Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1. Современные представления теории агрегативнои устойчивости дисперсных систем (ДЛФО) 7
1.2. Агрегативная устойчивость латекса и гидрозоля кремнезема 14
,1.3. Гетерокоагуляция 17
1.4. Композитные частицы 27
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА 31
2.1. Объекты исследования и реактивы 31
2.2. Методики эксперимента 32
2.2.1. Характеристика исходных золей 32
2.2.2. Определение электрофоретической подвижности 34
2.2.3. Электролитная коагуляция 34
2.2.4. Реологические исследования 37
2.2.5. Измерение поверхностного натяжения 38
2.2.6. Методики приготовления латексных пленок и покрытий 38
2.2.7. Методики испытаний латексных пленок и покрытий 39
2.2.8. Электронная микроскопия 39
2.3. Свойства исходных золей 40
ГЛАВА 3. АГРЕГАТИВНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ РАЗБАВЛЕННЫХ СИСТЕМ 43
3.1. Устойчивость исходных золей в присутствии электролита 43
.3.2. Устойчивость бинарных смесей в присутствии электролита 49
3.3. Потенциальные кривые взаимодействия частиц 56
3.4. Взаимодействие частиц кремнезема со стабилизатором латекса . 60
ГЛАВА 4. УСТОЙЧИВОСТЬ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СИСТЕМ. СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ 66
4.1. Структурно-механические свойства исходных золей 66
4.2. Структурно-механические свойства бинарных систем 68
4.3. 'Механизм структурообразования 77
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ГИДРОЗОЛЯ КРЕМНЕЗЕМА НА УПРУГО-ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАТЕКСНЫХ ПЛЕНОК И ПОКРЫТИЙ 82
5.1. Латексные пленки 82
5.2. Латексные покрытия 86
5.3. Пористый кремнезем 88
ВЫВОДЫ 92
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 94
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время большое внимание в мировой научной литературе уделяется нанокомпозитным органо-неорганическим материалам [1]. Гетерокоагуляция является одним из перспективных и активно исследуемых способов получения подобных материалов и, в частности, гибридных наночастиц различного вида (ядро-оболочка, малиноподобные, полые и др.). Гетерокоагуляция в этих случаях проводится в смешанных (бинарных) дисперсных системах с сильно различающимися по размеру (в 10 раз и более) частицами органической и неорганической природы, например синтетического латекса и гидрозоля кремнезема. В результате на поверхности более крупных частиц одного вида формируется слой из более мелких частиц другого вида. Ключевым моментом регулирования свойств таких смешанных дисперсных систем является агрегативная устойчивость, определяемая балансом сил притяжения и отталкивания между частицами дисперсной фазы.
Цель работы заключалась в выявлении коллоидно-химических закономерностей изменения агрегативной устойчивости бинарных смесей синтетических латексов и гидрозолей кремнезема, частицы которых обладают одноименным (отрицательным) поверхностным зарядом, а также особенностей золь-гель процессов в таких системах. Решение поставленной задачи потребовало комплексного исследования:
• закономерностей электролитной коагуляции индивидуальных золей (латексов и гидрозолей кремнезема);
• влияния соотношения размеров и концентрации частиц, рН среды, вида стабилизатора латекса, концентрации электролита на закономерности электролитной коагуляции в бинарных системах;
• гетерокоагуляции и структурно-механических свойств концентрированных бинарных смесей;
• влияния нанодисперсного кремнезема на упруго-прочностные показатели латексных пленок и покрытий.
Научная новизна. Разработаны коллоидно-химические основы получения гибридных органо-неорганических композитных частиц в бинарных золях коллоидного кремнезема и синтетического латекса, частицы которых имеют одноименный заряд поверхности. Установлено, что в смешанных системах в присутствии электролита происходит гетерокоагуляция более мелких частиц кремнезема на поверхности глобул полимера с образованием гибридных наночастиц типа ядро-оболочка. Следствием образования гибридных частиц с диаметром 100 нм и выше является переход бинарного концентрированного золя в гель.
Практическая значимость работы. Проведенные исследования позволяют обосновать рекомендации по различному применению коллоидного кремнезема в качестве активной добавки при получении композитных материалов на основе синтетических латексов. Испытания показали, что введение небольших количеств (уже до 1 мас.%) нанодисперсного кремнезема в синтетический латекс приводит к увеличению прочности пленок без уменьшения их эластичности, а также увеличивает твердость покрытий. Гели, образующиеся в бинарных системах этих золей, могут быть использованы как прекурсоры при получении пористого кремнезема.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из пяти глав. В первой главе представлен анализ литературы по гетерокоагуляции (теория ДЛФО и экспериментальные исследования). Обобщены литературные данные по получению нанокомпозитных частиц и новых материалов на их основе. Во второй главе дана характеристика объектов исследования и приведены методики эксперимента. Третья глава посвящена исследованию агрега-тивной устойчивости в присутствии электролита индивидуальных золей и их бинарных смесей, а также приведены результаты модельных расчетов потенциальных кривых взаимодействия по теории ДЛФО для всех возможных взаимодействий в смешанных системах, исследованных в работе. В четвертой главе представлены результаты исследования структурно-механических свойств концентрированных бинарных смесей, структурообразования в присутствии электролита. Предложен механизм структурообразования в бинарных системах нанодисперсного кремнезема и синтетического латекса. Пятая глава содержит результаты исследования влияния нанодисперсного кремнезема на упруго-прочностные свойства латексных пленок и покрытий. Также в этой главе приведены данные по пористому кремнезему, полученному при термической обработке гелей не основе бинарных смесей золей полимера и кремнезема.
