68. Хімічні реакції в поверхневому шарі твердих речовин.

При решении задач по созданию эффективных композиций различной химической природы часто применяется метод направленного изменения свойств поверхности. Этим достигается обеспечения необходимого уров­ня взаимодействия при получении.

Для направленного изменения свойств поверхности твердых тел широко используются поверхностно-активные вещества (ПАВ ). При этом возможны как адсорбция ПАВ на поверхности ,так и их химическое вза­имодействие с активными группами поверхности.

То или иное химическое соединение может проявлять поверхностную активность в том случае, если в его молекуле имеется полярная груп­па и достаточной большой неполярный углеводородный радикал или

несколько полярных груп углеводородными радикалами . Иными словами, необходимо проявления поверрхностной актив­ности является дифильность молекулы. Поверхностная активность веще­ства зависит от гидрофильно- липофильного баланса ( ГЛБ), характери­зующего соотношение полярных и не полярных групп i молекуле. Значение ГЛБ определяется суммой вкладов отдельных гидрофильных ( )

и липофильных ( ) групп, входящих в молекулу:

Вклад липофильной группы ( ) равен

0,475, вклады гидрофильных групп имеют следующие значения:

Группа 21,1 19,1 2,4 1,9 1,3

ПАВ применяются для улучшения смачиваемости поверхности твер­дого тела жидкой фазой, облегчения диспергирования за счет проявле­ния эффекта Ребиндера и стабилизации ( повышения агрегатной и кинетической устойчивости ) наполненных дисперсий.

Смачиватели - это низкомолекулярные истинно или калоидно растворимые ПАВ применяемые в концентрациях, при которых они не образуют структуры ни в растворе, ни в адсорбированных слоях.

Диспергаторы - это истинно или коллоидно-растюримые ПАВ (мол.масса 300-1000) с достаточно сильными функциональными группами и неразветвленными или слабо разветвленными углеводородными цепями, слабо структурированные в растворах и адсорбционных слоях, спо­собных проникать в микротрещины и оказывать расклинивающее действие.

Наибольшее стабилизирующее действие проявляется у коллоидно- растворимых ПАВ с молекулярной массой более 3000, способных образо­вывать структуры как в растюрах, так и в адсорбционных слоях. Обра­зованию пространственных структур способствует наличие в молекуле нескольких функциональных групп.

При регулировании свойств поверхности наиболее эффективны ПАВ, хемосорбирующиеся на поверхности наполнителей и пигментов. Необходимое количество ПАВ определяется расчетным путем или экспери­ментальными методами. Степень адсорбционной насыщенности поверхности при этом должна быть не менее 70/.

Взаимодействие таких ПАВ с поверхностью твердых тел протекает при участии ее химически активных групп. Особенно это характерно для кремнийорганических модификаторов.

Их взаимодействие с поверхностью различных материалов протекает преимущественно с образованием химической связи по реакциям, характерным для группировок

Реакция силанов с поверхностными гидроксилами, связанными с атомами кремния в силикатак (тальк, мусковит, хризотил-асбест), алюмосиликатах (каолин, вермикулит, перлит) стекле; осуществляется по схеме ангидритоконденсации двух силанольных групп:

Взаимодействие силанов с поверхностью оксидов металлов идет с образованием металлосилоксановой связи по схеме получения силанолятов металлов:

Где

Подобным образом силанольные группы реагируют с металлами ( ) за счет ОН-групп их окисленной поверх­ности.

При наличии на поверхности силикатов групп , напри­мер, в щелочных стеклах, реакция с образованием силоксановой связи протекает по схеме:

где

Кремнийорганические соединения, содержащие активный водород у атома кремния, реагируют с гидроксильными группами поверхности различных материалов с образованием элементсилоксановой связи и выделением водорода согласно схемам реакций каталитической дегидроконденсации:

где

По приведенным схемам протекают реакции гидридсиланов, с поверх­ностью слоистых силикатов, хризотиласбеста, стекол, перлита, бетона и др. материалов. Значительную роль при этом играет способность связи к гидролизу с образованием силанольной группы:

Структура хемосорбированного слоя полиорганосилоксана образовавшегося, например, на поверхности силикатного стекла, может быть представлена следующей схемой: