Введение к работе
Актуальность. Диоксид циркония является основой или одним из ком-нентов многообразных оксидных композиций: керамика различного незнания, композиты, стекла, волокна, мембраны, термостойкие и оптические крытия и т. д. При этом одной из основных тенденций в развитии техно-гии этих материалов, особенно в последнее десятилетие, является широ-е использование эоль-гель процессов. Возможности этой технологии зна-тельно расширяются при использовании алкоксидов металлов в качестве ходных веществ.
Расширению сфер применения золь-гель процессов в значительной ые-способствует разработка технологии и промышленное производство кон-нтрированных золей оксидов металлов. Убедительным доказательством заявляется огромное количество областей применения концентрированных црозолей диоксида кремния, промышленное производство которых в мире воено, а коллоидно-химические свойсва достаточно хорошо изучены.
Примеры применения золь-гель процессов для получения материалов основе диоксида циркония довольно многочисленны, особенно С ИСПОЯЬЗО-нием солей циркония. Предложен и ряд методов синтеза гидрозолей диок-ца циркония, базирующихся на гидролизе его солей. Значительно хуже изучи коллоидно-химические свойства гидрозолей диоксида циркония и прак-^ески отсутствуют разработанные методы синтеза гидрозолей диоксида экония, базирующиеся на использовании алкоксидов. Между тем, целенап-эленный синтез оксидных композиций с использованием золь-гель процее-з практически невозможен без знания коллоидно-химических свойств высо-іисперсинх форм диоксида циркония (агрегативная устойчивость, электро-зерхостные свойства, вязкость и т.д.). Необходима и разработка методов ітеза концентрированных гидрозолей диоксида циркония, поскольку исполь-зание готовых золей в большинстве случаев значительно облегчает разра-гку эоль-гель процесса получения того или иного материала.
Цель работы заключалась в разработке методов синтеза гидрозолей іксида циркония, базирующийся на гидролизе алкоксида циркония, и иссле-іании их коллоидно-химичесикх свойств. Для достижения поставленной, це-.необходимо было пятить сляпуипие залаии^
осуществить выоор алкоксида циркония и методики его синтеза;
определить растворимость синтезируемого алкоксида циркония в препаноле найти условия, обеспечивающие получение достаточно концен-рованных растворов;
найти условия гидролиза и определить оптимальную концентрацию билизатора, обеспечивающие получение агрегативно устойчивых гидрозолей
осуществить выбор способа получения концентрированных гидроэол
исследовать агрегативную устойчивость синтезируемых гидрозолей
изучить электроповерхностные свойства частиц гидрозолей;
~ определить вязкость золей, фазовый состав и размер частиц;
- исследовать золе- и гелеобразоваяие при контролируемом гидролм
алкоксида циркония.
Научная новизна. Разработаны три новых метода синтеза концентрир ванных гидрозолей диоксида циркония, базирующихся на гидролизе изопропоксида циркония. Показано, что эти методы позволяют получать гидрозол с положительно заряженными частицами, отличающимися по фазоваму состав и дисперсности. Определена оптимальная концентрация стабилизатора.
Установлено, что фазовый состав и размер частиц гидрозолей диокс да циркония определяется условиями гидролиза изопропоксида циркония. Гидролиз в растворе ведет к формированию кристаллических частиц оксида гидролиз твердого сольвате изопропоксида позволяет получать золи с амо ними рыхлыми частицами; введение ацетатных групп в состав молекулы алкоксида способствует получению золей, обладающих свойствами раствора н "органического полизлектролига. Покапана возможность получения из золей самодиспергирущихся порошков и гелей.
Измерена электрофоретическая подвижность чг.стиц гидрозолей при р личных концентрациях азотной и уксусной кислот в отсутствии и в присут ствии электролитов с одно- и двухэарядными анионами. Показано, что заряд частиц исследуемых золей в кислой среде обусловлен поверхностными катионами циркония.
Измерены критические концентрации для электролитов с друхзарядны
Шшонами. Найдена, что в отсутствие специфической адсорпции анионов на
частицах золя, исследуемые золи ведут себя подобно лиофильным систємгім
На основании совокупности полученных данных показано, что основная рол
в обеспечении агрегативной устойчивости исследуемых золей принадлежит
адсорбционно-оольватному фактору. . -
Определена вязкость и плотность гидрозолей. НаЯпеНЫ УСЛОВИЯ , поз воляицме получать золи диоксида циркония с широкой гаммой реологкчєсія; свойств (от ньотовских жидкостей до структурированных токсотропных сие тем).
Найденії условия контролируемого гидролиза, позволяющие получать : ли, монолитные гели и высокодисперсные порошки диоксида циркония.
Получении данные о влиянии уксусной кислоты на растворимость изі пропоксида циркония в изопропаноле.
арктическая ценность; Разработайте научные, основы, синтеза гидрозо-!Й диоксида циркония позволяет обеспечить целенаправленный выбор мето-i синтеза золя со свойствами, требуемыми для получения того или иного сериала золь-гель методом (монолитный образец, пористое или плотное срытие, высокодисперсный порошок и т.д.).
Полученные данные о коллоидно-химических свойствах гидрозолей ди-:сида циркония создают условия для синтеза многокомпанентных компози-ій с прогнозируемыми свойсвами в плане агрегативной устойчивости, элкт-товерхностных свойств и т.д. Например, можно полагать, что введение ітратов легирующих элементов в исследуемые золи не вызовет коагуляции золь с добавками сохранят агрегативную устойчивость.
Предварительные испытания синтезируемых золей в золь-гель процессах, ілучения термостойких и оптических покрытий дали положительные резуль-
1ТЫ.
Апробация работы: Результаты работы докладывались на четвертой ісковской конференции молодых ученых и студентов по химии и х'иыической ;хнологии "МКХТ-90" и обсукдались на коллоквиумах кафедры коллоидной ший МХТИ им. Д.И.Менделеева.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Структура и об-ьем работы. Диссертация состоит из введения, литера-фного обзора, экспериментальной части, включающей пять глав, выводов, іиска литературы (105 названий), приложения. Работа включает 35. таблиц 44. рисунка . Общий объем диссертациии196 стр.