材料科学基础08章浆体的胶体化学原理

第八章纸浆的胶体化学原理，8-1粘土-水体系胶体化学粘土-水体系特性：1。粘土矿物细(0.1m 10m)表面积表面能表面能减少趋势絮凝2。黏土是负电荷吸附性的量；溶胶-悬浮-粗分散体系之间的特殊状态。1.粘土的可充填性1809年，露丝发现分散在水中的粘土粒子在电流作用下向两极移动，说明粘土粒子带有负电荷。黏土的电荷可分为负电荷、正电荷和纯电荷三种。1.负电荷1)负电荷发生的原因(1)主要是粘土晶格内的冻结性位移；a .蒙脱土：在AlO4(OH)2中，Al3被Mg2，Fe2取代；在少量SiO4中，Si4被Al3取代；吸附其他阳离子，即使是饱和的少数负电离子，大部分也不能中和，因此蒙脱土总是能看到负电；b .伊利诗：SiO4中，1/6的Si4被Al3取代，产生的剩余负电荷大部分均衡为层间k，h，Ca2，只有负电荷的一小部分向外出现；c .高岭石：有少量Al3对Si4的冷冻替代物。(2)吸附在粘土表面的腐殖质离解：粘土-RC ooh 粘土-rcoo Kh；陈腐的目的是生产有机物(腐殖质)。(3)黏土的边面裂开，活动边面的连接破裂，产生正电荷(高岭石带电的主要原因)。2)负电荷分布：大部分分布在层状硅酸盐的板面上。可以吸附正离子，中和负电荷，达到电荷平衡。与冷冻正取代产生的负电荷量无关，腐殖质离解产生的负电荷量与介质有关，在碱性介质中有利于h离解，产生更多的负电荷。2 .在正电荷高岭石中，相同晶体的替代较少，断裂的耦合是高岭石带电的主要原因，其边面(平行于c轴的面)具有两侧的电荷。高岭石在酸性介质中呈PH8，负电的边缘表面；净电荷：粘土具有的正负电荷的对数和。净电荷=粘土负电荷粘土正电荷，ii。粘土的离子交换1。粘土的离子交换粘土带负电荷，吸附介质的正离子。这种阳离子可交换介质的其他电价高、浓度大的良田。阳离子交换的特性a .相同的离子相互交换；b .离子交换为等效的两党。c .交换和吸附是可逆过程。离子吸附和离子交换是在一个反应中同时进行的两个不同过程，离子吸附是粘土粒子和阳离子的相互作用；离子交换是阳离子之间的相互作用。Ca2是从溶液到粘土粒子移动离子吸附过程，Na是从粘土粒子到溶液解吸过程。吸附和解吸结果Na，Ca2相互转移阳离子交换。利用粘土的阳离子交换特性，可以精制黏土，制造吸附单离子的粘土：X-树脂Y-粘土 y-树脂X-粘土X单-阳离子，Y多个阳离子。3.阳离子交换量(cationexhangecpacity，c.e.c) ph=每100克干粘土吸附阳离子的物质量。其单位为mmol。4 .影响阳离子交换的因素粘土的矿物组成：如果晶格取代更多的黏土，交换能力更大。a .蒙脱土被晶体取代了很多，晶格层之间的连接松散，水容易膨胀，被分割成细小的碎片，颗粒分散度高，交换容量大。b .日光层单位单元之间的连接很牢固，在水的情况下不容易膨胀，k在晶层之间牢牢固定，只有少量k参与交换反应，因此其交换容量小于蒙脱土；c .在高岭石中，相同晶体的更换很少，只有断键是阳离子吸附的主要原因，因此交换容量最低。蒙脱土阳离子交换量伊利石高岭石，粘土的细度：细度开关量腐殖质含量：含量交换容量；介质的PH值：PH交换数。离子浓度：浓度交换数；5 .阳离子和粘土的相互作用1)其他原子价阳离子的高价和粘土魅力：m3 m2 m1h特殊，体积小，电荷密度高，黏土对此有最强的重力。2)同价阳离子的半径越小，对黏土的吸引力越小：Li Al3 Ba2 Sr2 Ca2 Mg2 NH4 K Na Li，iii。粘土胶体的动态特性1。黏土和水的作用粘土表面的O2-o-氢键可以与水结合；黏土带有负电，所以极性水分子的方向排列发生了。(接近黏土末端的是正数，远离黏土末端的是负数)黏土吸收水合阳离子。水在粘土胶体周围距离越远，结合力减弱，分为坚固的接合数，接合数和自由数松弛。粘土粒子吸附完全定向的水分子层和水合阳离子，这部分与粘土粒子一起形成一团，通过介质移动，这种水被称为硬合流(吸附膜、水合膜)。牢固接合的水周围方向不好的水称为松散接合水(扩散膜)，松散接合水以外的水称为自由水。2 .粘土结合水与粘土矿物的组成、粘土分散度和粘土吸附的阳离子种类有关。一般来说，交换量成比例，实验证明的粘土量1价与1价阳离子结合水2价阳离子3价阳离子；b .对于共价离子，随着离子半径的增加，结合物的数量减少。(因为水性薄膜小)立粘土结合物Na-粘土K-粘土，3 .粘土胶体的电电位1)产生-电位的粘土粒子分散在水中，阳离子由粘土胶体粒子的静电重力(靠近粘土粒子)和阳离子本身的热运动引起的扩散力(在粘土粒子之外)引起。力的结果使阳离子的分布从多到少。吸附层与粘土相结合，整体带负电，扩散层带正电。在外部电场下，吸附层向两极移动，扩散层向阴极移动，这两者相对移动的电位差是-电势。2)-电位-电位：吸附层和扩散层之间的电位。热力学电位:粘土颗粒表面和扩散层之间的总电位。( )吸附层：在粘土颗粒表面的重力作用下，在该表面紧密吸附的水合阳离子层。(包括负电)，扩散层：除吸附层外，由粘土粒子重力作用的不太水合的阳离子层。(带正电的)扩散双层=吸附层扩散层，3)影响-电位大小的因素阳离子浓度：介质中阳离子浓度-电位；浓度吸附层的正离子扩散到扩散层扩散层-电位，阳离子电价：电价 -电位K高价阳离子和粘土的吸引力大扩散层厚度-电位M-黏土离子半径：对于相同的价态离子，半径-电位-半径-电荷密度-水的吸力-水膜厚度-扩散层；有机物含量：有机物-电位粘土表面的负电荷吸附阳离子的量扩散层-电位；-电位高，能在粘土颗粒之间保持一定距离，减弱和抵消范德华重力，提高泥浆和稳定性。泥浆不容易聚集，流动性强，-电位必须在-50mv以上。iv .粘土-水系统的胶体特性1。流变基础流变性研究外力作用下物质的流动和变形的科学。(1)流动类型牛顿的流动物体通过剪切应力流动，=dv/dx，=0，变形不能恢复。(水，甘油)西格玛是剪切应力，是粘度，dv/dx是剪切速率梯度。宾汉流f，物体与牛顿流=dv/dx(混合混凝土)，塑料流(陶瓷材料最重要的流)fN物体与牛顿流在一起。(泥浆，高温下的晶间滑移，油漆)假塑性流动没有屈服值，f=0(受力流动)，dv/dx，dv/dx和无比例(高聚合物的溶液)泥浆的流动性及稳定性灌浆水分含量低，流动性好，稳定性好。(水模吸水强度、水干变形、开裂)泥浆粘合剂溶解或稀释：添加适量电解质后，泥浆粘度显着降低，黏土充分分布在水介质上的现象。泥浆絮凝或增稠：过多的电解质泥浆颗粒相互聚集会增加粘度。1)泥浆的流变曲线将分别为泥浆添加0.0NNaOH、0.002NNaOH、0.02NNaOH和0.2NNaOH。其牡蛎分别加入f1 F2 F3=0 F4 ，2)泥浆稀释曲线电解质25，电解质。粘土的边面带正电荷，酸性介质带正电，碱性介质带负电荷，板块总是带负电荷，因此粘土颗粒在介质中会产生三种结合方法(面-面、边-面、边-边-边-边-边-边-边)。板-板耦合：色散阵列(同性电荷反弹)；板面-边面，边面-边面结合：彼此接近(异性电荷吸入) ，4)泥浆流动性改善条件(电解质作为稀释剂的必要条件)介质要求碱性；此时，板面和边面都带有负电荷粒子间具有斥力 黏土在酸性介质中带负电荷强拉粘土边面和带负电荷的板面边面，边-边-边耦合。 1价碱金属阳离子交换粘土必须具有原来吸附的阳离子。爱的脱(Eiter)建议：f 天然黏土以Ca-土、Mg-土或H-土的形式存在，-电位低于1价碱金属离子。h的水合度很小，大部分h进入吸附层，几乎不在扩散层，吸附层的h中和大部分粘土粒子的负电荷，因此整个微粒的纯负电荷很小，扩散层很薄，-电势很小。添加电解质后，一价阳离子水合力强，吸附能力弱，进入胶束的吸附层离子数量少，整体微粒带负电荷，扩散层增厚，-电位增加，流动性增加。负离子的作用：不同负离子的罗盐电解质对粘土的粘合剂效果。a .负离子可以与吸附在原土上的正离子形成不溶性或稳定的复合物，使Na对正离子的交换反应更加完美。Ca-土壤2内奥-2Ca-土壤Ca(OH)2Ca-土壤NaSiO32Na-土壤casio 3casio 3的溶解度远低于Ca(OH)2，因此其反应更加顽强b .聚合阳离子作用：聚合负离子吸附在边面上，如果边面原来带电荷，就可以中和，如果原边不带电荷或负电荷，就可以提高负载量。泥浆颗粒的边缘面和板面之间存在静电重力，形成三维结构，结构间隙包裹着大量“自由水”。织物很不稳定，加上外力，空隙里的自由水就会释放出来，泥浆就具有流动性。去除外力后，重新制作织物，包裹自由水，循环，就像泥浆凝固一样。3.泥浆约变性1)约变性泥浆在不移动时看起来像凝固体，加上外力(摇晃、搅拌)，泥浆具有流动性，停止后变成凝固体，这样反复无数次。“建筑织物”“破坏”“重建”“再破坏泥浆”“凝固体”“流体”“凝固体”“流体”。2)触变结构(卡结构，卡结构)，3)影响触变的因素水分含量：泥浆越稀，颗粒之间的距离越大，侧面-表面静电重力减少，使卡结构不易制造，触变。矿物组成：粘土偏性与矿物结构的水化膨胀有关。水膨胀有两种方法。a .水在胶体粒子之间，b .水在单位晶格之间。高岭石只有第一种水化方法，而蒙脱土两种水化方法都存在，因此蒙脱土比高岭石更容易具有触地性质。口香糖的大小和形状粒子越细，活动边面越多，边-面静电引力卡结构形状不对称(板状，棒状)卡结构就越容易形成触变性电解质黏土吸附阳离子价格边-面静电重力卡结构不易形成触变。温度：t 粒子热运动静电重力阻力触变性。应力应变曲线a. FfB，泥团裂纹。可塑性测定：可塑性=屈服最大变形，4 .粘土的可塑性1)塑性：与粘土由于高于特定值的剪切应力而可能以任何形式形成的适当比例的水混合，从而在制造泥块时消除应力块。2)塑性原理粘土加入适量的水分，其颗粒表面形成非常薄的连续水膜，通过毛细管力放大、拧紧颗粒。如果受到超出粒子间毛细管力的外力，粒子会在水膜上滑动。外力移除后，毛细管力的作用使粒子停留在新位置，不再恢复原状，从而产生可塑性。粘土颗粒之间的力a .吸入颗粒之间的范德华力，侧-表面静电吸力和毛细管力；毛细管力是粘土颗粒之间的主要吸力，在煅烧泥团的含水量下，颗粒表面形成了被水的表面张力牢牢吸引的水膜。b .斥力面-表面静电斥力。水粒子距离远斥力基础泥水粒子距离近吸可塑性，粒子间作用力与水膜厚度之间的关系在形成连续水膜的基础上，水膜越薄，粒子间的作用力就越大。水膜薄毛管半径毛管力，粒子间作用力与塑性的关系：毛管力(粒子间重力)产生变形所需的力屈服值塑性)泥浆具有可塑性的条件a。水分含量过高，水膜b .水分含量低，粒子周围没有连续水膜形成的毛细管力，不喝水时，粒子由范德华力连接，毛细管力为0，可塑性，弹性体；c .水分含量适当，颗粒表面极薄的连续水膜毛细管力可塑性；3)影响可塑性的因素a .矿物成分(从比表面积大小考虑)高脊层间氢键比层间范德华力的蒙脱土结合得更牢固，高脊不膨胀水。比表面积毛细管力可塑性。蒙脱土比表面积大得多，蒙脱土高得多。b .阳离子吸附的影响吸附是价态阳离子可塑性顺序东方交换顺序，H-土M3-土M2-土M-土。c .粒子精细和形状粒子精细毛力可塑性水膜薄毛直径毛力；板型，短圆周比表面积球形，立方型，因此前者可笑后者；大、中、小粒子梯度适当可塑性，d .含水量：适当含水量可塑性。e .介质表面张力的影响介质表面张力，(水表面张力大，是粘土的最佳液体介质。)，8-2贫瘠的悬浮和塑化1。贫瘠的悬浮方法：控制浆液的pH值，添加有机表面活性物质。1)荷马的pH值通常用于控制阳