ΟΡΓΑΝΟΑΡΓΙΛΟΙ Θ. ΠΕΡΡΑΚΗ

Οργανοάργιλοι... Με τον όρο “οργανοάργιλοι” (organoclays) εννοούμε οργανόφιλα συστήματα, τα οποία προκύπτουν από σμεκτιτικές αργίλους δι’ ανταλλαγής των προσροφημένων ιόντων Na +, από οργανικά κατιόντα, όπως π.χ. NH 4 +. Η έρευνα για τις “organoclays” άρχισε το 1941, με σκοπό να βρεθούν νέες χρήσεις για τις σμεκτιτικές αργίλους (υδρόφιλες άργιλοι με δομή διογκούμενου πλέγματος). Τέτοιες άργιλοι, ενώ ήταν γνωστές ως αποτελεσματικοί πηκτωματοποιητές σε υδατικά αιωρήματα, δεν παρουσίαζαν την ίδια συμπεριφορά κατά τη διαδικασία μετατροπής οργανικών ρευστών σε πήκτωμα, λόγω της οργανόφοβης συμπεριφοράς τους. Οι μπεντονιτικές άργιλοι είναι γνωστές για την ιοντοανταλλακτική τους ικανότητα. Τέτοιες θέσεις ιοντοανταλλαγής καταλαμβάνονται, συνήθως, από ανόργανα κατιόντα (κύρια Na + ), τα οποία δύνανται να ανταλλαγούν με οργανικά κατιόντα, όπως π.χ. NH 4 +. Με αυτή τη διαδικασία ανταλλαγής, η άργιλος μετατρέπεται σε ένα οργανόφιλο σύστημα, το οποίο είναι γνωστό ως “organoclay” (σχ. 9.1.). Σχ Παραγωγή “οργανο- αργίλων” δι’ ανταλλαγής ιόντων Na + από NH 4 +, σε σμεκτιτικές αργίλους. Α. ΓΕΝΙΚΑ

Οργανοάργιλοι... Η προσθήκη, έστω και πολύ μικρών ποσοτήτων organoclays σε υγρά οργανικά συστήματα, επηρεάζει αισθητά τα ρεολογικά τους χαρακτηριστικά. Αυξάνεται το ιξώδες τους και γενικά αλλάζουν οι ρεολογικές τους ιδιότητες, δεδομένου ότι το σύστημα γίνεται θιξοτροπικό. Επί πλέον τα σωματίδια παραμένουν εν αιωρήσει, ενώ ελέγχεται η διείσδυσή τους σε πορώδη υλικά. Τα χαρακτηριστικά αυτά έχουν ιδιαίτερη σημασία για την παρασκευή χρωμάτων, μελάνης, λιπαντικών, στην κοσμετολογία αλλά και σε πολλούς άλλους τομείς, όπου ο ρόλος της ρεολογίας έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Σήμερα, υπάρχουν πολλές διαφορετικές ποιότητες οργανο-αργίλων, προκειμένου να αντιμετωπιστούν οι διαφορετικές ανάγκες της αγοράς. Τα χρώματα αεροξήρανσης (air-drying paints) π.χ. απαιτούν διαφορετικές ρεολογικές ιδιότητες από αυτά που χρησιμοποιούνται για επικαλύψεις, μανόν κ.λ.π. Διαφορετικές ρεολογικές ιδιότητες απαιτούνται και στα χρώματα που χρησιμοποιούνται για τον παραδοσιακό τρόπο βαφής με βούρτσα, έναντι αυτών που χρησιμοποιούνται για βαφή με spray. Εξ’ άλλου και η χρήση των organoclays για την παρασκευή πολφών που χρησιμοποιούνται στις γεωτρήσεις πετρελαίου, γίνεται με διαφορετικά κριτήρια. Έχει αναπτυχθεί ειδικός τύπος organoclays, προκειμένου να αντιμετωπιστούν οι ανάγκες για φτηνό, αλλά με ικανοποιητική ρευστότητα, πολφό γεωτρήσεων. Τέτοιος πολφός σχηματίζεται από την αντίδραση μπεντονίτη με NH 4 +. Β. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

Οργανοάργιλοι... Στο σχήμα 9.2β, φαίνεται ένα σύστημα που περιέχει ένα οργανο-αργιλικό πρόσθετο (organoclay additive) ενεργοποιημένο και σε πλήρη διασπορά, με αποτέλεσμα τη δημιουργία γέλης. Στο σύστημα αυτό, αναπτύσσονται τυπικοί δεσμοί υδρογόνου, μεταξύ των ακμών των αργιλικών σωματιδίων, μέσω γεφυρών μορίων ύδατος. Ιδαίτερη σημασία για τη δημιουργία γέλης έχει να μην αποφράσσονται οι ακμές των οργανο-αργιλικών σωματιδίων, διαφορετικά εξασθενούν οι δεσμοί υδρογόνου που τα συνδέουν και ελαττώνεται η αποτελεσματικότητα για πηκτωματοποίηση του “organoclay”.αι αποέσμευση (Dispersion and delamination) Σχ β) Ενεργοποιημένο σύστημα organoclay platelet Σχ α) Ενεργοποιημένο κρυσταλλίδιο. Στο σχήμα 9.2α, φαίνεται ένα απλό ενεργοποιημένο οργανο-αργιλικό σωματίδιο. Πρόκειται για ένα σωματίδιο αργίλου σμεκτιτικού τύπου, το οποίο έχει δεσμευμένα στις βασικές του επιφάνειες τετρασθενή οργανικά κατιόντα.

Οργανοάργιλοι... Οι μπεντονιτικές άργιλοι είναι Al-πυριτικές, ενώ οι εκτοριτικές άργιλοι (hectorite clays) είναι Mg-πυριτικές. Έπειτα από τον καθαρισμό και τις αντιδράσεις προκειμένου να σχηματιστεί ένα οργανόφιλο σύστημα, τα χαρακτηριστικά τους είναι παρόμοια, αλλά επηρεάζονται από τη σημαντική διαφορά τόσο του σχήματος όσο και του μεγέθους του τελικού σωματιδίου. Τα σωματίδια του μπεντονίτη είναι ισοδιάστατα και διοκταεδρικής δομής, ενώ εκείνα του εκτορίτη είναι επιμήκη και τριοκταεδρικής δομής. Θεωρητικά, ένα σωματίδιο εκτορίτη είναι περίπου 20 φορές μεγαλύτερο, από το αντίστοιχο του μπεντονίτη, γεγονός το οποίο έχει τις εξής δύο συνέπειες: 1. Χρειάζεται περισσότερη ενέργεια προκειμένου να διαχωριστούν μεταξύ τους τα σωματίδια του εκτορίτη, προκειμένου να σχηματιστεί γέλη και τούτο οφείλεται στις ισχυρές ελκτικές δυνάμεις wan der waal’s, οι οποίες υπάρχουν μεταξύ τους. 2. Εφ’ όσον επιτευχθεί μία πλήρης διασπορά και ενεργοποίηση του εκτορίτη, οι παραγόμενες εκτοριτικές γέλες είναι περισσότερο δραστικές στις διάφορες χρήσεις, σε σύγκριση με τις μπεντονιτικές γέλες. Η φυσική σμεκτιτική άργιλος, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί “ως έχει” σαν βάση για organoclay, λόγω των ξένων προσμίξεων και της οργανόφοβης συμπεριφοράς της. Γίνεται κατάλληλη για να χρησιμοποιηθεί σε οργανικά συστήματα μόνο έπειτα από καθαρισμό της και επίδραση επ’ αυτής ειδικών τετρασθενών οργανικών κατιόντων. Μπεντονιτικές και Εκτοριτικές οργανο-άργιλοι