Растворимое и жидкое стекло - Корнеев В.И.
Скачать (прямая ссылка):
5Ю2-2,5Н20—0,0018; 5Ю2-2,0Н2О—0,0044; БЮг-1,5Н20—0,0058; БЮг- 1,0Н2О—0,0061; 8Ю2-0,5Н2О—0,0120.
Гидратированные формы кремнезема образуются при температуре ниже 70 °С. Растворимость кремнезема, как и других веществ зависит от кривизны поверхности. Увеличение растворимости с кривизной особенно велико для частиц малых размеров (меньше 2—3 нм) и падает до нуля для частиц диаметром больше 15— 20 нм. Скорость растворения кремнезема в воде в области рН 3—7 пропорциональна концентрации ионов гидроксила, но при более высоких рН эта связь ослабевает.
И на скорость растворения, и на растворимость кремнезема сильно влияет присутствие ионов алюминия, в меньшей степени -ионов Ре(Ш). Если не рассматривать экзотические способы об разования золей (такие как диспергирование гелей или пирогенио-го кремнезема в слабых щелочных растворах), то основным спосо бом производства золей нужно считать полимеризацию мономер ного кремнезема, который можно получить, например, пропуская раствор силиката через слой катионита в Н+-форме. Эта полимеризация или, точнее, поликонденсация с образованием силоксано-вой связи, происходит при участии ионных форм:
= 8ЮН+-081=-*ОН-+ = 81-0-81=; = БЮН + ОН-->-НгО + = БЮ".
Уже при низких степенях полимеризации происходит образование циклических форм, сшивание циклов в параллельных плоскостям и появление объемных структур с последующим ростом до образования дисперсной частицы кремнезема. В общем случае образовавшиеся частицы взаимодействуют-друг с другом в зависимости от условий, приводя к коагуляции кремнезема или образованию геля. Если агрегирование частиц предотвратить тем ил* иным способом, то они будут продолжать расти до некоторой величины. Этого можно добиться, не допуская возрастания концентрации электролита в растворе выше 0,05—0,1 н и повышая
раствора до 8—9 добавлением щелочи. Так как при полимеризации мономерного кремнезема образуются частицы разных размеров, главным образом 1—2 нм, то после исчерпания мономера 9 системе станут заметными процессы укрупнения частиц из-за различия в их растворимости: мелкие частицы растворяются, а крупные увеличиваются в размере. Это будет продолжаться до тех пор, пока не останутся частицы кремнезема, весьма мало различимые по растворимости, т. е. по размерам. Табл. 14 дает представление о размерах частиц кремнезема, полученных при различных условиях.
Таблица 14. Рост частиц кремнезема при нагревании 4%-ного золя кремневой кислоты, стабилизированного N8011 при рН 8—10 [2]
Температура, °С Время нагревания Модуль я Удельная поверхность, м!/г Диаметр частиц, нм
80 1 ч 100 600 5
85 6 ч 64 510 6
95 5 ч 100 420 7
100 30 мин 80 350 8
160 3 ч 85 200 15
270 3 мин 85 200 15
200 3 мни 90 271 10
295 10 мин 85 78 36
295 30 мин 85 — 64
340 3 ч Следы Ыа20 88
340 6 ч То же — 105
350 3 ч > 20 150
Данные, приведенные в табл. 14, показывают, что размер образующихся частиц зависит прежде всего от температуры. При низких температурах (ниже 25 °С) медленный рост частиц продолжается несколько месяцев, и размер частиц в конечном итоге не превышает 6 нм. Получение крупнодисперсных золей требует высокой температуры и низкой щелочности. Если щелочность становится выше допустимой, то при />300 °С в автоклаве образуются кристаллы кварца. При формировании золя необходимое время нагревания с увеличением температуры падает и в дальнейшем рост частиц останавливается. При заданной температуре Увеличение щелочности системы приводит к уменьшению конечных Размеров частиц. Выше 80 °С частицы кремнезема получаются Практически безводными с плотностью около 2,2 г/см3, в то время как при низких температурах полимеризующийся кремнезем продолжает оставаться гидратированным изнутри.
Основные технологические приемы производства золей сводятся к следующему. При получении мономерного кремнезема через Нонообменник пропускают разбавленный раствор силиката натрия (^4% БЮг), и в дальнейшем требуется его концентрирование, что
75
74
достигается выпариванием. Эту операцию сочетают с выращива нием золя до нужных размеров. Для этого в малой части раствор, кремнезема при выпаривании формируется золь с частицами н& большого размера. Затем к этому золю непрерывно по мере испа. рения воды добавляют исходный раствор малополимеризованног( кремнезема (золь-питатель), который получается на выходе и-ионообменника после добавления небольшого количества щелочи За счет различия в растворимости частиц разного размера вновь вводимый кремнезем переосаждается на крупных, ранее сформиро вавшихся частицах. Следовательно, скорость выпаривания долж, на быть соразмерна скорости роста частиц. Если золь-питатель вводят стабилизированным щелочью, то рН раствора по мере выпаривания увеличивается и рост частиц прекращается. Чтобы избежать этого, для выращивания крупнодисперсных золей в золь питатель щелочь не добавляют; тогда рН в выпариваемой систе-ме меняется незначительно. Скорость подачи золя-питателя регу лируется обычно по программе в соответствии с меняющейся в системе концентрацией кремнезема и его поверхностью, чтобы предотвратить возникновение новых центров роста. Подобным способом, не прибегая к автоклаву, удается получать золи с частица ми до 100 нм. Повышая температуру выращивания, можно довести размеры частиц кремнезема до 150 нм. Золь при таком способе выращивания имеет узкий спектр по размерам частиц.
