ХИМИЯ КРЕМНЕЗЕМА

Композиционные покрытия

Органические составы, используемые для различных по­крытий, с улучшенными адгезионными, прочностными, электри­ческими свойствами и стойкие в течение длительного времени получаются в результате Добавления коллоидного кремнезема к органическим полимерным дисперсным системам [617—623].

В неорганических покрытиях кремнезем может использо­ваться как основной компонент или как связующее вещество в смесях. Для покрытий, состоящих главным образом из кол­лоидного кремнезема, проблема заключается в том, каким образом предотвратить усадку и образование сетки волосных трещин. Этот вопрос обсуждался в связи с рассмотрением прочности гелей. Почти невозможно себе представить, что можно получить толстое кремнеземное покрытие, которое не являлось бы пористым. Если исходить из измельченного в по­рошок «плавленого кварцевого» стекла с отсортированными по размеру частицами для получения плотной упаковки и суспен­дировать такой порошок в минимально возможном количестве концентрированного золя коллоидного кремнезема, также имеющего несколько размеров частиц для плотной упаковки, то можно получить высушенное изделие, имеющее максималь­ную прочность и минимальную пористость, которое проявляет минимальную усадку в процессе последующего спекания при 1000°С или даже выше [219].

Свойство коллоидного кремнезема образовывать пленки улучшается путем введения диспергированных микроволокни­стых материалов в золь, чтобы добиться минимального обра­зования сетки волосных т-рещин. Барбарас [624] утверждает, что целесообразно использование хризотил-асбеста, который в форме коротких волокон может диспергировать до коллоид­ного состояния при введении его в стабилизированные щелочью золи кремнезема. В этом случае образование волосных трещин также сводится к минимуму, и прочность сетки улучшается за счет добавления некоторых водорастворимых полимеров, хотя многие полимеры оказывают вредное воздействие. Было за­явлено, что желатин [625], способные полимеризоваться цик­лические сульфониевые амфотерные ионы [626] и не вызываю­щий гелеобразования агент флокуляции, такой, например, как линейный углеводородный полимер с четвертичными имидазо - лами в боковых цепях [627], оказывают благотворное влияние.

Образование сетки волосных трещин также сводится к ми­нимуму, если покрытие медленно образуется 'посредством раз­брызгивания золя на слегка нагретую поверхность [628].

Неорганическое красочное покрытие для асбестовых пане­лей может изготовляться с добавлением коллоидного кремне­зема в качестве связующего. Прочное водостойкое красочное покрытие приготовляется при комбинировании коллоидного кремнезема, гидроксида лития и силиката калия или фосфата щелочного металла, глины и пигмента, и вся эта смесь спе­кается в присутствии водяного пара [629]. Коллоидный крем­незем, стабилизированный силикатом тетраэтаноламмония, применяется как связующее для оксида железа и глинистых пигментов [630]. Термостойкое покрытие, необходимое при работе с асбестом или металлами, образованное из коллоид­ного кремнезема и кислого фосфата магния, затвердевает при 200°С [631].

Стальные рабочие поверхности, находящиеся в горячих условиях, покрывают тонкодисперсным порошком металличе­ского хрома, связанного с коллоидным кремнеземом, чтобы предотвратить образование окалины, если металл обрабаты­вается горячей прокаткой при 1090°С [632]. Когда такие металлы, как сталь, цинк или алюминий погружаются в кислый золь кремнезема, содержащий сахар, то на металле осаждается невидимая пленка кремнезема, и после соответствующей теп­ловой обработки стойкость металла в отношении химических воздействий повышается [633]. Коллоидный кремнезем играет роль защитного покрытия при гальванической обработке стали [634].

В том случае, когда горячий металл подвергается закалке в воде, скорость его охлаждения высока, но если используется золь кремнезема, то скорость закаливания металла заметно снижается. В соответствии с этим при последующем отпуске стали скорость охлаждения можно контролировать, если использовать разные концентрации кремнезема. Этот эффект, без сомнения, связан с образованием изолирующего кремне­земного покрытия на горячей металлической поверхности [635].

Покрытие, предохраняющее сталь от коррозии, получается из смеси, состоящей из коллоидного кремнезема, соединений трехвалентного или шестивалентного хрома и катионов щелоч­ного металла, взятых в определенных соотношениях с после­дующим отвердением слоя [636].

Очень тонкий изоляционный слой может размещаться между металлическими проводящими слоями в слоистых много­канальных проводниках. Золь кремнезема наносится на са^ый нижний проводящий слой, после чего получается пленка тол­щиной 10 нм. Операция повторяется несколько раз с тем, чтобы все поры были затянуты, и верхний проводящий слой накладывается на такой непроводящий, лишенный пор слой. В кремнеземной пленке могут быть оставлены окошечки, если требуется наличие проводника между непроводящими слоями [637].

Изоляционные покрытия требуется также наносить на пла­стины из магнитной стали, применяемые в пластинчатых сердечниках трансформаторов. Робинсон [638, 639] изобрел составы для покрытий, в которых коллоидный кремнезем яв­ляется связующим для огнеупорных материалов, таких, напри­мер, как оксид магния. В другом типе покрытия, предназначен­ного для тех же целей, используются коллоидный кремнезем и фосфат аммония, причем к последнему Добавляется Р205 для проведения реакции с кремнеземом и связывания его со сталью [640]. Чистое кремнеземное покрытие наносится на сталь посредством добавления к коллоидному кремнезему желатина в качестве временного связующего в пропорции 1,5—3 ч. жела­тина на 8 ч. кремнезема. Этот состав, накладываемый в виде пленки, может затем нагреваться до распада желатина, и на поверхности стекла или металлов остается чистое кремнеземное покрытие. Улучшенное сцепление покрытия с металлами полу­чается в том случае, когда поверхность металла сначала покрывается пленкой коллоидного кремнезема. При последую­щем нагревании металла на воздухе пленка улучшается и образуется непроницаемое, хорошо сцепленное конечное покры­тие, способное снизить дальнейший процесс окисления металла при высокой теїмпературе и улучшить устойчивость против коррозии [641]. Декоративное покрытие получается на метал­лических изделиях следующим способом: сначала проводят анодирование поверхности в щелочном растворе, содержащем коллоидный кремнезем, при этом формируется очень тонкая, невидимая изоляционная пленка на определенных участках поверхности, образуя неразличимый узор; затем вводят сверху этого слоя блестящий никелевый электрод, благодаря чему удается проявить невидимые ранее узоры на обрабатываемой поверхности [642].

Устойчивые против коррозии покрытия могут получаться, если предусматривается последующее нагревание накладывае­мого на поверхность полимера для его расплавления или же превращения в непроницаемую пленку. По первому способу на металл наносится смесь из фенольной смолы и коллоидного кремнезема с добавлением полиолефинов, затем смесь расплав­ляется на поверхности [643]. Четвертичный аммониевый поли­силикат (Quram 200), смешанный с акрилэтиленовым сополи­мером и этиламином, прогревается на стальной подложке при 300°С, а затем прокаливается при 800°С в восстановительной атмосфере и образует черное, прочно сцепленное блестящее покрытие с хорошими изоляционными свойствами [644].

Фторуглеродное покрытие может быть нанесено на металл или на керамику совместно с метилцеллюлозой и коллоидным кремнеземом для получения хорошей адгезии [645]. В подоб­ных покрытиях для кухонной посуды, как правило, предусмат­ривается использование коллоидного кремнезема или полиси­ликата [646—648].

Для проводящих электрический ток покрытий, которые требуется использовать при повышенной температуре, в основ­ном применяют графит, связанный с коллоидным кремнеземом. Было предложено [649] использовать смесь кремнезема и гра­фита, взятых примерно в равных частях, для получения проводящей пленки на листах бумаги или асбеста, через кото­рые пропускается электрический ток, выделяющий тепло до 3 Вт на площади 1 см2. Электрическое сопротивление поверх­ности составляет 1,5—150 Ом/см2. Автор обнаружил впослед­ствии, что при нагревании такого покрытия при 150°С на него может наноситься клей из силиката натрия для склеивания с асбестовым покрытием без изменения исходного сопротив­ления [650].

В тканях из стекловолокна, используемых для нанесения типографских красок и чернил, требуется покрытие коллоид­ным кремнеземом либо в виде грунтового слоя [651], либо путем включения кремнезема в связующее вещество из органо - силана для нанесения пигмента [652].

При многослойных покрытиях на бумаге слой коллоидного кремнезема может действовать подобно резервному слою, сохраняющему вступающие в реакции соединения. Так, в чув­ствительных к давлению покрытиях основной кремнеземный слой удерживает соли меди и никеля, которые вступают в ре­акцию и образуют окрашивание, когда в выше расположенном слое под давлением разрываются оболочки микрокапсул, со­держащих дитиоамидоксим [653].