ژل شدن^[۶۲]، کوآگولاسیون^[۶۳]، فلوکولاسیون^[۶۴] و کوآسرویشن^[۶۵]
طبق تعریف آیوپاک^[۶۶]، یک سیستم کلوئیدی سیستمی است که ذرات آن بین یک تا ۱۰۰۰ نانو متر در هر حالت جامد، مایع یا گاز می باشند و در یک فاز پیوسته با ترکیب نسبی متفاوت پراکنده می باشند. ذرات کلوئیدی آنقدر ریز هستند که تحت تاثیر نیروی جاذبه رسوب نکنند و نیز به حدی بزرگ هستند که از خواص محلول های حقیقی انحراف نشان دهند. نیروهای بین ذرات کلوئیدی از نوع واندروالس و نیروهای سطحی می باشند [۲۳].
اگر این ذرات جامد باشند ممکن است به فرم کریستالی یا آمورف باشند و در حالت های دیگر مانند امولسیون یا فوم قطرات ریز مایع یا گاز باشند. در این سیستم ها ذرات در هر جهتی می توانند حرکت کنند و ممکن است به فرم ژل یا لخته درآیند.
لازم نیست هر سه بعد فیزیکی ذره در ابعاد کلوئیدی باشد. ذرات سوزنی و الیاف شکل یا به فرم صفحه نیز می توانند کلوئیدی باشند [۳۱]. برخی کلوئیدها دارای ساختار شبکه ای می باشند که سازنده های این ساختار ذرات کلوئیدی هستند از این نوع کلوئیدها می توان جامدات متخلخل، فوم و ژل را نام برد.
تفاوت های اساسی بین ژل و ژلی شدن و نیز کوآگولاسیون و فلوکولاسیون وجود دارد اما هر دو شامل ذرات کلوئیدی یا پلیمرهای به هم متصلی هستند که شبکه های سه بعدی را تشکیل می دهند.
زمانی که یک سل به ژل تبدیل می کردد ابتدا ویسکوز می گردد. و سپس ذرات سل حجم اولیه ای که وجود دارد را به طور پیوسته با ذرات سل اشغال می کند. به عبارت دیگر زمانی که یک سل کوآگوله یا توده ای می شود رسوب تشکیل می گردد.
دریک سل غلیظ رسوب ممکن است به حدی حجیم باشد که جرم تکسوتروپیک^[۶۷] خود را حفظ نماید ولی در یک سل رقیق رسوب ته نشین می شود. تفاوت بین سل، ژل و رسوب در شکل (۲-۳) نمایش داده شده است [۳۲].
شکل (۲-۳). (a) سل (b) ژل © رسوب و توده شده [۳۲].
لغت کوآگولاسیون کلمه ای جایگزین است و به جای فلوکولاسیون به کار برده می شود ولی برخی از مولفین ترجیح می دهند که کوآگولاسیون را به عنوان تجمع یافتن ذرات کلوئیدی به فرم ماکروسکوپی جهت جدا سازی به کار ببرند و فلوکولاسیون در واقع تشکیل یک لخته باشد که عملا یک شبکه باز می باشد و هنوز در فرم میکروسکوپی است [۳۲، ۳۳].
ایلر^[۶۸] روشی را که ذرات کلوئیدی تجمع می نمایند یا به یکدیگر پیوسته می شوند به شرح ذیل متمایز نمود [۳۴]:
ژل شدن : در این حالت ذرات به یکدیگردر شاخه هایی متصل می گردند وکل حجم سل را پر می کنند به نحوی که هیچ گونه افزایش غلظت ماکروسکوپی در هیچ ناحیه ای دیده نمی شود، کل محیط ویسکوز می شود و سپس توسط شبکه ای از ذرات که توسط عکس العمل مویینگی به وجود آمده اند در عین حالی که مایع در آن باقی است جامد مانده است. در صورتی که ژل شفاف تشکل شود ذرات کمتر از ۱۰ نانومتر می باشند و ژل تا ۳۰۰ متر مربع بر گرم مساحت سطحی دارد و در صورت شیری رنگ شدن ژل قطر ذرات تا ۵۰ نانو متر و مساحتی معادل ۱۰۰ متر مربع بر گرم دارد.
کوآگولاسیون: زمانی که ذرات سیلیکا به حدی به یکدیگر نزدیک شوند که توده فشرده ای تشکیل دهند و از سل اولیه غلیظ تر گردند کوآگوله شده و تشکیل رسوب می دهد. روش تشخیص رسوب و ژل از یکدیگر این است که رسوب قسمتی از محلول خواهد بود و ژل کل فضای محلول را اشغال می کند.
فلوکولاسیون: زمانی رخ می دهدکه ذرات به یکدیگر توسط پل هایی از عوامل توده کننده متصل می گردند به اندازه کافی بزرگ و مجتمع شوند.
کواسرویشن: حالت چهارم تجمع حالتی است که در آن ذرات سیلیکا توسط یک لایه جاذب از مواد پوشیده شود و آنها را کمتر آب دوست نماید ولی بین ذرات پل تشکیل نشود و در این حالت ذرات مجتمع شده به صورت فاز مایعی در می آیند که با آب امتزاج پذیر نیست.
در شکل (۲-۴) تشکیل سل، ژل و پودر سیلیکا از منومر نشان داده شده است.
شکل (۲-۴). تشکیل سل، ژل و پودر سیلیکا از منومر [۳۴].

هسته زایی^[۶۹]، پلیمریزاسیون^[۷۰] و رشد^[۷۱] سیلیکا
امکان تولید ذرات ذرات یونیفورم با قابلیت تولید مجدد به روش سل - ژل امکان پذیر است و دارای سه مرحله اصلی هسته زایی و پلیمریزاسیون و رشد می باشد.
در حوزه های بسیاری از فناوری ذرات یک شکل سل سیلیکا با توزیع یکنواخت لازم می باشد و در این حوزه تولید ذرات سیلیکا از ۵ تا ۱۰۰ نانو متر و نیز حتی ذرات ۱ و ۲ نانو متری به فرم های اکواسل، ارگانوسل و پودر امکان پذیر شده است. به طور کلاسیک اکواسل سیلیکای ۵ تا ۱۰۰ نانومتری در سه مرحله هسته زایی، پلیمریزاسیون و رشد در سیستم های آبی تولید می گردد [۳۷- ۳۵].
سیلیکای با قطر ۲-۳ نانومتر اولین بار توسط استوبر^[۷۲] در محیطی از الکل و آمونیاک از هیدرولیز پیش ماده های سیلان تهیه گردید [۳۸]. تئوری هسته زایی و پلیمریزاسیون در محیط های آبی در کتاب ایلر توضیح داده شده است [۳۴].

روش های تولید صنعتی
اولین ایده استفاده از سیلیکون دی اکسید در صنعت از آمریکای شمالی و آلمان سرچشمه گرفت. اولین روش های تولید در سال ۱۸۸۷ بر مبنای استفاده از قوس الکتریکی بود و سپس روش دیگری توسط کمپانی بی اف گودریچ ابداع گردید. بعدها روش های جدیدتری جایگزین گردید که عمده ترین روش ها استفاده از هیدرولیز در دمای بالای ترکیباتی نظیر سیلان و سیلیسیوم تترا کلراید در حضور اکسیژن و هیدروژن بود [۲۱].
از سال ۱۹۸۵ میلادی سیلیکون دی اکسید به دو دسته طبیعی و سنتزی تقسیم بندی گردید که نوع اول عمدتا کریستالی و نوع دوم معمولا به صورت آمورف تولید می گردد. اما در حال حاضر به سه دسته زیر تقسیم بندی می گردد:
سیلیکای طبیعی^[۷۳]
سیلیکای تولید شده جهت کاربردهای خاص^[۷۴]
سیلیکای تولیدی از گرد و غبار کنترل نشده^[۷۵]
سیلیکون دی اکسید سنتزی^[۷۶] اختصارا SAS نامیده می شود. به طور کلی جهت تولید SAS از دو روش کلی استفاده می گردد که عبارتند از:
الف ) روش مرطوب
ب ) روش تف زاد
الف )روش های مرطوب
روش مرطوب عمدتا مبتنی بر روش های سل - ژل می باشد که ترکیبات آلی سیلیکون در محیط های مختلف آبی و یا آلی و تحت شرایط کنترل شده از نظر pH، دما و… هیدرولیز می گردند و ذرات کلوئیدی سلیکون دی اکسید SAS تولید می گردد [۲۲].
گرچه این روش ها توسط شیمیست ها به کرات استفاده می شود اما سیلیکون دی اکسید تولیدی از این روش به دلیل جذب سطحی سایر یون های موجود در محیط تولید کلوئیدی ناخالص است و خواص آن تحت تاثیر این ناخالصی ها خواهد بود اما به دلیل نسبت سطح به حجم بالاتر و نیز تخلخل بیشتر عمدتا از دیدگاه ساخت کاتالیست مورد توجه هستند و به علاوه تولید SAS تک اندازه در این روش مورد توجه می باشد [۴۰- ۳۹]. این روش دارای محدودیت می باشد و تنها می توان از چند ترکیب آلی سیلیس دار نظیر تترا اتوکسی سیلان TES تترا اتیل ارتو سیلیکات TEOS استفاده نمود.
ب ) روش تف زاد
این روش عمدتا مبتنی بر فرایندهای احتراق ترکیبات سیلیس دار نظیر سیلان ها می باشد بعلاوه از روش های قوس الکتریکی نیز استفاده می گردد و SAS خالص تری تولید می گردد. فرایند احتراق پدیده آشنایی برای مهندسین می باشد کنترل و تکرار پذیری و تولید پذیری این روش بالا است و نیز می توان علاوه بر استفاده از ضایعات در این فرایند احتراق را چند منظوره انجام داد و از انرژی تولیدی سیستم استفاده نمود.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

بزرگترین حسن این روش این است که محدودیت مواد اولیه ندارد و از هر ترکیب آلی سیلیس دار به فرم جامد یا مایع و یا گاز می توان استفاده نمود و بعلاوه مانند روش مرطوب نیاز به سایر مواد اولیه دیگر که هزینه های تولید را افزایش می دهند ندارد. با توجه به رشد روز افزون مصرف این ماده و جایگزین شدن این جسم به جای سایر ترکیبات در فرایندهای تولید نیاز به روش های اقتصادی تر و ساده تر می باشد.
سیلیکون اویل ها به عنوان روغن ترانسفورمرها و نیز به عنوان روان کننده و محیط های انتقال حرارت به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرد . به علاوه سیلیکون رابرها امروزه در طیف وسیعی از کاربرد ها به عنوان لاستیک استفاده می شود و در ساخت بسیاری از تجهیزات لاستیکی پزشکی نظیر لاینرها، ادوات جراحی، ایمپلانت ها و نیز قطعات صنعتی نظیر واشرها، اورینگ ها، لاستیک های مختلف و متنوع و نیز در ساخت اشیایی مانند پستانک، دستکش، لوازم خانگی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد و سالیانه تناژ عظیمی از این جسم به صورت ضایعات غیر قابل بازیافت تولید می گردد. با اجرای این روش می توان سالیانه تناژ عظیمی از SAS تولید نمود و نیز از معضلات زیست محیطی این ضایعات نیز رهایی پیدا کرد در هر صورت روش های تولید کنونی عبارتند از:

تولید پلی سیلیسیک اسید
روش های تولید سیلیکا ژل بسیار متنوع می باشند اما عمده روش ها مبتنی بر واکنش یک اسید معدنی با محلول سدیم سیلیکات است. در ابتدا محلولی از پلی سیلیسیک اسید PSA تولید می گردد که می توان این اسید را به روش اسپری درایر خشک نمود و محصول سیلیکا ژل را تولید نمود. محلول PSA با افزودن جریان باریکی از محلول سدیم سیلیکات SiO₂:Na₂O که نسبت مولی سدیم سیلیکات در آن ۱ : ۲۵/۳ می باشد در گردابی از محلول اسید سولفوریک که در دمای بین صفر تا ۵۸ درجه سانتیگراد دمای آن نگه داشته می شود و توقف و افزودن دوباره زمانیکه pH به حدود ۷/۱ می رسد انجام می پذیرد [۴۲- ۴۱]. محلول PSA عاری از یون سدیم را می توان با هیدرولیز متیل یا اتیل سیلیکات در آب در pH برابر با ۲ که توسط یک اسید قوی به عنوان کاتالیست ایجاد شده است و سپس فرایند هیدرولیز و پایدار کردن فرآورده تولیدی را می توان تولید نمود.
روش ترجیحی تولید PSA دیونیزاسیون^[۷۷] محلول سدیم سیلیکات توسط رزین های تبادل یونی است . در این حالت به دلیل عدم حضور یون های مزاحم محصول پایدار با خلوص بالا تولید می گردد.

روش سل - ژل
این روش عمدتا جهت تولید سیلیکای تک اندازه که کاربردهای تولید کاتالیست دارد مورد استفاده قرار می گیرد. از زمان کشف سیستم های سیلیکای کلوئید توسط گراهام^[۷۸] در سال ۱۸۶۰ مطالعات زیادی در زمینه فهم تشکیل سیلیکای کلوئیدی انجام شد[۴۳]. در سال ۱۹۹۵ و در سال ۱۹۷۹ ایلر^[۷۹] به طور مختصر اطلاعاتی در مورد شیمی سیلیکا را بیان نمود [۳۴-۲۱].
این اطلاعات شامل تشکیل، تهیه و واکنش های سیستم های سیلیکای کلوئیدی بود و در این زمینه مقدار زیادی به دانش بشر افزود. تشکیل هسته^[۸۰]، پلیمریزاسیون^[۸۱] و رشد و تهیه سل های تک پراکنده^[۸۲] امروزه یکی از موضوعات اصلی تحقیقات می باشد.
تحقیقات فراوانی در زمینه تشکیل هسته، پلیمریزاسیون، سنتز و کاربردهای سیلیکا صورت پذیرفته است و در حال انجام است. این تحقیقات شامل سینتیک، تشکیل ذرات، رشد، خصوصیات و کاربردهای سیلیکای کلوئیدی است. امروزه این تحقیقات در کشورهای هلند، امریکا، بریتانیا، استرالیا، چین، ژاپن و روسیه متمرکز شده است و مطالعات خیلی کاملی توسط برینکر ^[۸۳]و شرر^[۸۴] انجام شده است[۲۱]. زمینه های تحقیقات در زمینه سل - ژل متمرکز بر فرایندهای تشکیل هسته، پلیمریزاسیون، رشد و تهیه سل های تک پراکنده در انواع سیستم ها می باشد. دامنه تحقیقات متمرکز بر سیستم های ابی و غیر آبی، سیلیکات ها، آلکوکسیدها و سیستم های کاتالیز شونده توسط اسید و باز می باشد [۳۶]. اولین بار سیلیکای تک پراکنده با ذراتی به قطر ۲ تا ۳ میلیمتر توسط استوبر ^[۸۵]از هیدرولیز سیلان در محیطی از الکل و آمونیاک و آب به دست آمد [۳۸].