Гидрофобный диоксид кремния - Hydrophobic silica

Гидрофобный диоксид кремния это форма диоксид кремния (широко известный как кремнезем ) который имеет гидрофобный группы химически связанный на поверхность. Гидрофобные группы обычно алкил или же полидиметилсилоксан цепи. Гидрофобный кремнезем можно обрабатывать разными способами; Такие как пылающий кремнезем, осажденный кремнезем, и с помощью аэрозоля самостоятельная сборка, все существующие в виде наночастицы.

Структура

Гидрофобный кремнезем имеет ромбический Кристальная структура (это космическая группа имя Pmna под бипирамидальной точечная группа ).[1] Орторомбические структуры являются результатом растяжения кубической решетки вдоль двух ее ортогональных пар, в результате чего получается кристаллическая структура в форме прямоугольной призмы.

Орторомбические решетки Браве[2]
простоцентрированный по основаниюсосредоточенный на телесосредоточенный на лице
Ортогомбический, простой
Ортогомбический, центрированный по основанию
Ортогомбический, телесно-центрированный
Ортогомбический, центрированный по лицу

Характеристики

Гидрофобный диоксид кремния обладает водостойкими свойствами благодаря своему наноструктура и химические свойства. 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 кремнезема.[3]

Обработка

Первоначально кремнезем является гидрофильным из-за наличия силанол (Si-OH) группы 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

Белая сажа может реагировать с хлорсиланы в псевдоожиженный слой реактор при 400 ° C[4]

Гидрофобный осажденный диоксид кремния

Осажденный кремнезем может быть гидрофобизирован, например, алкилхлорсиланы или же триметилсиланол в выпавшем 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 из-за плазменная полимеризация. В этом процессе плазменная полимеризация 1,7-октадиен (ppOD) (относящийся к диен углеводороды ) используется для депозита полимер пленки на частицы кремнезема. Пленки ppOD осаждаются с помощью радиочастоты вместе с реактором, содержащим вращающуюся камеру. Используя низкий удельная энергия В условиях плазмы пленки ppOD химически делают частицы диоксида кремния гидрофобными.[6]

Используя пленки ppOD, гидрофильные полярный Группы Si-OH в самом полимере скрыты неполярный CИксЧАСу углеводородные группы, поэтому, когда он наносится в виде пленки на частицы кремнезема, они также становятся гидрофобными.[7]

Самостоятельная сборка с помощью аэрозоля

Цель этого процесса - быстро и непрерывно создавать наноструктурированный частицы, происходящие из коллоид прекурсор, содержащий растворитель и частицы кремнезема. С помощью аэрозоля самостоятельная сборка 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 аморфный кристаллический фаза и растворитель состоит из триметилсилилхлорид (TMCS) и этиловый спирт. 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, что приводит к самосборке между частицами кремнезема и агентом для обработки поверхности TMCS.

В результате этого процесса частицы диоксида кремния объединяются в сферические наноструктурированные частицы. Группируя эти наночастицы диоксида кремния в наноструктурированную частицу, определенный процент пористость развивается внутри наноструктуры в зависимости от количества концентрации TMCS. Увеличение количества концентрации TMCS снижает удельная поверхность наноструктурированных частиц диоксида кремния. Проявленная гидрофобность является результатом химической реакции, происходящей между частицами кремнезема и TMCS. Когда исходный SiO2-ОН группы заменены гидролитически стабильным Si (CH3) групп, 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, клеи, пластмассы, покрытия, тонеры, пеногасители, резинка, герметики, косметика, пищевые добавки, полиэфирные смолы, кабельные гели, и смазки. Часто изготавливается как однофазный, так и многофазный. композиты для улучшения таких свойств, 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 коллоидный 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, что придает ей гидрофобные свойства.[3]

Дополнительные приложения

  • Потребительские товары
  • Реология контроль
  • Приостановка и стабильность поведения
  • Модификация механических / оптических свойств

Рекомендации

  1. ^ Flanigen, E.M .; и другие. (1978). «Силикат, новое гидрофобное молекулярное сито из кристаллического кремнезема». Природа. 271 (5645): 512–516. Bibcode:1978Натура.271..512F. Дои:10.1038 / 271512a0.
  2. ^ "Орторомбический". Википедия Commons. Получено 6 декабря 2014.
  3. ^ а б Ли, Цзянь; и другие. (2011). «Изготовление супергидрофобных поверхностей с длительной стабильностью». Журнал дисперсионной науки и техники. 32 (7): 969–973. Дои:10.1080/01932691.2010.488513.
  4. ^ Brünner, H .; Шютте, Д. (1965), Chem. Ing. Tech., 89: 437 Отсутствует или пусто | название = (помощь)
  5. ^ DE-AS 2,435,860, Reinhardt, H. & et al., Выдано 25.07.1974 г. 
  6. ^ Ахаван, Бехнам; и другие. (2013). «Настройка гидрофобности частиц диоксида кремния, покрытых плазменным полимером». Порошковая технология. 249: 403–411. Дои:10.1016 / j.powtec.2013.09.018.
  7. ^ Ахаван, Бехнам; и другие. (Ноябрь 2013). «Эволюция гидрофобности в плазменных полимеризованных 1,7-октадиеновых пленках». Плазменные процессы и полимеры. 10 (11): 1018–1029. Дои:10.1002 / ppap.201300055.
  8. ^ Хи Дон Чан; Дэ Суп Кил; Ханквон Чанг; Кук Чо; Сон Гён Ким; Кён Джун О (2010). «Приготовление гидрофобных наноструктурированных частиц диоксида кремния путем самосборки с помощью аэрозоля». 10-я Международная конференция IEEE по нанотехнологиям. С. 511–514. Дои:10.1109 / NANO.2010.5697911. ISBN  978-1-4244-7033-4.