ХИМИЯ КРЕМНЕЗЕМА

Агрегация частиц

Некоторые исследователи считают, что не существует каких - либо принципиальных различий между гелеобразованием, с одной стороны, и коагуляцией или флокуляцией — с другой. Оба процесса включают в себя как совместное связывание коллоидных частиц, так и формирование трехмерных сеток. Однако в том случае, когда золь превращается в гель, сначала повышается вязкость системы, а затем происходит ее затвер­девание. С другой стороны, при коагуляции или флокуляции золя формируется осадок. В концентрированных золях такой осадок может оказаться слишком объемистым и трудноотдели­мым и будет сохраняться в виде тиксотропной массы. В раз-

Рис. 4.12. Схемы гелеобразования (б) и флокуляции и осаждения (в) золя (а).

Бавленных золях подобный осадок оседает на дно. На рис. 4.12 показано различие между рассматриваемыми системами.

Впоследствии Ламер и Хили [220] предложили различать понятия «коагуляция» и «флокуляция». Термин «флокуляция» они отнесли к особому случаю коагуляции, когда окончательно сформировавшаяся структура удерживается мостиками, состоя­щими из органических молекул или из каких-либо коллоидный неорганических частиц. При этом образуется свободная трехмер­ная пористая сетка, обладающая свойствами фильтрации. Таким образом, авторы сохраняют выражение «флокуляция» в его пер­воначальном значении как процесса формирования свободной открытой структуры и получения флокулированного осадка по­добного пучку шерсти. В отличие от этого термин «коагуляция» происходит от латинского выражения, означающего «переме­щаться вместе», и, следовательно, используется для тех случаев, когда первичные частицы переносятся вместе с образованием относительно компактных агрегатов, или кластеров, способных к плотному осаждению. Таким образом, по сравнению с фло- куляцией подобный плотный осадок с трудом удаляется по­средством фильтрации. Вполне очевидно, что не существует сильного различия между отмеченными двумя терминами.

Понятие «агрегация» всегда используется в тех случаях, когда коллоидные частицы связываются вместе. Таким обра­зом, агрегация включает в себя следующие процессы:

1. Желатинирование. Связанные вместе частицы образуют разветвленные цепочки, которые целиком заполняют объем золя. Поэтому не наблюдается повышение концентрации крем­незема в любой выбранной макроскопической области в среде системы. Вместо этого вся среда становится вязкой, а затем затвердевает в состоящую из связанных частиц сетку. Эта сетка благодаря своему капиллярному строению может удер­живать жидкость.

2. Коагуляция. Частицы составляют вместе сравнительно плотные комочки, в которых кремнезем более сконцентрирован, чем в исходном золе. Следовательно, такие коагуляты осаж­даются в виде относительно плотного осадка.

3. Флокуляция. Частицы связываются вместе мостиками, состоящими из агентов, способствующих подобному образова­нию. Эти флокулирующие агенты имеют достаточную длину, поэтому агрегированная структура остается открытой, занимая значительный объем системы.

Очевидно, что указанные различия будут особенно заметны в разбавленных золях, содержащих всего лишь несколько про­центов кремнезема. В концентрированных золях можно отли­чать гель, после того как он затвердеет, но нельзя провести различие между коагулятом и флокулированным осадком.

4. Коацервация. Кремнеземные частицы окружены слоем какого-либо адсорбированного вещества, понижающего гидро - фильность частиц, но неспособствующего образованию мости - ковых связей между ними. Такие частицы агрегируют в виде концентрированной жидкой фазы, несмешивающейся с водной фазой.

Грубер и Нелл [221] дали описание метода анализа золя, содержащего агрегаты, который включал в себя измерение рассеяния света и вязкости системы. По этому методу мо­жно подсчитать размеры и массовую долю, занимаемую агре­гатами.

В агрегацию включается и адгезия, возникающая между коллоидными частицами. Виссер [222] в своей работе, в кото­рой представлены данные, выбранные из 295 источников, под­робно рассмотрел возникающее притяжение и образование свя­зей между частицами. Особое внимание в его работе уделено по­груженным в жидкую среду коллоидным системам, в которых рассматриваются силы взаимодействия Лондона — Ван-дер-Ва - альса и отталкивания за счет образования двойного электри-

6 Заказ № 250 ческого слоя, а также ионного притяжения между противопо­ложно заряженными поверхностями частиц.