Управление тиксотропными свойствами водных суспензий, содержащих гидрофильные и гидрофобные компоненты - T. V. Krupska; V. M. Gun'ko; I. S. Protsak; M. T. Kartel; V. V. Turov (Хімія, фізика та технологія поверхні)
Целью работы был поиск коллоидных систем, в которых максимально проявляются эффекты взаимодействия воды с поверхностью твердой фазы и микрокоагуляция, а также разработка способов регулирования тиксотропных свойств за счет включения в водную коллоидную систему твердых и жидких гидрофобных веществ. Методами низкотемпературной 1Н ЯМР-спектроскопии и электронной микроскопии изучено состояние воды, определены ее термодинамические параметры, в частности, величины межфазной энергии для концентрированных коллоидных систем, созданных на основе гидратированных смесей гидрофобных веществ (полиметилсилоксан и метилкремнезем) и высокодисперсного пирогенного кремнезема марки А-300. Установлено, что в условиях высокой гидратированности поверхности межфазная энергия воды, определяющая тиксотропные свойства концентрированных суспензий, обусловлена в первую очередь строением межчастичного пространства, в частности эффектом микрокоагуляции и влиянием поверхности на формирование упорядоченной сетки водородных связей воды в адсорбционном слое. Для смесей 1/1 кремнеземов А-300 и АМ1 межфазная энергия взаимодействия с водой оказалась почти в 10 раз выше, чем для исходных кремнеземов, однако визуально эффект микрокоагуляции проявляется плохо ввиду близкой формы частиц используемых оксидов. Аналогичные эффекты роста межфазной энергии проявляются и для смесей А-300+ПМС. Для этой смеси электронной микроскопией выявлен также эффект микрокоагуляции, величина которого максимальна для композитной системы, приготовленной без использования больших механических нагрузок. Поскольку твердый ПМС имеет большую поверхность по сравнению с нанокремнеземом А-300, вода, заполняющая межчастичные зазоры ПМС, находится в виде кластеров относительно меньшего радиуса, чем в А-300. При этом гидрофильность (гидрофобность) материала не является определяющей для поверхностной энергии кластеров воды. С другой стороны, если сильно гидратированные порошки ПМС (или АМ1) и А-300 поместить в гидрофобную среду слабополярного CDCl3, то последний легко диффундирует в межчастичные зазоры гидрофобного ПМС, вытесняя воду в поры большего радиуса и значительно труднее – в межчастичные зазоры гидрофильного А-300, что проявляется в сильной зависимости величины ?S от среды для ПМС и слабой для А-300. Чем сильнее добавки жидкого гидрофобного агента уменьшают величину межфазной энергии, тем в большей степени уменьшаются тиксотропные свойства композита. Наиболее перспективным тиксотропным агентом можно считать смеси гидрофобных и гидрофильных порошков, насыпная плотность которых не превышает 200 мг/см3, поскольку они обладают максимальной величиной межфазной энергии и в них проявляется эффект микрокоагуляции.