ХИМИЯ КРЕМНЕЗЕМА

ХИМИЯ КРЕМНЕЗЕМА

Айлер Р.

Термин «коллоидный кремнезем» в данной монографии отно­сится к стабильным дисперсиям или золям, состоящим из диск­ретных частиц аморфного кремнезема. Такое определение иск­лючает растворы поликремневых кислот, в которых полимерные молекулы или дастицы настолько малы, что оказываются не - .стабильными. ^Растворы поликремневых кислот, обычно полу­чаемые подкислением растворов силиката натрия, гидролизом j сложных эфиров или галоидных соединений кремния при обыч - і ных температурах, были рассмотрены в гл. 3 как стадия, пред - [ шествующая образованию коллоидных кремнеземных частищ)

Стабильные концентрированные золи кремнезема, отличаю­щиеся от геля и не выпадающие в осадок в течение по крайней мере нескольких лет, стали доступными с 1940 г., после того, как был найден способ приготовления однородных коллоидных частиц, больших по размеру, чем нм, и стабилизированных при оптимальном количестве основания.

Когда Вейл [1] в 1925 г. и Тредвелл и Виланд [2] в 1930 г. рассматривали проблему коллоидного кремнезема, золи кремне­зема с содержанием более 10 % БіОг были редкостью, причем подобные золи не были устойчивы по отношению к процессу гелеобразования. В 1933 г. Гриссбах [3] в своем обзоре сооб­щил о том, что 10%-ный золь, стабилизированный аммиаком, был приготовлен фирмой ИГ Фарбениндустри АГ. В 1941 г. Бёрд [4] запатентовал способ удаления щелочи из разбавлен­ного раствора силиката натрия. Использовалась ионообменная смола в водородной форме. Для стабилизации кремнезема пов­торно добавлялось небольшое количество щелочи и проводилось концентрирование системы выпариванием воды при нагревании. Теперь мы знаем, что при подобных условиях частицы кремне­зема могут вырастать до 5—10 нм. В 1945 г. Уайт [5] запатен­товал способ вымывания солей из кремнеземного геля, приго­товленного подкислением раствора силиката натрия. Гель про­питывали щелочным раствором и нагревали до такой степени, чтобы большая его часть пептизировала в золь. Обычно такими, способами получали золи с содержанием 15—20 % SiC>2, по крайней мере временно стабилизированные против гелеобразо - вания или выпадения в осадок. В 1951 г. Бечтольд и Снайдер

[6] впервые разработали способ приготовления однородных и регулируемых по размеру коллоидных частиц кремнезема. Рул

[7] определил оптимальные концентрации щелочи, требуемые для стабилизации системы при ограниченном содержании при­месей электролитов. В книге, опубликованной в 1954 г., Айлер

[8] привел исторический обзор развития данной области химии кремнезема и обобщил достигнутые к тому времени успехи. Даль­нейшие усовершенствования, предложенные Александером [9] в отношении контролирования размеров частиц, степени агреги­рования, чистоты и оптимальной концентрации стабилизирующей щелочи, дали возможность получать устойчивые зблй с размером частиц <~8 нм, с содержанием кремнезема более 30 %. В рабо­тах [10, 11] были запатентованы способы приготовления ста­бильных прозрачных водных золей, содержащих до 50 масс.% Si02 и имеющих размер частиц 20—25 нм. Для стабилизации си­стемы вводили оптимальное количество щелочи, а для пони­жения вязкости (без нарушения устойчивости) добавляли до­статочное количество соли.

Золи с размером дискретных частиц 300 нм и более, обра­зующие осадок при стоянии, приготовляли автоклавной обработ­кой смеси влажного геля кремнезема с основанием при давле­нии выше атмосферного с последующим помолом незначительно агрегированных частиц в коллоидной мельнице [12а].

Таким образом, за прошедшие 30 лет были разработаны спо­собы приготовления дискретных стабилизированных частиц кремнезема во всей области коллоидных размеров, что позво­лило организовать выпуск концентрированных технических золей.

Нэпер и Хантер [126] написали обширный обзор по спосо­бам приготовления и свойствам «гидрозолей».