4.2. Исследование влияния ионогенных пав на формирование контактов микроструктуры глинистых дисперсий

В связи с тем, что большая часть глинистой составляющей в пресс-порошке представлена каолинами, а каолинит наиболее стабильный глинистый минерал, то целесообразно рассмотреть изменение микроструктуры каолинита при введении гидрофилизирующих и гидрофобизирующих добавок [66, 67, 68].

Как известно, каолинит представляет собой минерал пластинчатой микроструктуры с четко выраженной гексагональной поверхностью частиц размером 0,5–1 мкм [69]. Контакт между частицами каолинита осуществляется по границе раздела фаз – «угол–угол» [31].

На микрофотографии (рисунок 4.4) показано, что частицы каолинита соединены точечными контактами и образуют ультрамикроагрегаты. Размер ультрамикроагрегатов изменяется от долей до нескольких микрометров. Ультромикроагрегаты объединены в микроагрегаты. Данную микроструктуру каолина можно охарактеризовать как неравномерно агрегировано-коагулированную.

Рис. 4.4. Фотография микроструктуры дисперсии каолина.

Увеличение х 7 500

Образование данного вида микроструктуры, с позиций коллоидной химии, связано с особенностями адсорбции воды частицами каолинита на своей поверхности. При ее адсорбции частицы приобретают отрицательный заряд, образуя сольватно-пленочный слой воды [19, 31]. Соединяясь с ионами водорода воды, глинистые частицы нейтрализуют свой электрический заряд и укрупняются, образуя отдельные агрегаты.

Введение в каолиновую дисперсию гидрофилизирующих добавок: неионогенной – ОП–8 (рис. 4.5,а) и ионогенных С–3, «Пеностром» (рис. 4.5,б) приводит к разрушению микроагрегатов и изменению площади контакта отдельных частиц каолина. В результате образуется диспергированная микроструктура глинистых частиц.

При добавлении растворов анионактивных добавок в глинистые дисперсии происходит ионный обмен между "сорбированным комплексом" глин и катионом добавок.

И звестно, что катионы щелочных металлов обладают наименьшей коагулирующей способностью и вследствие этого замена иона Н⁺ ионом Na⁺ в глинистой дисперсии вызывает значительную диссоциацию ионогенной поверхности. Часть ионов натрия переходит в слой противоионов, и глинистая частица восстанавливает отрицательный заряд, частицы отталкиваются друг от друга.

Тогда как введение гидрофобизирующей добавки - метилсиликоната натрия в дисперсию каолина приводит к перезарядке части глинистых частиц по плоскостям, слипанию отдельных частиц по типу «базис–базис» и образованию агрегировано-коагулированной микроструктуры (рис. 4.6).

Р ис.4.6. Фотография микроструктуры дисперсии каолина

с гидрофобизирующей добавкой (метилсиликонат натрия).Увеличение х 7500

При увеличении массовой доли ионогенной добавки (т.е. при повышении концентрации ионов натрия) происходит коагулирование (слипание) глинистых частиц. Это объясняется тем, что увеличение концентрации ионов натрия в растворе способствует переходу натрия из диффузного слоя в структуру глинистой частицы. Электрический заряд глинистой частицы нейтрализуется, частицы слипаются, образуя агрегаты, как было представлено согласно научной гипотезе в разделе 1.3.

Таким образом, на процесс формирования микроструктуры сырца из каолиновых глин с химическими добавками определяющее влияние оказывает вид и количество диссоциирующих в воде ионов.

Представленные теоретические положения изменения микроструктуры каолина при использовании химических добавок подтверждены на прессованных образцах сырца из многокомпонентной шихты пресс-порошка для производства облицовочных керамических плиток. Как видно из микрофотографии сырца (рис. 4.7) после прессования (удельное давление 20 МПа) наблюдаются поры, сопоставимые с размерами микроагрегатов. Микроструктура образцов сырца без добавок достаточно неоднородна.

Ведение гидрофилизирующей добавки способствует тому, что пластичность глинистой дисперсной системы возрастает, так как вода адсорбируется на межплоскостных поверхностях частиц. И, как видно из рис. 4.8, контакт между частицами осуществляется по поверхности ребер и углов. В результате повышение гидрофильности глинистой составляющей дисперсной системы приводит к увеличению эффективной удельной поверхности твердой фазы, покрытой монослоем воды (см. табл. 4.5), что и способствует повышению плотности сырца.

Как было отмечено выше, при введении гидрофобизирующей добавки происходит соединение частиц каолинита друг с другом по базисным плоскостям и образованию ультрамикроагрегатов. Контакт между ультрамикроагрегатами осуществляется по типу «ребро–ребро». То же самое наблюдается в дисперсии пресс –порошка с гидрофобизирующей добавкой (рис. 4.9).

Рис.4.9. Фотография микроструктуры отформованного образца