Acid-Base Interactions and the Properties of Kaolinite in Non-Aqueous Media

Abstract

In non-aqueous systems, kaolinite can show, in addition to the physical interactions, considerable chemical activity. This study considers the chemical reactions that can occur at the kaolinite surface and explains these reactions in terms of acid-base interactions. In certain applications the chemical activity must be controlled if satisfactory products are to be obtained; for example, when kaolinite is used as a filler in rubber or as a diluent for insecticide powders. The concept of acid-base interactions is used to explain rheological and film properties in kaolinite-organic systems. The strength of the surface acid sites of kaolinite varies with the moisture content. At 1% moisture the surface is equivalent to 48% sulphuric acid whereas at 0% it is equivalent to 90% sulphuric acid. Therefore, the moisture level is extremely important and dry kaolinite will promote or catalyze many chemical reactions and where acid-base interactions are involved the presence of even small amounts of water usually retards or inhibits the reaction. Several examples explaining these interactions are given in the paper.

Résumé

Dans les systèmes non aqueux, la kaolinite peut montrer, en plus des interactions physiques, une activité chimique considérable. Ce travail se rapporte aux réactions chimiques qui peuvent se produire à la surface de la kaolinite, et explique ces réactions en termes d’interactions acide-base. Dans certaines applications, l’activité chimique doit être contrôlée si l’on désire obtenir des produits satisfaisants; c’est le cas par exemple, lorsque la kaolinite est utilisée comme charge minérale dans le caoutchouc ou comme diluant dans les poudres insecticides. Le concept d’interactions acide-base est utilisé pour expliquer les propriétés rhéologiques et de films dans les systèmes kaolinite-produit organique. La force des sites acides de surface de la kaolinite varie avec la teneur en eau. A une humidité de 1% la surface est équivalente à de l’acide sulfurique à 48%, alors qu’à 0% d’eau, elle est équivalente à da l’acide sulfurique à 90%. Ainsi, le taux d’humidité est extrêmement important et de la kaolinite sèche facilitera ou catalysera de nombreuses réactions chimiques; lorsque des interactions acide-base sont en cause, la présence d’eau, même en quantité très faible, retarde ou inhibe en général la réaction. Plusieurs exemples expliquant ces interactions sont donnés dans cet article.

Kurzreferat

In nicht-wässrigen Systemen kann Kaolinit, zusätzlich zu den physikalischen Wechselwirkungen, beträchtliche chemische Aktivität aufweisen. In dieser Arbeit werden die chemischen Reaktionen betrachtet, die an der Oberfläche des Kaolinits stattfinden können, und diese Reaktionen durch Säure-Base Wechselwirkungen erklärt. In gewissen Anwendungsgebieten muss die chemische Aktivität gesteuert werden wenn befriedigende Produkte erhalten werden sollen, zum Beispiel, wenn Kaolinit als Füllmaterial in Gummi oder als Verdünnungsmittel für insektentötende Pulver verwendet wird. Der Begriif der Säure-Base Wechselwirkungen wird verwendet um die Theologischen und Filmeigenschaften in kaolinitorganischen Systemen zu erklären. Die Stärke der Säurestellen an der Oberfläche von Kaolinit variiert mit dem Feuchtigkeitsgehalt. Bei 1% Feuchtigkeit entspricht die Oberfläche 48% Schwefelsäure während sie bei 0% einer Stärke von 90% Schwefelsäure entspricht. Das Feuchtigkeitsniveau ist daher äusserst wichtig und wenn en sich un Säure-Base Wechselwirkungen handelt kann die Gegenwart auch kleinster Mengen von Wasser die Reaktion verlangsamen oder sogar verhindern. In diesem Artikel werden verschiedene Beispiele angeführt, die diese Wechselwirkungen veranschaulichen.

Резюме

В безводных системах каолинит проявляет, кроме физических взаимодействий, значительную химическую активность. Настоящая работа рассматривает происходящие на поверхности каолинита химические реакции и объясняет их в терминах взаимодействия кислот и оснований. Если требуется получить для некоторых применений удовлетворительные продукты, то химическую активность надо контролировать; например, когда каолинит используется в качестве наполнителя для резины или как растворитель для порошкообразных инсектицидов. Принцип взаимодействия кислот/оснований применяется для объяснения реологических и пленочных свойств каолинитных органических систем. Прочность кислотных сторон поверхности каолинита изменяется с изменением влагосодержания. При 1 % влажности поверхность эквивалентна 48%—ной серной кислоте, а при 0% эквивалентна 90%—ной серной кислоте. Поэтому, уровень влажности чрезвычайно важен и сухой каолинит может быть катализатором многих химических реакций и ускорять их, а где происходит взаимодействие кислот-оснований, присутствие даже малых количеств воды обычно замедляет или тормозит реакцию. В статье приводятся несколько примеров, объясняющих эти взаимодействия.