Гидрофобный диоксид кремния - это форма диоксида кремния (обычно известного как диоксид кремния ), который имеет гидрофобные группы, химически связанные с поверхностью. Гидрофобные группы обычно представляют собой алкильные или полидиметилсилоксановые цепи. Гидрофобный кремнезем можно обрабатывать разными способами; такие как коллоидный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния и самосборка с помощью аэрозоля , все существующие в форме наночастиц .
Состав
Гидрофобный кремнезем имеет ромбическую кристаллическую структуру (его название пространственной группы Pmna под точечной бипирамидальной группой ). [1] Орторомбические структуры являются результатом растяжения кубической решетки вдоль двух ее ортогональных пар, в результате чего получается кристаллическая структура в форме прямоугольной призмы.
просто | центрированный по основанию | сосредоточенный на теле | сосредоточенный на лице |
Характеристики
Гидрофобный диоксид кремния проявляет водостойкость благодаря своей наноструктуре и химическим свойствам. При нанесении на поверхность материала наночастицы прилипают к материалу-хозяину и предотвращают проникновение жидкости через шероховатую текстуру. Вода контактирует только с кончиками наночастиц, покрывающих материал снаружи. Из-за отсутствия притяжения вода отталкивается от гидрофобного диоксида кремния. [3]
Обработка
Первоначально диоксид кремния является гидрофильным из-за присутствия силанольных (Si-OH) групп на поверхности частицы. Эти силанольные группы могут химически реагировать с различными реагентами, делая кремнезем гидрофобным. Существует множество различных методов обработки диоксида кремния, чтобы сделать его гидрофобным, в основном путем добавления углеводородных групп.
Гидрофобный коллоидальный диоксид кремния
Коллоидный диоксид кремния может реагировать с хлорсиланами в реакторе с псевдоожиженным слоем при 400 ° C [4]
Гидрофобный осажденный диоксид кремния
Осажденный диоксид кремния можно гидрофобизировать, например, с помощью алкилхлорсиланов или триметилсиланола в осажденном растворе. Гидрофобизированный диоксид кремния фильтруют, промывают, сушат и доводят до температуры 300–400 ° C для завершения реакции. [5]
Диоксид кремния с гидрофобным плазменным полимерным покрытием
Частицы кремнезема могут стать гидрофобными в результате плазменной полимеризации . В этом процессе 1,7-октадиен , полимеризованный в плазме (ppOD) (относящийся к диеновым углеводородам ), используется для нанесения полимерных пленок на частицы диоксида кремния. Пленки ppOD осаждаются с помощью радиочастот вместе с реактором, содержащим вращающуюся камеру. Используя условия плазмы с низкой удельной энергией , пленки ppOD химически делают частицы диоксида кремния гидрофобными. [6]
При использовании пленок ppOD гидрофильные полярные группы Si-OH в самом полимере скрываются неполярными углеводородными группами C x H y , поэтому при нанесении пленки на частицы кремнезема они также становятся гидрофобными. [7]
Самостоятельная сборка с помощью аэрозоля
Целью этого процесса является быстрое и непрерывное создание наноструктурированных частиц, происходящих из коллоидного предшественника, содержащего растворитель и частицы диоксида кремния. Самостоятельная сборка с помощью аэрозоля - это одностадийный процесс с высокой производительностью. Процесс занимает несколько секунд с точки зрения времени реакции, и нет необходимости нагревать и химически обрабатывать частицы после проявления.
Первая часть процесса заключается в создании коллоидного предшественника, который состоит из наночастиц диоксида кремния и растворителя. Исходные наночастицы кремнезема находятся в аморфной кристаллической фазе, а растворитель состоит из триметилсилилхлорида (TMCS) и этилового спирта . Для синтеза гидрофобного наноструктурированного диоксида кремния с использованием этого метода коллоидный предшественник, содержащий растворитель и частицы диоксида кремния, распыляется с помощью генератора аэрозолей. Затем капли транспортируются газом-носителем в печь, где они нагреваются. При входе в печь этиловый спирт испаряется из коллоидного предшественника, позволяя происходить самосборке между частицами диоксида кремния и агентом для обработки поверхности, TMCS.
В результате этого процесса частицы диоксида кремния объединяются в сферические наноструктурированные частицы. Группируя эти наночастицы кремнезема в наноструктурированную частицу, в наноструктуре развивается определенный процент пористости, связанный с величиной концентрации TMCS. Увеличение количества концентрации TMCS снижает удельную поверхность наноструктурированных частиц диоксида кремния. Проявленная гидрофобность является результатом химической реакции, происходящей между частицами диоксида кремния и TMCS. Когда исходные группы SiO 2 -OH заменяются гидролитически стабильными группами Si (CH 3 ), эта гидрофобность возникает из-за предотвращения взаимодействия частиц диоксида кремния с водой. [8]
Приложения
Гидрофобный диоксид кремния используется для решения технических проблем в ряде продуктов, включая, помимо прочего, краски , чернила , адгезивы , пластмассы , покрытия , тонеры , пеногасители , силиконовый каучук , герметики , косметику , пищевые добавки , полиэфирные смолы , кабельные гели , и смазки . Его часто производят как в виде однофазных, так и в виде многофазных композитов , чтобы улучшить такие свойства, как дисперсность, стабильность, водостойкость и функциональность.
Обработанный агрегированный коллоидальный кремнезем
Гидрофобный диоксид кремния можно использовать для обработки других поверхностей, чтобы сделать их гидрофобными, это связано с морфологией частиц диоксида кремния, когда они прилипают к своему хозяину. Затем частицы диоксида кремния изменяют поверхность своего материала-хозяина, что приводит к гидрофобной поверхности.
Агрегированный коллоидальный диоксид кремния можно наносить на большие поверхности, чтобы сделать их гидрофобными. Микро- и наноразмерные структуры, напоминающие шаровые и блочные формы, приписываются гидрофобным характеристикам. Из-за изменения исходной текстуры поверхности шероховатость поверхности приводит к увеличению ее гидрофобности. Это связано с тем, что, когда вода соприкасается с шероховатой поверхностью, она касается только кончиков шероховатой текстуры и не проникает глубже через остальную часть занимаемой воздухом конструкции. Вода не может растекаться по поверхности, поэтому она приобретает гидрофобные свойства. [3]
Дополнительные приложения
- Потребительские товары
- Контроль реологии
- Подвеска и устойчивость
- Модификация механических / оптических свойств
Рекомендации
- ^ Flanigen, EM; и другие. (1978). «Силикат, новое гидрофобное молекулярное сито из кристаллического кремнезема». Природа . 271 (5645): 512–516. Bibcode : 1978Natur.271..512F . DOI : 10.1038 / 271512a0 . S2CID 4266556 .
- ^ «Орторомбический» . Википедия Commons . Проверено 6 декабря 2014 .
- ^ а б Ли, Цзянь; и другие. (2011). «Изготовление супергидрофобных поверхностей с длительной стабильностью». Журнал дисперсионной науки и техники . 32 (7): 969–973. DOI : 10.1080 / 01932691.2010.488513 . S2CID 97889214 .
- ^ Brünner, H .; Schutte, D. (1965), Chem. Ing. Tech. , 89 : 437 Отсутствует или пусто
|title=
( справка ) - ^ ДЕ-АС 2435860 , Рейнхардт, Х. и др., Выданном 25.07.1974
- ^ Ахаван, Бехнам; и другие. (2013). «Настройка гидрофобности частиц диоксида кремния, покрытых плазменным полимером». Порошковая технология . 249 : 403–411. DOI : 10.1016 / j.powtec.2013.09.018 .
- ^ Ахаван, Бехнам; и другие. (Ноябрь 2013). «Эволюция гидрофобности в плазменных полимеризованных 1,7-октадиеновых пленках». Плазменные процессы и полимеры . 10 (11): 1018–1029. DOI : 10.1002 / ppap.201300055 .
- ^ Хи Дон Чан; Дэ Суп Кил; Ханквон Чанг; Кук Чо; Сон Гён Ким; Кён Джун О (2010). «Получение гидрофобных наноструктурированных частиц диоксида кремния путем самосборки с помощью аэрозоля». 10-я Международная конференция IEEE по нанотехнологиям . С. 511–514. DOI : 10.1109 / NANO.2010.5697911 . ISBN 978-1-4244-7033-4. S2CID 40129590 .