Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Силикагели и порошки
821
Поверхность
Частицы Полярная Полярная-непопярная Неполярная Гидрофильная Гидроорганофильная Органофииьная
Рис. 5.25. Схематическое изображение поверхностей одиночных частиц, агрегатов больших размеров и агрегатов небольших размеров.
1™^, Разновидность показана в виде гидрофильных поверхностей, частично органо-фнльных и полностью органофильных (перед измельчением). Гидрофильная поверхность обозначена тонкими линиями; органофильная поверхность - толстыми линиями обнажи ные гидрофильные участки после размалывания - волнистыми линиями
ЭСидкости
Тип цррм незема Полярная (вода) Полярная-непопяр ная (спирт) Неполярная (гексан)
Полярный Дискретные частицы Небольшие агрегаты о ° с о п о о О О о О О О ^ о
Частично полярный Дискретные частицы Небольшие ат ре| аты о ° о
Неполярный Дискретные частицы небольшие агрегаты о ° Оо о00° о о о о О О о ° о о
с? 3^
Рис. 5.26. Эффекты вязкости и тиксотропии, наблюдаемые для некоторых типов кремнезема, находящихся в различных жидкостях.
Агп?гРя™Ы^^аСТИГ: г1,ДР°Фильные, частично гидрофобные и полностью гидрофобные. 2™, небольших размеров после помола: первоначально гидрофильные частично гидрофильные и полностью гидрофобные; в дальнейшем с дополнительными гидрофильными участками.
822
Глава 5
верхности двух различных частиц способствуют сцеплению этих частиц между собой.
Таким образом, в воде частицы с гидрофобными неполярными поверхностями прилипают друг к другу благодаря образованию гидрофобных связей.
В масле частицы с гидрофильными полярными поверхностями сцепляются между собой вследствие возникновения водородных связей.
В спирте, когда происходит смачивание обоих видов поверхностей кремнезема, частицы не прилипают друг к другу. Гидрофильные поверхности частиц смачиваются благодаря адсорбции молекул спирта, повернутых своими концевыми группами ОН в сторону кремнеземной поверхности. Гидрофобные поверхности кремнеземных частиц смачиваются благодаря наличию углеводородных групп в молекулах спирта (или таких групп у других молекул, имеющих полярные и неполярные сегменты).
Как показано на рис. 5.26, в воде формируется сетка из частиц, если эти частицы имеют полностью гидрофобные или частично гидрофобные поверхности. Сетка из кремнеземных частиц будет образовываться в масле, если частицы имеют полностью гидрофильные или частично гидрофильные поверхности. Сетка из кремнеземных частиц оказывается наиболее объемистой в том случае, когда частицы кремнезема имеют как гидрофильные, так и гидрофобные участки поверхности. Но никакой сетки не будет формироваться в спирте, и вязкость системы зависит только от объемной доли, занимаемой агрегатами в жидкости. Поскольку никакой сетки не образуется в этом случае, то наблюдается очень слабая тиксотропия.
Это, конечно, слишком упрощенная картина, поскольку степень смачивания и гидрофильных, и гидрофобных поверхностей будет зависеть как от самого спирта, так и от присутствия других полярных и неполярных веществ.
Термин «смачивание» означает просто низкое значение межфазной граничной энергии между жидкостью и поверхностью твердого тела.
В том случае когда целиком вся поверхность частицы не смачивается жидкостью, то частицы слипаются вместе в плотные комочки. С другой стороны, когда лишь только определенные участки в виде пятен на каждой из частиц неспособны смачиваться, то такие частицы сцепляются вместе только по таким пятнам, и при этом образуются более открытые сетки.
Формирование сетки максимальной величины происходит в масляной среде (гексане), когда имеются только несмоченные участки гидрофобных частиц кремнезема, представляющие собой «голые» пятна, которые образуются путем разрыва на кусочки (при измельчении) высокопористых агрегатов с открытой струк-
Силикагели и порошки
823
турой, что ведет к превращению их в меньшие по размеру агрегаты.
Формирование максимальной сетки и явление тиксотропии имеют место, когда небольшие трехмерные кремнеземные агрегаты связываются вместе в еще большие трехмерные агрегаты, которые способны распространиться по всему объему жидкой
Рис. 5.27. Схема загущения геля.
Наибольший эффект загущения и тиксотропия вызываются благодаря тому, что агрегаты небольших размеров связываются вместе через имеющиеся несмоченные участки в обширную трехмерную сетку геля, которая" распространяется на всю жидкую среду. Зачерченные площадки в местах контактов между небольшими по размеру агрегатами указывают на образование полярных или водородных связей, когда помол гидрофобных агрегатов производится в масляной среде, или на появление гидрофобных участков, когда агрегаты, которые уже были частично гидрофобными, подвергались механическому диспергированию в воде.
среды (рис. 5.27). Агрегаты связываются вместе через полярные участки поверхности на кремнеземных частицах в случае масляной среды или же через гидрофобные участки поверхности в случае водной среды. Такие связи, включающие образование соответственно водородных связей или гидрофобных связей, легко разрываются под действием сил сдвига и легко восстанавливаются, когда вся кремнеземная масса остается в покое и не подвергается каким-либо воздействиям. Таким образом устанавливается высокая степень тиксотропии. Различные аспекты использования кремнеземов в качестве загустителей в разнообразных жидких средах при одновременном воздействии вторичных присадок обсуждаются в типичных для такого рода работ статьях [593—596]. В частности, характеристики пирогенного кремнезема (аэросила) были получены в исследованиях Рупп-рехта и Либла [597] и Каспера и др. [598]. В некоторых случаях были добавлены ПАВ.
