Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

Природные силикаты нередко используются для улучшения эксплуатационных свойств различных материалов. Так, на основе политетрафторэтилена с их использованием получают композиционные материалы с улучшенными физико-механическими и трибо-техническими свойствами. Изделия из таких материалов используются в узлах трения различных механических агрегатов и машин. Для модификации полимера вводят двух- и трехслойные глины. Влияние модификатора может осуществляться особым образом на границе раздела частица — полимерная матрица, что приводит к изменению структуры полимера. При этом, как правило, возрастает прочность материала при сохранении фрикционных свойств. Эффективность влияния добавляемого модификатора будет тем выше, чем больше площадь границы раздела с полимерной матрицей. Для этого добавляемый силикат измельчается в мельницах. При этом дисперсность силиката возрастает, частицы становятся наноразмерными или близкими к тому. При измельчении силикатов возможно также изменение свойств поверхности, поэтому, используя их для получения новых материалов на основе полимерной матрицы, необходимо иметь представление о возможных изменениях свойств поверхности частиц механоактивированной добавки. Свойства поверхности частиц силиката можно изучать физико-химическими методами, в частности, методом адсорбции из раствора веществ, имеющих заметное сродство к данному материалу. Для таких целей нередко применяется метиленовая синь (рис. 1). Ее сродство к поверхности твердых дисперсных тел может быть обусловлено как наличием положительного заряда большого органического катиона и его размерами, так и наличием сопряженной системы электронов. Рис. 1. Строение молекулы метиленовой сини Исследуемыми силикатами были выбраны вермикулит (ВРМ) Ковдорского месторождения и вермикулит, выдержанный при температуре 900 оС (ВРМт), так называемый вспученный вермикулит. Для проведения адсорбционного эксперимента использовались растворы метиленовой сини (МС) с концентрацией от 2Т0 -5 до w10 -3 моль/л. В качестве адсорбентов применялись ВРМ и ВРМт. Предварительно было установлено, что адсорбционное равновесие в системе достигается не менее чем через сутки. На планетарной мельнице «АКТИВАТОР-28» проводилась механическая активация ВРМ и ВРМт в течение 2 мин со скоростью вращения барабанов 1500 об/мин. Образцы ВРМакт. и ВРМт акт. также использованы в экспериментах. Для получения изотерм адсорбции в бюксах объемом 50 мл к 20 мл (V) рабочего раствора с концентрацией Содобавлялось по 0,2 г (т ) адсорбента (навески механически активированных образцов добавлялись к раствору непосредственно после активации). Для предотвращения контакта с диоксидом углерода воздуха адсорбционные системы в закрытых крышками бюксах помещались в вакуумные эксикаторы и оставлялись на сутки. После отделения растворов от адсорбента измерялись их электронные спектры поглощения. Для определения убыли концентрации МС в результате адсорбции (Со- Ср) измерялись оптические плотности растворов до (Бо) и после адсорбции (Бр) в максимумах поглощения при 290 и 665 нм. Затем рассчитывались значения равновесной концентрации (Ср = Со • Бр / Д ). После этого для каждой адсорбционной системы рассчитывалась величина адсорбции (Г = (Со - Ср)^/(тЛ000)). С учетом возможной димеризации МС в растворах [1] для корректного определения равновесной ее концентрации перед измерением оптической плотности растворы до и после адсорбции разбавлялись одинаковым образом до концентрации порядка 2 1 0 -5 моль/л (в этой области концентраций МС наблюдается линейная связь их с оптической плотностью). Экспериментальные данные свидетельствовали, что изотермы адсорбци для исследованных образцов (ВРМ, ВРМакт., ВРМт, ВРМт акт.) подчиняются уравнению адсорбции Ленгмюра [2], которое можно линеаризировать (С / Г = С / Гт + 1 / (Гт В)) — рис. 2 — и вычислить такие характеристики адсорбента, как максимальная величина монослойного заполнения (Гт) поверхности частиц, позволяющая оценить удельную поверхность образцов, и адсорбционная константа (В), характеризующая сродство МС к поверхности частиц адсорбента. Адсорбционные константы Гт и В, рассчитанные из линейных зависимостей, представлены в табл. 1. Удельная поверхность образцов (5^.) рассчитана [3] на основании значений максимального заполнения монослоя Гт , размеров молекулы (1,06 нм2) [4] и числа Авогадро, учитывающего количество молекул в одном моле вещества. Из приведенных данных следует, что 5уд. вермикулита после термообработки уменьшается. Удельная поверхность при такой обработке в большой степени должна была бы меняться в сторону увеличения за счет увеличения пористости [5], что фиксируется обычно при исследовании материалов методом низкотемпературной адсорбции азота. В наших экспериментах адсорбатом являлась МС с крупными адсорбирующимися частицами, для которых не все поры доступны. Возможно, поэтому полученные значения удельной поверхности ВРМт могли оказаться ниже [ 6 ]. Однако можно сослаться на результаты исследований 902