ХИМИЯ КРЕМНЕЗЕМА

Высушивание без усадки, получение аэрогелей

Согласно данным Кистлера, аэрогель представляет собой гель, в котором жидкая фаза замещена газообразной. Это поз­воляет избежать усадки, которая происходит, если гель высу­шивается непосредственно из жидкости. Таким образом, по - видимому, аэрогель можно было бы идентифицировать как гель, дающий усадку и теряющий объем пор при смачивании жидкостью и последующем высушивании. Для его получения необходима жидкость, такая, как к-пропюювый спирт, которая смачивает поверхность пор, имеет очень низкое поверхностное натяжение и испаряется при комнатной температуре.

В соответствии с таким определением разработаны способы приготовления аэрогелей, исключающие процесс, предложенный Кистлером. Некоторые из подобных аэрогелей получили назва­ние «эстерсилы».

Кистлер - [305] приготовлял кремнеземные аэрогели посред­ством замещения большей части воды в геле спиртом, нагре­вания такого геля в автоклаве выше критической температуры спирта с тем, чтобы отсутствовал мениск между жидкостью и газовой фазой, и последующего удаления паров. В таком спо­собе при удалении жидкой фазы структура геля не подверга­лась воздействию сил сжатия, которые возникают на границе - раздела жидкость—газ благодаря поверхностному натяжению.

Тот факт, что структура аэрогеля близка к структуре исход­ного влажного геля, был продемонстрирован Маршаллом [306]. Автор проводил гелеобразование кремневой кислоты в водно - спиртовых растворах при различных концентрациях кремнезема и затем превращал такие гели в аэрогели. В табл. 5.6 представ­лены данные, показывающие что кажущаяся плотность аэро­геля прямо пропорциональна концентрации БіОг в спирте, в ко­тором кремнезем застудневал. Плотность упаковки частиц кремнезема в аэрогеле, таким образом, близка к плотности упа­ковки первоначально получаемого геля. Приготовленный Кист­лером аэрогель, содержащий до 0,02 г/см3 кремнезема, представ­лял собой очень легкое, прозрачное, слегка опалесцирующее твердое вещество.

Способ производства аэрогеля в промышленном масштабе, включая также рассмотрение проблемы нагревания и охлаж­дения получаемого продукта, являющегося хорошим термоизо­лятором, был описан Уайтом [307] и другими [308]. Харви [309] изучил адсорбцию азота, бутана и воды на кремнезем­ном аэрогеле, имевшем удельную, поверхность 710 м2/г, диа­метр частиц (первичных) 2,5 нм и широкую область распреде - 21*

Таблица 5.6

Сравнение плотностей спиртового геля и аэрогеля (по данным [306])

Содержание спиртовом

SiOj в золе

Кажущаяся плотность аэрогеля

Масс. %

Г /

100 мл (а)

Г 'смз

Г / 100 мл (»)

А' Ь

3,89

3,1

0,035

3,5

0,88

5,66

4,5

0,050

5,0

0,90

5,93

4,75

0,051

5,1

0,93

6,20

5,0

0,056

5,6

0,89

7,25

5,8

0,071

7,1

0,82

Ления пор по размерам, причем наибольший объем пор наб­людался в капиллярах, имевших диаметр 40 нм. Адсорбция воды вызывала коалесценцию первичных частиц в таком геле и усадку геля с потерей объема пор. Было сделано заключение, і что по поверхностным свойствам аэрогель подобен другим си- ликагелям, но отличается от них по объему и размеру пор. Кроме того, было обнаружено [310], что крупнопористый аэро­гель Si02 давал усадку при обработке водой, а после высуши­вания образовывал структуру мелкопористого ксерогеля с не­значительным изменением в величине удельной поверхности. Значения удельных поверхностей до и после усадки соответ­ственно составляли 796 и 813 м2/г, тогда как объем пор пони­жался от 3,90 до 0,66 см3/г, а диаметр пор уменьшался от 20 до 3,2 нм.

Ван Нордстранд, Крегер и Рис [311] отметили эффекты спе­кания и измельчения аэрогеля при сопоставлении с ксерогелем. Они использовали измерение изотерм низкотемпературной ад­сорбции азота, чтобы проследить за изменением структуры та­кого геля. Спекание в вакуумных условиях вызывало пропор­циональное понижение адсорбции при всех значениях давле­ний. Аэрогель прежде всего терял свои наиболее крупные поры. Измельчение аэрогеля, очевидно, ведет к достаточному диспер­гированию структуры, что способствует появлению больших микропор или пустот между отдельными фрагментами геля в результате помола. Когда р/р0 приближается к 1,0, количе­ство адсорбированного азота бесконечно возрастает, так что не представляется возможным найти определенное значение объема пор.

Уайт и Уилсон [312] запатентовали аэрогели с высокой проз­рачностью, пригодные для термоизоляции. Такой аэрогель дол­жен быть исключительно чистым (с содержанием менее чем 0,01 % примесей металлов), чтобы не происходил рост частиц при получении геля.

В других модификациях способа получения аэрогеля к кис­лому золю в смеси этанол—вода добавляют мочевину, чтобы вызвать разложение с образованием аммиака и получить нейт­ральный продукт [313]. Вместо спирта при изготовлении аэро­геля под давлением можно использовать гидрогель в смеси с крезолом, при нагревании которого вначале выпаривается вся вода, а затем крезол. Очевидно, что при такой повышенной тем­пературе поверхностное натяжение на поверхности раздела фаз оказывается настолько низким, что гель испытывает только очень небольшую усадку. Остаточный крезол, вероятно в хе - мосорбированном состоянии, удаляется нагреванием на воздухе до 800°С [314].

Таулли [315] запатентовал органофильный аэрогель с улуч­шенной способностью к диспергированию в органической среде. Автор нагревал полученный аэрогель под давлением в присутст­вии паров спирта, которые могли покрывать поверхность геля этоксигруппами, хотя природа органической добавки в продукте не была ясна. Прозрачные кремнеземные аэрогели с очень низ­кими значениями кажущейся плотности в области 0,18— 0,35 г/см3, согласно данным Тейшнера и др. [316], окаізались подходящими при изучении эффекта Черенкова для частиц с высокими энергиями, получаемых на протонном ускорителе. Аэрогели с такими низкими плотностями получали гидролизом этилсиликата в спирте с минимальным содержанием воды с уда­лением паровой фазы при температуре выше критической. Не­которые разновидности полученных прозрачных аэрогелей имели удельную поверхность 1000 м2/г (что соответствует диаметру частиц кремнезема всего лишь 20—30 А), объем пор 18 см3/г и кажущуюся плотность 0,05 г/см3. Смесь, состоящую из метил - ортосиликата Si(OCH3)4 в метаноле (10 % по объему), уксус­ной кислоты с концентрацией 0,175 н. и воды (4 моль воды на 1 моль сложного метилового эфира), нагревали в автоклаве до 250°С (критическая температура СНзОН равна 242°С). Пары удаляли в вакуумных условиях и охлаждали аэрогель в атмо­сфере азота. На использование низших спиртов от метилового до бутилового в таком способе был получен патент [317].

В серии статей Николаон и Тейшнер [318] описали методы приготовления и превращения гидрогелей в спиртовые гели, механическую и термическую стабильность и химическую струк­туру аэрогелей. Аэрогель, вероятно, является наиболее легким (с наименьшей кажущейся плотностью) связанным твердым ве­ществом, которое вообще можно приготовить.

ХИМИЯ КРЕМНЕЗЕМА

Применение силикагелей и кремнеземных порошков

Давно установившиеся, традиционные применения силикаге­лей и порошков были рассмотрены в обзоре Вейла [557] в 1952 г. Наиболее распространено применение силикагелей в гранулированной или шариковой форме, по-видимому, в каче­стве основных катализаторов …

Вода на гидроксилированной поверхности

В детальном исследовании поведения воды на поверхности кремнезема, дегидратированного при 700°С, Клир и Цеттльмойер [23] показали, что молекула воды располагается на SiOH-rpyn - пах так, что ее атом кислорода направлен …

Этерифицированный метоксигруппами кремнезем

Метильные группы оказываются единственными достаточно небольшими по размеру группами, способными вступить в реак­цию со всеми группами ОН па поверхности кремнезема при их концентрации, равной 4,6 ОН-групп/нм2. Броудж [375] нашел, что …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.