), который катализирует растворение кремния при 50— 100°С и стабилизирует получающийся золь. Примечательно то, что золи, приготовленные при 90—95°С, оказывались очень вязкими, но имели обычную низкую вязкость, если готовились при 98—100°С. Частицы имели размеры 15—45 нм. К тому же золи оказались необычными в том отношении, что при подкислении не образовывалась жесткая сетка геля, а формировались лишь пластичные коацерваты. Такое поведение системы необъяснимо. В том случае, когда кремний используется в качестве анода и растворяется под действием электролиза в водно-спиртовой смеси, наблюдается образование алкозоля. Согласно данным Триппа [91] и Чилтона [115], добавление кислоты или соли металла обеспечивает электропроводность золя.
Диспергирование пирогенного кремнезема
Испарение кремнезема происходит только при очень высокой температуре — приблизительно при 2000°С. Однако в присутствии восстановителя, способствующего образованию моноксида кремния БЮ, температура сублимации понижается до 1700°С. По мере того как моноксид кремния испаряется в окислитель-
456
Глава 4
ной атмосфере, происходит конденсация диоксида кремния в чрезвычайно тонкодисперсной форме. Окислению может подвергаться этилсиликат; образующиеся пары S1O2 затем конденсируются. В наиболее широко распространенном способе предусматривается сгорание тетрахлорида кремния в смеси с природным газом, при этом выделяются хлористый водород и пары диоксида кремния, которые конденсируются в виде очень рыхлого, занимающего большой объем, порошка. При контролировании условий сжигания примерно так, как это делается при получении углеродной сажи, можно приготовлять вещества с различными размерами первичных частиц и разными степенями коалесценции частиц. В другом способе предусматривается испарение _ кремнезема в электрической дуге с конденсацией образующихся паров. Порошки такого типа рассматриваются здесь только по той причине, что из некоторых их разновидностей могут приготовляться коллоидные дисперсии. Соответствующие способы получения и свойства формируемых на основании этих способов порошков кремнезема будут рассматриваться в гл. 5.
Диспергирование кремнезема в золь, состоящего из дискретных первичных частиц, представляет определенные трудности, поскольку слипание частиц меняется в значительной степени. Кроме того, во многих случаях поверхность частиц оказывается почти безводной — всего лишь с несколькими гидрофильными силанольными группами. По этим причинам свойства золей такого типа обычно отличаются от свойств золей, приготовленных в водном растворе. Золи, получаемые сжиганием, не образуют прочных гелей и находят небольшое применение только в качестве неорганических слзязующих веществ.
Анализ патентной литературы наводит на мысль, что для достижения приемлемого диспергирования в воде или в полярных органических жидкостях необходимы значительные механические силы независимо от того, идет ли речь о сухих рыхлых объемистых порошках или образующихся из них водных суспензиях. В водных растворах для смачивания гидрофобной силокса-новой поверности частиц применяются смачивающие реагенты, а для промотирования поверхностной гидратации и диспергирования частиц добавляют щелочь [116, 117]. .
Более устойчивые дисперсии получаются при добавлении к тетрахлориду кремния некоторых количеств хлорида титана или хлорида алюминия, для того чтобы полученный кремнезем содержал немного примесей оксида металла. В этом случае образуются очень стабильные концентрированные золи, содержащие 40—60 % твердого кремнезема [118]. Кремнезем фирмы Degussa получаемый гидролизом в пламени, например, с содержанием 1,3 % оксида алюминия, нанесенного на поверхность
Коллоидный кремнезем — концентрированные золи
457
частиц кремнезема, аэросил-МОХ, особенно пригоден для приготовления концентрированных водных дисперсий с первичными частицами размером 20—40 нм, а также более мелкими [119].
Кремнезем СаЬ-0-5П, образуемый гидролизом в пламени, имеющий величину удельной поверхности 200—400 м2/г, диспергирует в воде при рН 9 за счет добавления, например, аммиака. Это дает возможность получать золи с содержанием до 30 масс. % кремнезема. Такой золь пропускают через гомогенизатор, чтобы разрушить на отдельные части трехмерную сетку кремнезема, состоящую из первичных частиц. Образующиеся в результате гомогенизации отдельные образования состоят большей частью из цепеобразных агрегатов, которые повышают вязкость системы [120].
В общем случае способ, называемый «дымовым» или «гидролизом в пламене», не дает возможности получать кремнезем, диспергирующий в воде с образованием золей, состоящих из дискретных частиц и имеющих низкую вязкость при высокой концентрации кремнезема, т. е. не дает золей с типичными характеристиками, которые приготовляются полимеризацией в водных средах. Тем не менее соответствующей обработкой подобный пирогенный кремнезем, содержащий первичные частицы размером 10—25 нм, можно дезагрегировать и диспергировать и получить из него водные золи с содержанием вплоть до 40 % кремнезема, если применять подходящую механическую обработку и диспергаторы.
