Основные виды продукции получаемые золь-гель методом Продукция Описание

Основные виды продукции, получаемые золь-гель методом Продукция Описание, свойства Покрытия Высокая гомогенность, получение оксидных покрытий Волокна Возможность получить вытяжку из раствора, возможность избежать высокой температуры плавления, возможность вытяжки волокон из экстремально высокотемпературных оксидов, чистота (оптические волокна) Порошки Моноразмерные сферические частицы, более низкая температура получения спеченных керамических масс, исключение процесса измельчения, получение высокодисперсных порошков, обладающих пористой структурой Монолиты Пластины, стержни, трубки, более низкие температуры процесса, чистота Пустотелые сферы Специальные оболочки для ядерного топлива (дейтерий, тритий) Пористые продукты. Подложки для катализаторов, узкое распределение пор (т. е. возможность получения материала с одинаковым размером пор) Ормосилы, ормокеры Смешанные (органо-неорганические) модификаторами сетки с органическими и неорганическими

Стадия 1. Формирование золя. • Наиболее часто используют жидкие алкилпроизводные кремниевых кислот, такие как Si(OR)4, где R — группы — СН 3, — С 2 Н 5 или — С 3 Н 7. В результате гидролиза и поликонденсации происходит образование золя. • Гидролиз и конденсацию алкилпроизводных кремниевых кислот описывают три реакции:

• Наиболее часто для получения геля кремниевой кислоты используются растворы силиката натрия. Гидролиз силиката натрия можно описать уравнением: • Na 2 Si. O 3 + 3 H 2 O = Н 4 Si. O 4 + 2 Na. OН, • или в ионном виде: • Si. O 32– + 3 H 2 O = Н 4 Si. O 4 + 2 OН–. • Выделяющаяся в результате реакции гидролиза слабая кремниевая кислота H 4 Si. O 4 содержит в своём составе силанольные группы , способные к реакции поликонденсации с образованием силоксановых связей. В процессе поликонденсации образуются заполимеризованные кремниевые кислоты:

• Стадия 2. Формование • Золь заливают в форму. Материал формы выбирают таким образом, чтобы он не взаимодействовал с компонентами коллоидно – кремнезёмной системы. • • Стадия 3. Образование геля • Образование геля — превращение свободнодисперсной системы (золя) в связнодисперсную. Образованию геля предшествует повышение вязкости системы. Продукты гидролиза (вода, спирт, соли) остаются в трехмерной пространственной структуре геля. На ранних стадиях процесса, когда система сохраняет вязкотекучие свойства, из гелей можно формовать основу волокнистых материалов.

Стадия 4. Старение (созревание) геля • Состояние жидкости в гелях непрочное. Они сравнительно легко изменяют свой объем при поглощении или отдаче дисперсионной среды. С течением времени из геля самопроизвольно выделяется жидкая фаза и объем геля уменьшается. Это явление называется синерезисом, или старением геля. • Стадия 5. Сушка • Сушка — удаление жидкости из пространственной структуры геля. На стадии сушки капиллярные силы приводят к растрескиванию пространственной структуры геля. • Размеры пор можно регулировать химической обработкой геля. Условия проведения сушки в значительной степени влияют на свойства ксерогелей.

Стадия 6. Дегидратация • На этой стадии происходит дегидратация кремнезема путем удаления поверхностных силанольных групп. Одним из способов дегидратации является обработка геля хлорсиланом с целью химического замещения силанольных групп кремнезема. Реакция протекает по схеме: • • CI≡Si (CH 3) 3 + ≡Si OH > ≡Si 0 Si≡(CH 3 ) 3 + HCI • • При 400 800 °С НСl десорбируется. Разложение кремнийорганических соединений происходит при температуре > 400 °С, а при проведении процесса ниже 400 °С дегидратация полнос тью обратимая.

Параметры и свойства мелкодисперсного кремнезема зависят от следующих факторов • концентрации коллоидного состава диоксида кремния по отношению к водной, водно спиртовой или иной дисперсионной среде; • размеров частиц дисперсии кремнезема, формирующихся с помощью пневмоакустического распылителя; • энергетических параметров нагревателя, обеспечивающего необходимые условия сушки или гелеобразования (остеклования) мелкодисперсного аэрозоля кремнезема.

Микрофотографии образцов мелкодисперсных сферических частиц кремнезема: а – вскрытая полая частица с монолитными стенками; б – вскрытая полая частица с микропористыми стенками; в - мелкопористый шарик; г – чешуйчатая пористая частица

Распределение частиц кремнезема в диапазоне 4 -8 мкм.