Химия кремнезема ч.2 - Айлер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Очень тонкодисперсный аморфный кремнезем, содержащий небольшое количество углерода, может быть получен прокаливанием рисовой шелухи при контролируемых условиях. Сообщается, что такой кремнезем оказывается хорошим армирующим наполнителем для резины, конкурентоспособным с термическими углеродными черными сажами [494].
Имеется высококремнеземистый, подвергшийся изменениям и состоящий из вулканического пепла продукт, который оказывается настолько реакционноспособным по отношению к извести, что образует основной компонент цемента, используемого еще со времен Римской империи. Айлер провел исследование образца такого продукта, взятого из подлинного вулканического отложения в Поццуоли, близ Неаполя (Италия), и обнаружил, что продукт представляет собой очень тонкодисперсный, аморфный кремнеземный порошок с величиной удельной поверхности более 100 м2/г. Этот природный кремнезем обсуждался в гл. 4 в связи с рассмотрением вопроса об использовании коллоидного кремнезема в цементах.
По-видимому, большинство аморфных форм кремнезема, образующихся в природных условиях, в течение миллиона лет
790
Глава 5
кристаллизуются до микрокристаллического кварца и, таким образом, становятся гораздо менее растворимыми и менее реак-ционноспособными.
Микрокристаллические гидратированные типы кремнезема
Порошки,такого типа неизменно приготовлялись из кристаллогидратов солей металлов, большей частью из солей щелочных металлов или комплексных солей, посредством удаления катионов кислотой. Подобные кристаллические полисиликаты рассматривались в гл. 2, а кристаллические гидратированные кремнеземы— в гл. 1. До сих пор такие типы кремнезема редко исследовались и не представляют практического интереса.
После дегидратации подобные кристаллы становятся субмикропористыми, так что в них .проникает вода и небольшие по размеру ионы. Они имеют слоистую структуру, которая в некоторых типах кремнезема способна расширяться и сжиматься в процессе ионного обмена или в процессе гидратации и дегидратации, что напоминает аналогичные эффекты, наблюдаемые в глинистых слоистых минералах. Таким образом, слоистые структуры отличаются от цеолитоподобных структур алюмосиликатов, имеющих жесткую, трехмерную решетку. На рис. 5.24 представлен микроснимок необычных чрезвычайно тонких листочков кремнезема, полученных из синтетического полисиликата натрия [495].
Гидрофобные, органофильные кремнеземные порошки
Рассмотрение данного вопроса ограничивается порошками кремнезема, которые подвергаются поверхностному модифицированию в результате образования хемосорбированных молекул, глубоко изменяющему адсорбционные характеристики или способность к диспергированию кремнеземных частиц в жидких системах. Подробное рассмотрение химии поверхности представлено в гл. 6.
Интерес, проявляемый к гидрофобным, органофильным дисперсным кремнеземам примерно с середины настоящего столетия, был стимулирован несколькими очевидными практическими потребностями: 1) необходимостью использования армирующего наполнителя не черного цвета для каучука, идущего на изготовление резиновых покрышек с боковой поверхностью белого цвета; 2) разработкой загустителей масла для приготовления консистентных смазок, превосходящих по своим свойствам такие
Силикагели и порошки
791
Рис. 5.24. Микрофотография кристаллического гидратированного кремнезема (из работы Дилера [495]).
широко используемые присадки, как кальциевые мыла; 3) созданием эффективных армирующих наполнителей для силиконового каучука, который в то время разрабатывался. Более того, целый ряд используемых в настоящее время способов приготовления тонкодисперсных образцов кремнезема в тот период находились на стадии разработки и одновременно изучались вопросы модифицирования поверхности кремнезема.
По различным причинам выпуск некоторых из таких гидрофобных типов кремнезема в настоящее время прекращен, другие еще производятся, а также созданы новые типы. Однако, по мере того как стоимость углеводородов и получаемых углеродных черных саж возрастает, в конечном счете может возобновиться интерес к гидрофобному кремнезему, способному частично, если не полностью, заменить в крупнотоннажном производстве черную газовую сажу, применяемую в настоящее время как существенный компонент в резиновых покрышках. Прово-
792
Глава 5
димые в прошлом исследования ограничивались лишь модифицированием поверхности кремнезема органическими соединениями, но не затрагивали проблем размеров частиц, степени формирования сетки, составленной из этих частиц, и оптимального значения коалесценции, необходимого для упрочнения системы при использовании подобного кремнезема. Кроме того, вполне вероятно, что для каждого определенного вида эластомера требуется индивидуальная степень покрытия поверхности и оптимальный тип поверхностных органических групп.
Наибольшее распространение получили пять типов поверхностей кремнезема, модифицированных следующими способами:
1) адсорбированными органическими катионами или поликатионами;
2) адсорбированными многозарядными ионами металлов с присоединенными органическими кислотными группами (металлические мыла);
