Введение. Одним из актуальных направлений создания высокодисперсных металлоолигомерных, наполнителей полимеров с заданными свойствами является метод золь-гель технологии. Данный метод имеет ряд преимуществ: высокую степень гомогенизации образующихся продуктов, низкие температуры синтеза, а, следовательно, пониженные энергозатраты и упрощенную технологическую схему производства. Перспективным является использование водорастворимых химически активных органосилоксанов и на их основе получение металлоолигомеров [1]. Разработка высокодисперсных металлоорганосилоксановых наполнителей  с модифицированной поверхностью позволит решать многие важные проблемы в области радиационного материаловедения, в том числе и при создании новых видов полимерных  композиционных радиационно-защитных материалов с повышенными физико-механическими, радиационными, химическими, и технологическими характеристиками [2]. Необходим  новый технологический подход к решению поставленной комплексной задачи.Для синтеза высокодисперсного наполнителя для полимерных матриц необходимо выполнение следующих требований:- частицы порошка должны быть монодисперсными; - размер частиц порошка не более 5 мкм;- порошки должны быть однофазными по минеральному составу.В связи с этим в данной работе рассмотрены вопросы агрегативной устойчивости системы метилсиликонат натрия – нитрат висмута, используемой для получения металлоолигомеров по золь-гель технологии, а также исследования гидродинамической активация данной водной суспензии.Методика. Для синтеза в системе Na2O-Bi2O3-SiO2 (NBS-материал) использован водно-спиртовой раствор метилсиликоната натрия (МСН) Н3СSi(OH)2ONa и раствор пятиводного нитрата висмута Вi(NO3)3∙5H2O в ацетоне, подкисленный азотной кислотой. Расчетные количества исходных компонентов взяты исходя из возможности получения стабильного силиката висмута состава Bi12SiO20 (6Bi2O3·SiO2). Фракционный состав свежеприготовленной суспензии, полученной в результате смешения расчетной концентрации водно-спиртового раствора метилсиликоната натрия (МСН) и ацетонового раствора нитрата висмута, подкисленного азотной кислотой исследован методом лазерного рассеивания на дифракционном микроанализаторе «Frisch Analysete 22 Nano Tec Plus". Основная часть. Наиболее доступными и эффективными гидрофобизаторами многих видов неорганических материалов среди кремнийорганических соединений являются органосиликонаты натрия. Эти соединения, обладающие строением HO[RSi (ONa)O]nH ( где: n=3-16, R= CH3, С2H5 и др.) в водном растворе распадаются на мономерные молекулы RSi(OH)2 ONa, и димеры.Алкилсиликонаты натрия образуют практически нерастворимые в воде соединения со многими растворимыми в воде солями многих металлов. Необходимо было выяснить, будет ли ион висмута при диссоциации нитрата висмута  Bi(NO3)3 в водном растворе замещать ион натрия в силанолятной группе (Si-ONa) метилсиликоната натрия.Кислотные признаки нитрата висмута проявляются в характере гидролиза, который преобладает над электролитической диссоциацией:Bi(NO3)3  +   H2O    =     BiONO3  +  2 HNO3  (1)Ионы висмута в растворе не обнаружены, т.к. даже в сильно кислых средах гидролизуется до одновалентного  иона висмутила  (BiO)+,  ионный радиус  которого равен 0,222 нм. Ионный радиус Na+ равен 0,116 нм, что в 1,91 раза меньше ионного радиуса (BiO)+. Следовательно, согласно правилу изоморфизма В.М. Гольдшмидта (“изоморфизм возможен, если ионные радиусы взаимозамещающихся структурных единиц различаются не более 15%) можно предположить, что висмутил–ион не может изоморфно заместить ион натрия в силанолятной группе метилсиликоната (МСН) [3,4]. Данное предположение находит подтверждение при анализе ИК-спектра синтезированного порошка, полученного в результате смешения водно-спиртового раствора МСН с ацетоновым раствором нитрата висмута, отмытого в дистиллированной воде и высушенного при  100 °С . Так характерная полоса поглощения в ИК-спектре  синтезированного продукта для силанолятной (Si-O-Na)- группе при 935 см-1  сохраняется (рис. 1).   Рис. 1. ИК-спектр системы Na2O-Bi2O3-SiO2 (НВС- материал)  При обработке неорганических материалов алкилсиликонатами натрия гидрофобные алкилполисиликонатные слои образуются также в результате реакции карбонизации с углекислотой воздуха: RSi(OH)2 ONa  + CO2 + H2O   →    2 RSi (OH)3  +   Na2CO3                               (2)              nRSi (OH)3   →    (RSiO 1,5)n    + 1,5n H2O                                               (3) Гидрофобная силикатная пленка на поверхности неорганического материала по реакциям (2 и 3) образуется в течение 1–2 суток.При смешении щелочного раствора МСН и раствора нитрата висмута в осадок выпадает гидроксид висмута Bi(OH)3:Bi(NO3)3 + 3 NaOH =  Bi(OH)3 ↓ + 3 NaNO3,  (4)который при 100 °С переходит в оксид висмута Bi2O3. Следовательно, при температуре 100 °С и выше возможно протекание процесса поликонденсации между гидроксильными ОН-группами образующимися полиметилсиликонатом натрия и гидроксидом висмута, что подтверждено экспериментально. На рисунке 2 представлены кинетические интегральные и дифференциальные кривые распределения по размерам твердых частиц в суспензии. В начальный период (1–2 мин.) образования твердой фазы твердые частицы находились в двух дисперсных состояниях (0,1-0,5мкм. и 1-10 мкм). По-видимому, наиболее высокодисперсные частицы (0,1-0,5мкм) могут быть представлены образованием коллоидного кремнезема (SiO2∙nH2O) в виде золя в результате разрушения азотной кислотой части молекул МСН.Через 8 мин. наиболее высокодисперсные частицы (0,1-0,5 мкм) в системе не наблюдались. Через 12 мин. происходила заметная агрегация твердых частиц и их размер достигал 1000 мкм. Количество таких агрегатов в дальнейшем непрерывно возрастало.                                                    а                                                                                                            б                                                  в                                                                                                            гРис. 2.  Интегральные и дифференциальные кривые распределения по размерам твердых частиц в суспензии системы  (МСН – нитрат висмута): а) 2 – 4 мин ; б) 4 – 8 мин.;  в) 6 – 12 мин.; г) 8 – 16 мин  Полученные экспериментальные результаты свидетельствуют о высоком энергетическом уровне твердых частиц в растворе системы (МСН – нитрат висмута) в связи с их высокой удельной поверхностью (26500 см2/см3), что и обуславливает их агрегативную неустойчивость.Одним из эффективных способов активации воды является ультразвуковое (УЗ-) воздействие, относящееся к механическим способам диспергирования. Данный метод активации воды характеризуется универсальностью и эффективностью.При воздействии на водный раствор УЗ-излучения происходят сложные физико-механические процессы, появляются зоны повышенного и пониженного давления. В зонах повышенного давления создаются кавитационные каверны (микропузырьки), а в зонах пониженного давления происходит интенсивное схлопывание микрокаверн, что аналогично образованию микровзрывов.Аналогичная свежеприготовленная водная суспензия в системе (МСН - нитрат висмута) подвергалась УЗ-обработке (частота 22 кГц, интенсивность излучения 60 Вт/см2, время обработки 10 с.). Известно, что УЗ-обработка изменяет водородный показатель (рН), поверхностное натяжение, электропроводность, окислительно-восстановительный потенциал и ряд других показателей воды. Вода обладает кислотно-основными буферными свойствами (рН-const) и изменение рН воды может быть связано с изменением концентрации ионов Н+ и ОН-, что приводит к потере буферной способности воды. УЗ- активация воды приводила к возрастанию рН воды от 7,0 до 8,4 что может вызвать щелочную активацию минеральных фаз в водной суспензии, придавая поверхности минеральных фаз основной характер. По данным [5] метастабильное состояние воды сохраняется в течение 30 мин. Таким образом, УЗ-обработка приводит к подщелачиванию воды.УЗ-обработка суспензии приводила к диспергации частиц твердой фазы (рис. 3). Доля высокодисперсных частиц размером от 0,01 мкм до 0,5 мкм возрастало до 43,6 %, тогда как без УЗ- обработке этот показатель составлял 19,4 %, т.е. УЗ- обработка суспензии способствовала возрастанию высокодисперсных частиц в 2,25 раза. Удельная поверхность твердых частиц в суспензии после УЗ- обработке также возрастало с 26084 см2/см3 (без УЗ- обработке до 38563 см2/см3 (с УЗ- обработкой), т.е. в 1,5 раза (рис. 4).                                         а                                                                                 б                                       в                                                                                 гРис. 3. Интегральные и дифференциальные кривые распределения по размерам твердых частиц в суспензии системы  (МСН – нитрат висмута), подвергнутой УЗ-обработке: а) 2 – 4 мин.;  б) 4 – 8 мин.;  в) 6 – 12 мин.; г) 8 – 16 мин.  Рис. 4. Кинетика изменения удельной поверхности твердых частиц в суспензии системы  (МСН – нитрат висмута)  С течением времени в обоих типах суспензии наблюдалась агрегация твердых частиц (рис. 5). Однако УЗ-обработка суспензии приводила к ускоренной агрегации твердых частиц. Агрегация твердых частиц до размеров 100–500 мкм в суспензии, подвергнутой УЗ-обработке протекала в 3 раза быстрее, чем в суспензии не подвергнутой УЗ-обработке, что вызвано механоактивацией твердых частиц при УЗ-кавитации суспензии и как следствие повышению их агрегативной неустойчивости [6–8].   Рис. 5. Кинетика содержания высокодисперсных твердых частиц в суспензии системы (МСН – нитрат висмута) при физико-химическом воздействии  Образование наиболее крупных частиц (1000 мкм) наблюдалось в суспензии, подвергнутой УЗ-обработке через 6 мин против 12 мин в суспензии без УЗ-обработке.Таким образом, агрегативная неустойчивость системы метилсиликонат натрия – нитрат висмута значительно интенсифицируется в результате воздействия гидродинамической кавитации (ультразвука) и введения в суспензию высокодисперсного оксида висмута (Ш).Выводы. Разработана теоретическая модель взаимодействия метилсиликоната натрия в водно-спиртовом растворе с нитратом висмута (III) в ацетоновом растворе, подкисленном азотной кислотой по золь-гель технологии с образованием коллоидной твердой фазы, обладающей высокой агрегативной неустойчивостью, которая значительно интенсифицируется в результате воздействия гидродинамической кавитацией  (ультразвука) и введения в суспензию высокодисперсного оксида висмута (Ш).*Работа выполнена в рамках Программы развития опорного университета на базе БГТУ им. В.Г. Шухова.