Hydrofobní oxid křemičitý - Hydrophobic silica

Hydrofobní oxid křemičitý je forma oxid křemičitý (běžně známý jako oxid křemičitý ) to má hydrofobní skupiny chemicky vázané na povrch. Hydrofobní skupiny jsou normálně alkyl nebo polydimethylsiloxan řetězy. Hydrofobní oxid křemičitý lze zpracovat různými způsoby; jako kouřil oxid křemičitý, vysrážený oxid křemičitý a asistoval aerosol vlastní montáž, všechny existující ve formě nanočástice.

Struktura

Hydrofobní oxid křemičitý má ortorombický Krystalická struktura (své vesmírná skupina jméno je Pmna pod bipyramidální bodová skupina ).[1] Ortorombické struktury jsou výsledkem protažení kubické mřížky podél dvou jejích ortogonálních párů, což má za následek pravoúhlou hranolovou krystalovou strukturu.

Orthorhombic Bravais svazy[2]
jednoduchýna středstředem tělana obličej
Orthohombic, jednoduché
Orthohombic, základna
Orthohombic, střed těla
Orthohombic, tvář-střed

Vlastnosti

Hydrofobní oxid křemičitý vykazuje vlastnosti odolné vůči vodě nanostruktura a chemické vlastnosti. Při nanesení na povrch materiálu nanočástice ulpívají na hostitelském materiálu a zabraňují kapalinám pronikat drsnou strukturou. Voda přichází do styku pouze se špičkami nanočástic, které pokrývají vnějšek materiálu. Kvůli nedostatku přitažlivosti je voda odpuzována od hydrofobního oxidu křemičitého.[3]

zpracovává se

Zpočátku je oxid křemičitý hydrofilní v důsledku přítomnosti silanol (Si-OH) skupiny na povrchu částice. Tyto silanolové skupiny mohou chemicky reagovat s různými činidly, aby se oxid křemičitý stal hydrofobním. Existuje mnoho různých metod zpracování oxidu křemičitého, aby se stal hydrofobním, hlavně přidáním uhlovodíkových skupin.

Hydrofobní pyrogenní oxid křemičitý

Mikronizovaný oxid křemičitý může reagovat s chlorsilany v vodní postel reaktor při 400 ° C[4]

Hydrofobní vysrážený oxid křemičitý

Srážený oxid křemičitý lze hydrofobizovat např. alkylchlorsilany nebo trimethylsilanol ve vysráženém roztoku. Hydrofobizovaný oxid křemičitý se filtruje, promyje, suší a temperuje na 300–400 ° C, aby se reakce dokončila.[5]

Hydrofobní oxid křemičitý potažený polymerem plazmy

Částice oxidu křemičitého se mohou stát hydrofobními plazmová polymerace. V tomto procesu plazma polymerovala 1,7-oktadien (ppOD) (související s dien uhlovodíky ) slouží k vkladu polymer filmy na částice oxidu křemičitého. Filmy ppOD se ukládají pomocí rádiových frekvencí spolu s reaktorem obsahujícím rotující komoru. Používání nízké specifická energie plazmové podmínky, filmy ppOD chemicky činí částice oxidu křemičitého hydrofobní.[6]

Použitím ppOD filmů je hydrofilní polární Si-OH skupiny v samotném polymeru jsou skryty nepolární CXHy uhlovodíkové skupiny, takže když se aplikuje jako film na částice oxidu křemičitého, stanou se také hydrofobními.[7]

Samostatná montáž pomocí aerosolu

Cílem tohoto procesu je rychle a průběžně vytvářet nanostrukturované částice odvozené z a koloidní prekurzor obsahující a solventní a částice oxidu křemičitého. Asistoval aerosol vlastní montáž je jednostupňový proces s vysokou rychlostí výroby. Proces trvá několik sekund, pokud jde o reakční dobu, a není zde žádný požadavek na zahřívání a chemickou úpravu částic po vyvolání.

První částí procesu je vytvoření koloidního prekurzoru, který se skládá z nanočástic oxidu křemičitého a rozpouštědla. Počáteční nanočástice oxidu křemičitého jsou v amorfní krystalický fáze a rozpouštědlo se skládá z trimethylsilylchlorid (TMCS) a ethylalkohol. K syntéze hydrofobního nanostrukturovaného oxidu křemičitého pomocí této metody je koloidní prekurzor obsahující rozpouštědlo a částice oxidu křemičitého rozprašován generátorem aerosolu. Kapičky jsou poté transportovány nosným plynem do pece, kde jsou zahřívány. Po vstupu do pece se ethylalkohol odpařuje z koloidního prekurzoru, což umožňuje samo-sestavení mezi částicemi oxidu křemičitého a činidlem pro úpravu povrchu, TMCS.

Výsledky tohoto procesu způsobí, že se částice oxidu křemičitého spojí do sférických nanostrukturovaných částic. Seskupením těchto nanočástic oxidu křemičitého do nanostrukturované částice, určité procento pórovitost se vyvíjí v nanostruktuře související s množstvím koncentrace TMCS. Zvyšování množství koncentrace TMCS snižuje specifický povrch nanostrukturovaných částic oxidu křemičitého. Vykazovaná hydrofobicita je výsledkem chemické reakce probíhající mezi částicemi oxidu křemičitého a TMCS. Když původní SiO2-OH skupiny jsou nahrazeny hydrolyticky stabilním Si (CH3), tato hydrofobicita nastává v důsledku zabránění interakce částic oxidu křemičitého s vodou.[8]

Aplikace

Hydrofobní oxid křemičitý se používá k řešení technických problémů u řady výrobků, mimo jiné včetně barvy, inkousty, lepidla, plasty, nátěry, tonery, odpěňovače, silikonová guma, tmely, kosmetika, přísady do jídla, polyesterové pryskyřice, kabelové gely, a tuky. Často se vyrábí jako jednofázové i vícefázové kompozity za účelem zlepšení vlastností, jako je disperze, stabilitní chování, odolnost proti vodě a funkčnost.

Upravený agregovaný pyrogenní oxid křemičitý

Hydrofobní oxid křemičitý lze použít k ošetření jiných povrchů tak, aby se staly hydrofobními, což je způsobeno morfologií částic oxidu křemičitého, jakmile přilnou k hostiteli. Částice oxidu křemičitého pak mění povrch svého hostitelského materiálu, což vede k hydrofobnímu povrchu.

Agregované mikronizovaný oxid křemičitý lze aplikovat na velké povrchy, aby byly hydrofobní. Mikro a nanoměřítkové struktury připomínající podobu kuliček a bloků jsou připisovány hydrofobním charakteristikám. Kvůli změně textury původního povrchu způsobí drsnost povrchu zvýšení jeho hydrofobicity. Je to proto, že když voda přijde do kontaktu s drsným povrchem, dotkne se pouze špiček drsné textury a neprostupuje hlouběji skrz zbytek struktury obsažené vzduchem. Voda se nemůže šířit povrchem, čímž poskytuje hydrofobní vlastnosti.[3]

Další aplikace

  • Spotřební zboží
  • Reologie řízení
  • Suspenze a chování stability
  • Modifikace mechanických / optických vlastností

Reference

  1. ^ Flanigen, E. M .; et al. (1978). „Silikát, nové hydrofobní krystalické křemíkové molekulární síto“. Příroda. 271 (5645): 512–516. Bibcode:1978Natur.271..512F. doi:10.1038 / 271512a0.
  2. ^ „Ortorombický“. Wikipedia Commons. Citováno 6. prosince 2014.
  3. ^ A b Li, Jian; et al. (2011). „Výroba superhydrofobních povrchů s dlouhodobou stabilitou“. Journal of Dispersion Science and Technology. 32 (7): 969–973. doi:10.1080/01932691.2010.488513.
  4. ^ Brünner, H .; Schutte, D. (1965), Chem. Ing. Tech., 89: 437 Chybějící nebo prázdný | název = (Pomoc)
  5. ^ DE-AS 2 435 860, Reinhardt, H. & et al., Vydáno 25.07.1974 
  6. ^ Akhavan, Behnam; et al. (2013). "Ladění hydrofobicity částic oxidu křemičitého potažených plazmatickým polymerem". Technologie prášku. 249: 403–411. doi:10.1016 / j.powtec.2013.09.018.
  7. ^ Akhavan, Behnam; et al. (Listopad 2013). „Evoluce hydrofobicity v plazmově polymerovaných 1,7-oktadienových filmech“. Plazmové procesy a polymery. 10 (11): 1018–1029. doi:10.1002 / ppap.201300055.
  8. ^ Hee Dong Jang; Dae Sup Kil; Hankwon Chang; Kuk Cho; Sun Kyung Kim; Kyoung Joon Oh (2010). "Příprava hydrofobních nanostrukturovaných částic oxidu křemičitého pomocí aerosolu asistované samo-montáže". 10. mezinárodní konference IEEE o nanotechnologiích. str. 511–514. doi:10.1109 / NANO.2010.5697911. ISBN  978-1-4244-7033-4.