Tài liệu Hóa lý silicat chuong3

3.1. Phân loại hệ phân tán 3.2. Các hiện tượng hóa keo trong hệ đất sét – nước 3.3. Các hiện tượng hóa keo khi đóng rắn chất kết dính 3.4. Bột màu trong công nghệ silicat 3.1. PHÂN LOẠI HỆ PHÂN TÁN Khái niệm hệ phân tán Là hệ các hạt chất rắn có kích thước rất nhỏ phân tán trong môi trường liên tục rắn, lỏng hoặc khí Với hệ silicat: môi trường phân tán thường là chất lỏng hoặc pha rắn vô định hình Tùy thuộc kích thước hạt, chia hệ phân tán thành: Hệ phân tán thô, trung bình, hệ phân tán cao (hệ keo, hệ nano) 3.1. PHÂN LOẠI HỆ PHÂN TÁN Rắn phân tán trong lỏng chia thành 3 loại:  Hạt rắn là phân tử hay ion ( dung dịch)  Sol(keo): - Hạt rắn là chùm phân tử, chùm các vi tinh thể với d< 1μm ( hệ keo phân tán). - Các hạt tụ lại thành chùm hạt lớn hơn những lỗ xốp.  Gel: - Khối liên kết duy nhất có tính dẻo.  Tạo nên cấu trúc mạng chất rắn. - Độ nhớt của gel lớn hơn độ nhớt của một chất lỏng nhưng không bằng chất rắn 3.1. PHÂN LOẠI HỆ PHÂN TÁN Vai trò hệ phân tán Hệ huyền phù đất sét – nước quan trọng trong tạo hình gốm sứ Biến đổi sol – gel quan trọng trong quá trình hydrat hóa, tạo các khoáng thủy lực của ximăng… 3.2. CÁC HIỆN TƯỢNG HÓA KEO TRONG HỆ ĐẤT SÉT – NƯỚC 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 • Hệ huyền phù đất sét – nước • Các phương pháp làm bền huyền phù hệ đất sét – nước • Khả năng hấp thụ và hấp phụ • Khả năng trương nở • Hiện tượng sánh 3.2. CÁC HIỆN TƯỢNG HÓA KEO TRONG HỆ ĐẤT SÉT – NƯỚC Khái niệm đất sét - Gồm các khoáng alumino silicate ngậm nước có cấu trúc lớp, như: kaolinite, halloysite, illite, montmorilonite… - Nhiều loại đất có tên gọi riêng tùy thuộc vào khoáng chính như cao lanh ( kaolinite), bentonite ( montmorillonite) 3.2. CÁC HIỆN TƯỢNG HÓA KEO TRONG HỆ ĐẤT SÉT – NƯỚC Khái niệm đất sét - Trong thành phần đất sét luôn chứa oxit SiO2, Al2O3, H2O - Hạt sét có dạng tấm, vảy, kích thước 300500nm ( montmorillonite), hoặc 5 - 10μm (kaolinhite) - Mỗi tấm gồm nhiều lớp cấu trúc tứ diện [SiO4]4- và bát diện [AlO6]9- hoặc [MgO6]10- 3.2. CÁC HIỆN TƯỢNG HÓA KEO TRONG HỆ ĐẤT SÉT – NƯỚC 3.2.1.Hệ huyền phù đất sét – nước Tùy thuộc tỉ lệ giữa đất sét – nước, hệ đất sét – nước thể hiện những tính chất khác nhau: - Lượng nước đủ lớn, đất sét thể hiện tính dẻo. - Khi nước từ 35% trở lên, các hạt sét phân tán trong nước tạo hệ huyền phù đất sét – nước. 3.2. CÁC HIỆN TƯỢNG HÓA KEO TRONG HỆ ĐẤT SÉT – NƯỚC 3.2.1.Hệ huyền phù đất sét -nước - Kích thước hạt nhỏ Hạt rất ít chịu ảnh hưởng của gia tốc trọng trường. - Có sự tích điện trên bề mặt hiệu ứng đẩy lẫn nhau chống sự kết tụ. Hạt đất sét trong hệ huyền phù này ít bị lắng tụ bền. 3.2.2. Các phương pháp làm bền huyền phù hệ đất sét – nước Phương pháp làm bền tĩnh điện - Làm các hạt phân tán tích điện cùng dấu và đẩy nhau. - Các hạt đất sét có khả năng tích điện âm tạo lớp điện tích kép huyền phù bền. - Khi pH<4, hạt sét không tích điện. - Khi pH>7, hạt sét tích điện âm dùng muối kiềm Na2CO3, Na2SiO3, Na2HPO4Cation Na+ hấp thụ lên bề mặt hạt sét tạo lớp điện tích kép bền huyền phù. 3.2.2. Các phương pháp làm bền huyền phù hệ đất sét – nước Phương pháp hấp thụ polymer - Polymer khi hòa tan trong nước, liên kết đứttạo tâm hoạt tínhhấp thụ lên bề mặt hạt sét ngăn cản sự tích tụ hạt sét. - Polymer thường dùng: lòng trắng trứng, CMC, PVA - Các polymer tác dụng tức thời, cháy và phân hủy khi nung không ảnh hưởng đến sản phẩm. - Dễ bị phân hủy và mất tác dụng trong thời gian ngắn. 1. 3.2.3. Khả năng hấp thụ và hấp phụ Hấp thụ: - Đất sét có khả năng giữ trên bề mặt các chất lỏng. - Gồm hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học Hấp phụ: Đất sét có khả năng giữ trên bề mặt các chất khí. phụ thuộc: + Cấu trúc lỗ xốp + Hoạt tính bề mặt + Đặc trưng cấu trúc + Tỷ lệ các khoáng sét có trong đất. 1. 3.2.4. Khả năng trương nở Trong môi trường nước - Các phân tử nước chiếm không gian giữa các lớp khoảng cách giữa các lớp cấu trúc tăng thể tích hạt phân tán tăng sự trương nở khoáng ưa nước. 1. 3.2.4. Khả năng trương nở Na – montmorillonite:  khả năng trương nở mạnh nhất.  Khi tác dụng ngoại lực lớp cấu trúc trượt lên nhau, dịch đi khoảng nhỏ mà không phá vỡ cấu trúc dẻo Ca – montmorillonite:  khả năng trương nở kém  chuyển đổi thành Na – montmorillonite ( trao đổi ion) 1. 3.2.5. Hiện tượng sánh Là hiện tượng đất sét bị vón cục trong huyền phù đất sét – nước Khi sánh: huyền phù không đồng nhất, khó chảy dòng, độ nhớt tăng đột ngột. Hiện tượng sánh mất đi khi có tác động lực cơ học ( khuấy trộn, sục khí…) 3.3. CÁC HIỆN TƯỢNG HÓA KEO KHI ĐÓNG RẮN CHẤT KẾT DÍNH Các hiện tượng hóa keo ( biến đổi sol – gel tạo hệ keo) có khả năng tạo cường độ cho chất kết dính. 3.3. CÁC HIỆN TƯỢNG HÓA KEO KHI ĐÓNG RẮN CHẤT KẾT DÍNH Ba loại chất kết dính( tùy theo vai trò hệ keo): 1. Tác dụng kết dính do sản phẩm hệ keo quyết định. Ví dụ: Xi măng poóc lăng Quá trình biến đổi các khoáng chính trong xi măng poóc lăng là quá trình sol – gel. Bột xi măng có kích thước 30 - 80μm. Trộn nước huyền phù dạng keo huyền phù tạo gel ( do phản ứng hydrat hóa) Ba loại chất kết dính( tùy theo vai trò hệ keo): 2. Tác dụng kết dính do các hợp chất dạng tinh thể Ví dụ: Xi măng manhezi, thạch cao xây dựng Khi cho nước vào, ban đầu hòa tan một phần trong nước tạo kích thước hệ keo, sau đó kết tinh lại tinh thể kích thước tương đối lớn. Ba loại chất kết dính( tùy theo vai trò hệ keo): 3. Tác dụng kết dính do tinh thể và các hạt keo quyết định. Ví dụ: Xi măng xỉ sunfat Ban đầu phụ thuộc vào các tinh thể ettringite (Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O.) Sau đó, quá trình biến đổi sol – gel của các hydro silicat canxi dạng keo mới quyết định tính chất. 3.4. BỘT MÀU ( PIGMENT) TRONG CÔNG NGHỆ SILICAT 3.4.1 • Bột màu cấu trúc tinh thể • Bột màu tổng hợp bằng phương pháp sol – gel 3.4.2 3.4.3 • Màu hệ keo trong thủy tinh