ХИМИЯ КРЕМНЕЗЕМА

Работы Гринберга и Синклера

Гринберг и Синклер [155] исследовали полимеризацию кремнезема в области рН 7—12 в смешанных растворах аце­тата аммония и метасиликата натрия с применением метода рассеяния света. К сожалению, раздельно не контролировались значение рН и концентрация электролита (ацетата натрия), так что невозможно было различить оказываемое ими порознь действие. Тем не менее исследование авторов представляется одним из немногих, в которых в основную реакцию включался рост содержащих воду пористых микрогелевых частиц разме­ром 20—120 нм, получающихся в результате агрегации первич­ных частиц с диаметром порядка 3—4 нм. За этим процессом следовал вторичный процесс агрегации таких микрогелевых частиц с формированием твердого геля.

Известно, что в отсутствие солей в данной области рН в процессе полимеризации мономера при таких концентрациях в течение нескольких минут образуются частицы с диаметром ~2 нм. Однако в присутствии раствора ацетата натрия с кон­центрацией ^0,3 и., что выше критической концентрации коа­гуляции для частиц Si02 с размером 2 нм, подобные частицы агрегируют.

Так как концентрация кремнезема обычно составляла менее 1 %, то в этих случаях не происходило формирования связан­ного геля. Вместо этого формировались агрегаты в виде вто­ричных частиц геля приблизительно сферической формы, кото­рые вырастали до 150 нм, и только затем в свою очередь коагулировали. Подобные агрегированные частицы геля высоко­пористы и, как подчеркивают авторы, находятся в «сильно соль - ватированном состоянии», так как, безусловно, содержат много воды. Было показано, что диаметр таких вторичных частиц возрастал во времени линейно вплоть до 120 нм. Объяснить такое поведение можно следующим образом. После формирова­ния некоторого числа вторичных частиц последние начинали действовать как зародыши в начальной стадии процесса, когда большая часть первичных частиц остаются еще неагрегирован - ными и никаких дополнительных зародышей не образуется. Поэтому скорость приращения будет пропорциональна пло­щади поверхности растущих частиц и концентрации первичных частиц:

= kD2C

Где D — диаметр растущих вторичных частиц и С — концентра­ция первичных частиц. В начале процесса величина С будет оставаться приблизительно постоянной, так что, по наблюде­ниям авторов, D = k't. Вероятно, что в действительности такой процесс относится только лишь к небольшой части от общего количества кремнезема, сформировавшегося в виде вторичных частиц к моменту времени, когда частицы достигают диаметра 120 нм.

Остается исследовать кинетику формирования первичных агрегатов и их объединения во вторичные агрегаты еще боль­шего размера.