СИНТЕЗ И ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОФОБНОГО КРЕМНЕЗЕМА

SYNTHESIS AND CHARACTERISTICS OF HYDROPHOBIC SILICA
Цитировать:
СИНТЕЗ И ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОФОБНОГО КРЕМНЕЗЕМА // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Сотиболдиев Б.С. [и др.]. 2023. 10(112). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/16060 (дата обращения: 02.03.2024).
Прочитать статью:
DOI - 10.32743/UniChem.2023.112.10.16060

 

АННОТАЦИЯ

Гидрофобный кремнезем на основе метилметоксисилана был синтезирован золь-гель-методом, его структура подтверждена методами ИК-Фурье-спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии. Гидрофобность поверхности кремнезема была показана путем измерения угла смачивания поверхности кремнезема каплей воды.

ABSTRACT

Hydrophobic silica based on methylmethoxysilane was synthesized using the sol-gel method and its structure was confirmed by scanning electron microscopy (SEM) analysis and Fourier-IR spectroscopy method. The hydrophobic nature of the silica surface was demonstrated by measuring the wetting angle of the silica surface with a water droplet.

 

Ключевые слова: метилтриметоксисилан, золь-гель метод, гидрофобный кремнезем, уголь смачивания.

Keywords: methyltrimethoxysilane, sol-gel method, hydrophobic silica, wetting angle.

 

I. Введение. В последние годы материалы на основе диоксида кремния привлекают все большее внимание благодаря своей уникальной структуре. Изменяя их свойства (поверхность, пористость, структуру и т. д.) можно расширить области применения. В частности, путем регулирования гидрофильно-гидрофобности материалов на основе кремнезема получены аэрогели, обладающие уникальными механическими свойствами, большой площадью поверхности (>1000 м2/г), очень низкой плотностью (0,03–0,20 г/см3), отличающие такими уникальными свойствами, как эффективная теплоизоляция, высокая термостойкость, негорючесть, хорошая прозрачность, низкий показатель преломления и низкая электропроводность, звукопоглощение [1-3].

Замена одной органоксигруппы в тетраорганоксисилоксане, имеющем сильную гидрофильную природу, на углеводородный радикал приводит к значительному увеличению гидрофобности кремнезема. Чем больше количество функциональных групп Si-O-Si, Si-C и CH в кремнеземе, тем выше его гидрофобность. Поэтому для получения гидрофобных материалов желательно использовать альтернативные прекурсоры с высоким процентом гидрофобных групп [4].

На основании вышеизложенного целью данного исследования является синтез гидрофобного кремнезема с использованием метилтриметоксисилана - (CH3-Si-(OCH3)3) (МТМС) золь-гель методом [5].

II. Экспериментальная часть. Процесс синтеза проводился в два этапа. На первом этапе МТМС гидролизовали в среде этанола при значении pH=10. На втором этапе полученную массу прокаливали при температуре 550оС. Процесс получения гидрофобного кремнезема можно представить следующей схемой:

гидролиз:

конденсация

 

 

Для идентификации композита использовали метод Фурье-ИК-спектроскопии (Nicolet iS50, Thermo Scientific, США). Образцы применялись в виде прессованных таблеток с KBr.

Структурная морфология поверхности композита изучена с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), оборудованного микроаналитической системой для энерго-дисперсионного рентгеновского (EDX) микроанализа Jeol JSM-IT200LA (Япония).

III. Результаты и их обсуждение. В Фурье-ИК-спектре обнаруживаются различные сигналы: помимо типичной для групп Si – ОН в области поглощения при 903,84 см-1, наблюдаются слабые колебания при 2970,43 см-1 и 2867,84 см-1, относящиеся группе С – Н, колебание при 1271,68 см-1 – группе Si – CН3, а также при 1024,59 см-1 – соответствует группе Si – O – Si (рис. 1) [4].

 

Рисунок 1. ИК-Фурье-спектр гидрофобного кремнезема

 

Структурная морфология синтезированного гидрофобного кремнезема оценена с помощью сканирующей электронной микроскопии. На рис.2 представлена СЭМ микрофотография синтезированного гидрофобного кремнезема.

 

Рисунок 2. СЭМ-микрофотография гидрофобного кремнезема

 

Как видно из СЭМ-микрофотографии, синтезированный гидрофобный кремнезем имеет высокоразвитую пористую структуру.

Гидрофобность синтезированного кремнезема оценивали путем измерения угла воздействия/смачивания, образуемого при его контакте с каплей воды. Для определения угла контакта использовался метод θ/2-угла. Угол контакта рассчитывался по следующей формуле:

  →     

Здесь: r – радиус, h – высота.

 

Результаты измерения угля смачивания образца с водой (Q2=136,4 град.) подтверждают образование гидрофобной структуры.

IV. Заключение. Таким образом, золь-гель методом на основе МТМС синтезирован гидрофобный кремнезем с высокоразвитой пористой структурой, гидрофобность которой подтерждена путем измерения угла контакта между образцом и каплей воды. Показано, что значение угла смачивания характерно для гидрофобных материалов.

 

Список литературы:

  1. He X. et al. Preparation of the methyltriethoxysilane based aerogel monolith with an ultra-low density and excellent mechanical properties by ambient pressure drying //Journal of Colloid and Interface Science. – 2021. – Т. 600. – С. 764-774.
  2. Shafi S., Zhao Y. Superhydrophobic, enhanced strength and thermal insulation silica aerogel/glass fiber felt based on methyltrimethoxysilane precursor and silica gel impregnation //Journal of Porous Materials. – 2020. – Т. 27. – №. 2. – С. 495–502.
  3. Latthe S S, Imai H, Ganesan V and Rao A V 2010 Porous superhydrophobic silica films by sol–gel process Microporous and Mesoporous Materials 130 115-21.
  4. Yun, S., Guo, T., Zhang, J., He, L., Li, Y. et al. Facile synthesis of large-sized monolithic methyltrimethoxysilane-based silica aerogel via ambient pressure drying // Journal of Sol-Gel Science and Technology. – 2017. – Т. 83. – №. 1. – С. 53-63.
  5.  Darmawan A. et al. Synthesis and characterization of hydrophobic silica thin layer derived from methyltrimethoxysilane (MTMS) //IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2018. – Т. 299. – №. 1. – С. 012041.
Информация об авторах

базовый докторант кафедры химической технологии, Наманганский инженерно-технологический институт, Узбекистан, г. Наманган

Basic Doctoral Student of the Department of Chemical Technology, Namangan Institute of Engineering and Technology, Uzbekistan, Namangan

исследователь кафедры физической химии, Национальный университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека, Узбекистан, г. Ташкент

Researcher at the Department of Physical Chemistry, National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek, Uzbekistan, Tashkent

магистрант кафедры физической химии, Национальный университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека, Узбекистан, г. Ташкент

Master student of the Department of Physical Chemistry, National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek, Uzbekistan, Tashkent

д-р хим. наук, доцент кафедры «Физическая химия» Национального университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Chemical sciences, associate professor of the Department of Physical chemistry of the National University of Uzbekistan named after MirzoUlugbek, Uzbekistan, Tashkent

д-р. хим. наук, проф., Наманганский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Наманган

Doctor of Chemical Sciences, Prof., Namangan Institute of Engineering and Technology, Republic of Uzbekistan, Namangan

д-р хим. наук, профессор, зав. кафедры физической химии Национального университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека, Республика Узбекистан, г. Ташкент

DSc, professor, Physical chemistry head of Chair of Mirzo Ulugbek National University of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top