Krzemionka hydrofobowa - Hydrophobic silica
Krzemionka hydrofobowa jest formą dwutlenku krzemu (powszechnie znanego jako krzemionka ), który ma grupy hydrofobowe chemicznie związane z powierzchnią. Grupy hydrofobowe to zwykle łańcuchy alkilowe lub polidimetylosiloksanowe . Krzemionkę hydrofobową można przetwarzać na różne sposoby; takie jak krzemionka koloidalna, krzemionka strącana oraz samoorganizacja wspomagana aerozolem , wszystkie występujące w postaci nanocząstek .
Struktura
Krzemionka hydrofobowa ma rombową strukturę krystaliczną (jej nazwa grupy przestrzennej to Pmna pod bipiramidalną grupą punktową ). Struktury rombowe są produktem rozciągania sieci sześciennej wzdłuż dwóch jej ortogonalnych par, co skutkuje strukturą krystaliczną w kształcie prostokątnego graniastosłupa.
| prosty | skoncentrowany na podstawie | skoncentrowany na ciele | skoncentrowany na twarzy |
 |
 |
 |
 |
Nieruchomości
Krzemionka hydrofobowa wykazuje właściwości wodoodporne ze względu na swoją nanostrukturę i właściwości chemiczne. Po nałożeniu na powierzchnię materiału nanocząstki przylegają do materiału nośnego i zapobiegają przenikaniu cieczy do szorstkiej tekstury. Woda styka się tylko z końcówkami nanocząstek pokrywających zewnętrzną powierzchnię materiału. Ze względu na brak przyciągania woda jest odpychana od hydrofobowej krzemionki.
Przetwarzanie
Początkowo krzemionka jest hydrofilowa ze względu na obecność grup silanolowych (Si-OH) na powierzchni cząstki. Te grupy silanolowe mogą reagować chemicznie z różnymi odczynnikami, aby uczynić krzemionkę hydrofobową. Istnieje wiele różnych metod przetwarzania krzemionki w celu uzyskania hydrofobowości, głównie poprzez dodanie grup węglowodorowych.
Hydrofobowa krzemionka koloidalna
Krzemionka koloidalna może reagować z chlorosilanami w reaktorze ze złożem fluidalnym w temperaturze 400 ° C
Hydrofobowa krzemionka strącana
Wytrąconą krzemionkę można hydrofobizować np. alkilochlorosilanami lub trimetylosilanolem w wytrąconym roztworze. Hydrofobizowana krzemionka jest filtrowana, przemywana, suszona i odpuszczana do 300–400 °C w celu zakończenia reakcji.
Krzemionka pokryta hydrofobową plazmą polimerową
Cząsteczki krzemionki mogą stać się hydrofobowe w wyniku polimeryzacji plazmowej . W procesie tym do osadzania filmów polimerowych na cząstkach krzemionki stosuje się spolimeryzowany plazmowo 1,7-oktadien (ppOD) (w odniesieniu do węglowodorów dienowych ) . Filmy ppOD osadzane są za pomocą częstotliwości radiowych wraz z reaktorem zawierającym komorę obrotową. Stosując warunki plazmy o niskiej energii właściwej , warstewki ppOD chemicznie nadają cząsteczkom krzemionki hydrofobowość.
Dzięki zastosowaniu folii ppOD hydrofilowe polarne grupy Si-OH, w samego polimeru zasłonięte niepolarnych C x H y grup węglowodorowych, aby, kiedy jest stosowany jako folia do cząstek krzemionki, stają się hydrofobowe, jak również.
Samomontaż wspomagany aerozolem
Celem tego procesu jest szybkie i ciągłe tworzenie nanostrukturalnych cząstek pochodzących z prekursora koloidu zawierającego rozpuszczalnik i cząstki krzemionki. Samodzielny montaż wspomagany aerozolem to jednoetapowy proces o dużej szybkości produkcji. Proces trwa kilka sekund pod względem czasu reakcji i nie ma potrzeby podgrzewania i chemicznej obróbki cząstek po wywołaniu.
Pierwsza część procesu polega na wytworzeniu prekursora koloidu, który składa się z nanocząstek krzemionki i rozpuszczalnika. Początkowe nanocząstki krzemionki znajdują się w amorficznej fazie krystalicznej, a rozpuszczalnik składa się z chlorku trimetylosililu (TMCS) i alkoholu etylowego . Aby zsyntetyzować hydrofobową nanostrukturalną krzemionkę tą metodą, prekursor koloidu zawierający cząstki rozpuszczalnika i krzemionki jest rozpylany przez generator aerozolu. Kropelki są następnie transportowane gazem nośnym do pieca, gdzie są ogrzewane. Po wejściu do pieca alkohol etylowy odparowuje z prekursora koloidu, umożliwiając samoorganizację pomiędzy cząstkami krzemionki i środkiem do obróbki powierzchni, TMCS.
Wyniki tego procesu powodują, że cząstki krzemionki grupują się i łączą w kuliste cząstki nanostrukturalne. Dzięki zgrupowaniu tych nanocząstek krzemionki w cząstki nanostrukturalne, w nanostrukturze rozwija się pewien procent porowatości w zależności od stężenia TMCS. Zwiększenie stężenia TMCS zmniejsza powierzchnię właściwą nanostrukturalnych cząstek krzemionki. Wykazana hydrofobowość jest wynikiem reakcji chemicznej zachodzącej pomiędzy cząstkami krzemionki a TMCS. Jeżeli pierwotne SiO 2 grup -OH zastępuje się hydrolitycznie stabilne Si (CH 3 ) grupy, to hydrofobowe występuje ze względu na zapobieganie cząstek krzemionki z interakcji z wodą.
Aplikacje
Krzemionka hydrofobowa jest stosowana do rozwiązywania problemów technicznych w wielu produktach, w tym między innymi w farbach , tuszach , klejach , tworzywach sztucznych , powłokach , tonerach , środkach przeciwpieniących , gumie silikonowej , uszczelniaczach , kosmetykach , dodatkach do żywności , żywicach poliestrowych , żelach kablowych , i smary . Często jest wytwarzany jako kompozyty jedno- i wielofazowe w celu poprawy właściwości, takich jak dyspersja, stabilność, odporność na wodę i funkcjonalność.
Poddana obróbce zagregowana pirogeniczna krzemionka
Krzemionkę hydrofobową można stosować do traktowania innych powierzchni, aby stały się hydrofobowe, jest to spowodowane morfologią cząstek krzemionki po ich przyleganiu do gospodarza. Cząstki krzemionki następnie zmieniają powierzchnię materiału macierzystego, powodując hydrofobową powierzchnię.
Zagregowaną krzemionkę koloidalną można nakładać na duże powierzchnie, aby nadać im właściwości hydrofobowe. Charakterystyce hydrofobowej przypisuje się struktury w skali mikro i nano, przypominające formy kuliste i blokowe. Ze względu na zmianę pierwotnej tekstury powierzchni, chropowatość powierzchni powoduje zwiększenie jej hydrofobowości. Dzieje się tak dlatego, że gdy woda wchodzi w kontakt z szorstką powierzchnią, dotyka tylko końcówek szorstkiej tekstury i nie przenika głębiej przez resztę zajmowanej przez powietrze struktury. Woda nie może rozchodzić się po powierzchni, dzięki czemu uzyskuje właściwości hydrofobowe.
Dodatkowe aplikacje
- Dobra konsumpcyjne
- Kontrola reologii
- Zachowanie zawieszenia i stabilności
- Modyfikacja właściwości mechanicznych/optycznych