Аэросил

Чт, 06/19/2014 - 16:37

ФИЗИКО-МЕХАНИКА

Первичные частицы ПНК — непористые сферические «шарики».


Рис.5. Малая щепотка ПНК — порядка 2-3 мас% (справа на СД-диске) способна загустить жидкую прозрачную смолу (чашечка в левом верхнем углу) до консистенции масла, и сделать ее мутно-белой. Естественно, меняются и свойства после отверждения

Рис.6. Модифицированный гидрофобными-водоотталкивающими веществами ПНК не тонет в воде, а плавает (аэросил АМД, слева), тогда как немодифицированный легко смачивается и оседает в воде (в центре)

Рис.7. Даже визуально гидрофобный (слева) и исходный (справа) нанокремнеземы отличаются

Рис.8. Счистить исходный ПНК с пластиковой поверхности легче легкого

Частицы аэросила так малы, что их не увидеть не только глазом, но и в самый мощный микроскоп. Так, в электронный или атомно-силовой микроскоп можно разглядеть преимущественно скопления первичных частиц — агрегаты (рис.2, рис. 10). Глазом же видны лишь агломераты — скопления агрегатов. Неудивительно — ведь размер частиц ПНК составляет 5-50 нм, т.е. миллиардные доли метра.

Высокая поверхностная энергия частиц ПНК не позволяет им «засиживаться в одиночестве» и они моментально кучкуются (рис.2, рис.10). Это можно видеть и из интересного визуального эксперимента — полностью высыпать нанокремнезем из стеклянного стакана невозможно: часть остается на стенках. Но этого мало — даже когда рукой или шпателем вы попытаетесь его счистить со стенок, он не удалится, а перелетит на соседнее место (рис.9). Если же частицы ПНК гидрофобизовать, на стекле он не задержится, но теперь его уже никак не счистить с поверхности пластмасс (рис.9). Эти необычности обусловлены его чрезвычайно развитой удельной поверхностью, достигающей до 500-600 м2/г. Проще говоря, в одном грамме ПНК метраж поверхности такой же, как в нескольких многокомнатных квартирах. А мешок аэросила весит всего 4 кг (рис. 4): свойства аэросилов обуславливают их чрезвычайно малую насыпную массу.

Важное свойство нанокремнеземов и их отличие от силикагелей (по химическому составу аналогичных с ПНК) — они не образуют устойчивых пористых структур, т.е. не «слипаются навсегда». Пористость у них есть, но она обусловлена образованием временных структур — агрегатов, слипающихся в агломераты. Перемешивание разрушает эти структуры, вместо которых сразу образуются новые.

Это обуславливает трудности в его использовании. Например, было бы неплохо равномерно распределить наночастицы такими замечательными свойствами в красках или пластмассах. Но не выходит — они агрегируются даже после мощной ультразвуковой обработки. В итоге наполнение получается неравномерным.

Несмотря на агрегацию, частиц ПНК так много, что уже при 2-3 мас% в смолах, маслах и даже воде (при 5-7%) они приводят к загустеванию композиции (рис.5). Эффект примерно такой же, словно в жидкость ввели огромное количество микропророшка (мела, опилок, глины и др). При дальнейшем наполнении, ПНК приводят к образованию «пластилинов», включающих густые агломераты, иногда едва смоченные жидкой фазой (рис. 3).

Отвержденные пластмассы с ПНК приобретают другие свойства — например, прочность и химическая стойкость их может повышаться на 20-40%. При этом изменяется их пластичность и характер разрушения — например, эпоксидный полимер при сжатии перестает бочковаться (как сжимаемый пластилин) и начинает трескаться подобно хрупкому стеклу (рис. 5, рис. 9).

Эта особенность (плюс дороговизна) ПНК привели к тому, что в больших количествах (для наполнения) его используют редко, зато в качестве загустителей, замутнителей и модификаторов свойств, а также в качестве медсорбентов его используют уже десятилетиями.

ХИМИЯ: ИНЕРТЕН, НО СПОСОБЕН К РЕАКЦИЯМ НА ПОВЕРХНОСТИ

ПНК довольно инертны химически, хотя их поверхность и имеет весьма кислую реакцию — рН 2,3-2,5 (рН 7 считается нейтральным, такое у воды, рН 1-2 — у растворов кислот, рН 9-11 — у щелочей и мыл). Подобно стеклам, аэросилы могут растворяться в крепкой щелочи (выщелачиваться) и взаимодействовать с плавиковой (фтороводород) кислотой.

Другие материалы рубрики


  • В независимости от половой принадлежности, места жительства и социального статуса, причиной смерти подавляющего числа людей после окончания периода активного роста становятся, как правило, одни и те же болезни. По данным ВОЗ, это сердечно-сосудистые болезни (инсульты, инфаркты), онкологические и связанные с нарушением и ослаблением иммунитета. И хотя причины естественного ухода из жизни у всех людей одинаковы, величина жизненного пути у каждого из нас может существенно отличаться, очень сильно завися от внутренних факторов, порождаемых факторами внешними.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Алмаз (англ. diamond; нім. diamant) — минерал класса самородных неметаллов, ценился во все времена и у всех народов. Каждая из древних цивилизаций награждала его своим именем. Греки называли его «адамас» или «адамантос» (непобедимый); римляне — «диамонд»; арабы — «алмас» (наитвердейший); древние евреи — «шамир»; индусы — «фарий». Английское название diamond происходит от латинского слова adamantem и его распространенной формы adiamentem. В русском языке арабское название «алмаз» было окончательно утверждено Афанасием Никитиным («Хождение за три моря», 1466-1472 г.г.). В украинском языке закрепилось древнеримско-греческое имя камня — «адамант», упоминаемое еще в 1705 г. в лекции «Про камені та геми» Прокоповича Феофана.
    Впервые алмазы были обнаружены в россыпях в Индии еще до нашей эры (5000 лет назад) и разрабатывались на протяжении многих веков. Легендарные копи Голконды дали миру почти все известные с древнейших времен алмазы, такие как «Кохинур», «Шах», «Орлов» и другие. К XVIII веку индийские копи истощились, однако вскоре новые месторождения были обнаружены на всех континентах, давая пищу все новым легендам и фактам.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Впервые поливинилхлорид был получен в лабораторных условиях в 1835 году французским горным инженером-химиком Анри Виктором Реньо. Реньо, получивший раствор винилхлорида, случайно обнаружил, что со временем в нем образовался белый порошок. Ученый провел с порошком различные опыты, но не получил интересных результатов (ведь ПВХ очень инертен, за что его сейчас и ценят), и пионер полимерного синтеза утратил интерес к случайно открытому им веществу. Спустя почти полвека, в 1878 г., продукт полимеризации винилхлорида впервые был исследован более подробно, но лишь в 1913 году немецкий ученый Фриц Клатте получил первый патент на производство ПВХ. Клатте и считается основоположником промышленного производства ПВХ. Предполагалось использовать трудновоспламеняемый поливинилхлорид вместо вошедшего тогда в моду (одного из первых) тоннажного полимера — целлулоида. Из-за войны начавшееся было производство ПВХ было приостановлено.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...Остановимся чуть детальнее на последнем определении понятия «химический элемент». Периодические попытки дать более полное (или правильное) определение понятия «элемент» вновь привели к тому, что толкование этого определения произведено через то, что растолковывается. Еще раз обратимся к формулировке: «Химический элемент – тип атомов, имеющих …. элемента». Это равносильно следующему: «человек – живое существо, обладающее свойствами человека». Безусловно, это неправильно. Кроме того, если есть тип атомов, что тогда может подразумеваться под видом атомов? А такое смешение понятий имеет место быть. Согласитесь, различие должно существовать, но путаница в точной науке недопустима...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Химический элемент XVIII века коренным образом отличался от элемента древности и средних веков. Одним из первых, кто более глубоко подошел к проблеме элементов, был М.В. Ломоносов, который ввел понятие о «начале», отличающемся от простого тела. Это «начало» он пояснял так: «Через химию известно, что в киновари есть ртуть…, однако в киновари ртути ни сквозь самые лучшие микроскопы видеть нельзя; но всегда в них тот же вид кажется». И далее: «В киновари имеется «начало» ртуть, но нет простого тела, металла ртути как такового». Это «начало» теперь называется элементом. Химический элемент не есть простое тело. В 1741 г. ученый формулирует первый постулат — элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших тел и различных между собой. Однако найти разницу между элементом и атомом он так и не смог. Сложной задачей это оказалось и для последующих поколений химиков, в чем мы далее убедимся.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Чтобы понять, чем замечательны нановолокна, разберемся сначала с обычными углеродными нитями. Все углеродные волокна можно разделить на несколько типов в зависимости от того, как и из чего они сделаны (рис. 1). (Впрочем, сейчас более принято их классифицировать по механическим свойствам.)
    Самый очевидный способ производства — обугливание натура

    льного или синтетического текстильного волокна без доступа воздуха. Так можно обработать лен, хлопок и нейлон, однако в практику вошли углеродные волокна на основе вискозы и полиакрилонитрила (ПАН). ПАНволокна — абсолютные лидеры, их доля в мировом производстве составляет 80%. Их толщина, естественно, примерно равна толщине исходного текстильного волокна (около 35 мкм), а свойства зависят в первую очередь от параметров обугливания, которое происходит в несколько этапов и завершается отжигом в вакууме или атмосфере инертного газа при 2000-30000С.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Плавленым сырком традиционно называют у нас плавленый сыр. Уменьшительно-ласкательный суффикс словно подчеркивает, что он младший брат обычного твердого сыра. Так ли это и чем он похож на сыр обычный, чем от него отличается и что такое плавленый сыр вообще? Как он изменился в последние годы и все ли плавленые сыры стоит называть сырами? Какие странные компоненты в них можно найти и как выбрать «правильный» плавленый сырок?
    Полка с плавлеными сырами в хорошем магазине выглядит так, будто на ней выставлены не продукты, а игрушки. Этикетки всегда яркие, цепляющие глаз. А формы?! Пожалуй, нет другого продукта, который бы выпускался в столь разных упаковках.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ПЭТ — тара. Пластиковые бутылки. Этот предмет настолько прочно вошел в наш обиход, что без него невозможно представить нашу жизнь. Ведь массовое распространение пластиковая бутылка на постсоветском пространстве приобрела не так давно. Когда бутылка была еще сравнительным дефицитом — она встречалась только как тара для напитков или бытовой химии. Пластиковая бутылка была диковинкой.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Один из главных претендентов на «мировое господство», который наверняка вскоре потеснит полиолефины в потреблении — поликарбонат (ПК). Этот «юноша» полимерной отрасли появился недавно (в конце 20 века). Но претендует ни много ни мало на роль… заменителя оконного, авто- и прочего стекла! Данная ниша в середине прошлого века вроде бы нашла своего героя — полиметилметакрилат.
    Но не все так просто. ПММА, ПА и другие полиакрилаты (посложнее и подороже) обнаружили «маленький, но ужасный» недостаток: они очень быстро царапались и мутнели в нормальных условиях. На волне ажиотажа по замене оконного стекла на ПММА было поставлено немало плексигласовых окон, автовставок и приборных крышек. Ну и где они сейчас? В лучшем случае доживают свое в зданиях «времен Брежнева и позднего СССР» — исцарапанные, изборожденные «трещинами серебра» ...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4