ГИДРОФОБИЗАЦИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КРЕЙМНИЙОРГАНИЧЕСКИМИ ЭМУЛЬСИЯМИ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫМИ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ

ВВЕДЕНИЕ
6
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 7
1.1 Методы защиты материалов от влаги 7
1.2 Гидрофобизация 8
1.3 Физико-химические основы гидрофобизации. Гидрофобность, водонепроницаемость и водостойкость
9
1.3.1 Смачивание твердых тел жидкостями 10
1.3.2 Угол смачивания 10
1.3.3 Значения краевых углов, образуемых водой на твердых поверхностях 11
1.3.4 Краевые углы и ориентация молекул на твердых поверхностях 12
1.3.5 Изменение краевого угла под влиянием посторонних веществ, адсорбированных на твердой поверхности
13
1.4 Смачивание шероховатых и пористых поверхностей 16
1.5 Кремнийорганические пленкообразующие и гидрофобизирующие соединения и материалы
16
1.6 Полиорганогидридсилоксаны 22
1.7 Тетраалкоксисиланы 23
1.8 Физико-химические свойства кремнийорганических гидрофобных покрытий 18
1.4 Фотокаталические свойства диоксида титана 25
1.8.1 Реакционная способность кремнийорганических соединений 25
1.9 Природа связи водоотталкивающих кремнийорганических покрытий с поверхностью гидрофобизованных материалов
27
1.10 Устойчивость гидрофобных кремнийорганических покрытий к воздействию химических реагентов и атмосферных факторов
27
1.11 Области применения кремнийорганических соединений в качестве гидрофобизаторов
32
1.12 История применения гидрофобизирующих добавок 33
1.13 Объемная гидрофобизация 38
1.6 Практическое применение фотокаталитически активных материалов в различных областях 33
1.14 Отсечная гидрофобизация 38
1.15 Поверхностная гидрофобизация 39
1.16 Гидрофобизация бетонов и растворов 39
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 43
2.1 Объекты исследования 43
2.2 Характеристика кремнийорганической эмульсии 45
2.2.1 Получение эмульсии 46
2.2.2 Описание технологического процесса 47
2.2.3 Определение краевого угла смачивания 47
2.2.4 Анализ исследуемых объектов методом оптической микроскопии 50
2.3 Обсуждение полученных результатов 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 60

Весь текст будет доступен после покупки

Применение инновационных и альтернативных материалов в настоящее время является перспективным направлением в ряде промышленных отраслей. Среди них –кремнийорганические эмульсии, стабилизированные легированными наночастицами. Перспективы их применения касаются микроэлектроники, полупроводников и ряда других направлений современного производства. Важный момент, касающийся соответствующих направлений -фотокаталитические реакции, в которых проявляют себя диоксид кремния и диоксид титана. Отличительные особенности, как фотокатализатор, проявляет диоксид титана, на основе которого уже созданы некоторые материалы, например, защитные покрытия для стекол, способные самоочищаться под воздействием ультрафиолетового солнечного излучения.
Актуальность темы обусловлена перспективами расширения промышленного использования диоксида кремния и диоксида титана для создания инновационных материалов и продуктов.
Цель работы − изучить основные особенности кремнийорганических эмульсий, стабилизированных легированными наночастицами.
Кремнийорганические соединения и материалы способны придавать хорошие водоотталкивающие свойства обрабатываемым материалам. Наиболее распространенным способом придания водоотталкивающих свойств различным материалам кремнийорганическими соединениями является гидрофобизация.
В работе изучен способ создания защитного покрытия из легированных TiO2 и SiO2 на поверхности древесины путем формирования тонкой гидрофобной пленки из полиорганосилоксановой эмульсии, содержащей данные частицы в качестве стабилизаторов. При этом создается гидрофобный слой, способный разлагать органические загрязнения под действием солнечного излучения.

Весь текст будет доступен после покупки

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Методы защиты материалов от влаги

Одной из особенностей современных строительных изделий и материалов является их пористость, а вследствие этого − высокое влагопоглощение. Вода, проникая сквозь поверхность в капилляры, образует пленки, снижающие однородную структуру
материалов [1].
Поглощение жидкостей, газов или паров твердым телом называют адсорбцией. Данный процесс – результат воздействия электростатических сил, возникающих на поверхности тела. Адсорбирующая влага переносит и растворы солей, которые кристаллизируются и приводят к нарушению структуры материала. К тому же она способствует росту микроорганизмов (бактерии, лишайники), выделяющих различные химические вещества и ускоряющих разрушение.
Дождевая вода, проникая в поры материала, при отрицательных температурах увеличивается в объеме и может вызвать локальную деструкцию. Кроме того, дождевая вода − это тоже раствор, содержащий, в частности, оксиды углерода, серы, азота и фосфора, аммиак, хлор и хлористый водород и разрушающе действующий на бетон, мрамор, силикатный кирпич и другие материалы. При этом в стеновых материалах увеличивается количество пор, капилляров и микротрещин, являющихся все новыми очагами агрессии, и степень разрушения материала существенно возрастает. Даже очень небольшое содержание в воздухе кислотных оксидов серы и азота, а также хлористого водорода способно вызвать смещение такого экологического параметра атмосферы, как углекислотное равновесие. В этом случае существенно повышается содержание в воздухе свободной, так называемой "агрессивной" углекислоты. Следует отметить, что агрессивным углекислый газ является по отношению к минеральным строительным материалам (извести, мрамору и бетону), поскольку превращает нерастворимый кальцит СаСО3 в водорастворимый гидрокарбонат кальция:
СаСО3+СО2+Н2О→Са(НСО3)2 (1.1)
По сути происходит элементарное вымывание материала с дополнительным образованием трещин, пор и раковин. Однако основным врагом является перепад температуры, при котором происходит циклическое замораживание - оттаивание влаги в порах материала, вследствие чего он постепенно разрушается.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Методы получения наноматериалов : учебное пособие // составители Н. С. Шабанов, А. Б. Исаев. – Махачкала : ДГУ, 2019. – 80 с.
2. Пломодьяло Р. Л. Нанотехнологии. Получение, методы контроля и международная стандартизация наноматериалов : учебное пособие // Р. Л. Пломодьяло. – Краснодар :КубГТУ, 2018. – 135 с.
3. http://megahimtrade.ru/specifikaciya_dioksida_kremniya
4. Gardon M., Guilemany J. M. Milestones in Functional Titanium Dioxide Thermal Spray Coatings: A Review // M. Gardon, J. M. Guilemany. – Journal of Thermal Spray Technology, 2014.
5. Photobactericidal effects of TiO2 thin films at low temperatures - a preliminary study // T. P. Tim Cushnie [etc.]. – Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. – №(2-3)- pp. 290-294
6. Photocatalytic surfaces obtained through one-step thermal spraying of titanium // C. Croitoru [etc.]. Applied Surface Science, 2020. – Volume 504. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169433219329897
7. Revolutionary self-cleaning membrane. URL: https://taiyo-europe.com/materials/air-purify/
8. Saraswati T.E., Nugroho K., Anwar M. An Anticorrosion Coating from Ball-milled Wood Charcoal and Titanium Dioxide using a Flame Spray Method // T. E. Saraswati, K. Nugroho, M. Anwar. – International Journal of Technology. – Volume 9(5). – pp. 983-992. URL: https://ijtech.eng.ui.ac.id/article/view/1266
9. Self-cleaning Photocatalytic Activity: Materials and Applications // N. B. McGuinness, H. John, M.K. Kavitha, S. Banerjee. – Photocatalysis: Applications. – Edition: 1st. – Chapter 8 pp. 204-235. URL: https://www.researchgate.net/publication/285770724_Self-cleaning_Photocatalytic_Activity_Materials_and_Applications
10. Self-Cleaning Walls and Windows. Photocatalysts Used on Buildings and Trains. URL: https://web-japan.org/trends/08_sci-tech/sci090116.html
11. Лабузова М.В., Губарева Е.Н., Огурцова Ю.Н., Строкова В.В., Свойства фотокаталитического композиционного материала на основе кремнеземного сырья. Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2018. №8. С. 82-93
12. Пащенко А. А., Воронков М. Г., Михайленко Л. А., Круглицкая В. Я., Ласская Е. А. Гидрофобизация. – Киев: Наукова думка, 1973. 240с.

13. SchulmanF., ZismanW. A.Organotinchemistry // J. Amer. Chem. Soc. 1982, V.74, P.2133
14. Солодкая П. А., Беликов М. Л. Фотокалитические свойства Co-модифицированного диоксида титана на примере различных органических красителей: анилин, ферроин, метиленовый синий.Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. В. И. Тананаева ФИЦ «КНЦ РАН», Апатиты, Россия.
15. БеликовМ. Л., СедневаТ. А., Локшин Э. П. Фотокаталитически активные в видимом свете нанокомпозиты на основе диоксида титана. Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия.
16. Стенин А.А., Айзенштадт А.М., Шинкарук А.А., Демидов М.Л., Фролова М.А., Минеральный модификатор поверхности для защиты строительных материалов из древесины. 2014. Научно технический и производственный журнал. С. 51-53.
17. Вельтцин В., Хаушильд Г. О силиконах и их применении в отделки текстильных изделий. - М.: Гизлегпром, 1978. - 163с.
18. Панферов К. В., Романенков Н. Г. Влияние условий синтеза и хранения алкилсиланолятов натрия на их растворимость в воде // Пластические массы. - 1980. - №4. - С.35.
19. Машкин Н.А. Повышение стойкости и долговечности модифицированной полимерами древесины: Учебное пособие. Новосибирск: НГАС. 1996. 64с.
20. Ломакин А.Д. Защита древесины и древесных материалов. М.: Лесная промышленность 1990. 256с.
22. Покровская Е.Н. Котенева И. В. Гидрофобизация древесных материалов
фосфор- и кремнийорганическими соединениями // Строительные материалы 2003. №5, С.40-41.
23. Сидоров В.И., Покровская E.HL, Бельцова Т.Г. Модифицирование древесины кремнийорганическими соединениями // Химия древесины. 1986. №6, С.55-57.
24. Покровская Е.Н., Сидоров В.HL, Мельникова И.Н., Приходько П.Л., Киреев B.В. Гидрофобизация древесины кремнийорганическими соединениями // Химия древесины. 19%. №1 C. 90-96.
25. Сидоров В.И., Покровская Е.Н., Мельникова И.Н., Киреев В.В. Гидрофобизация древесины при совместном действии фосфора и кремнийорганических соединений //Химическая технология, свойства и применение пластмасс. -Л,, 1989, -С 140-143 .
26. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии/ Под ред. Ю. Г. Фролова, А. С. Гродского. - М.: Химия, 1986. - 216с.
27. Борисов C. H., Воронков М. Г., Лукевиц Э. Кремнеэлементорганические соединения. - Л.: Химия, 1986. - 369с.
28. Лаская E. А., Воронков М. Г. Способ обработки синтетических волокнистых материалов для придания им антистатических и водоотталкивающих свойств // ЖПХ. - 1972. - №35. - С. 1090 - 1093.
29. Милс Р., Льюис Ф.М. Силиконы. Пер. с англ. В.И. Пахомова. - М.: Химия, 1964. - 255с.
30. Соболевский М. B., Скороходов И. И., Гриневич К. П. Олигоорганосилоксаны. Свойства, получение и применение/Под. Ред. М. В. Соболевского. - М.: Химия, 1985. - 264с.
31. Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии. - М.: Химия, 1982. 368с.
32. Хрусталев С. С., Воронков М. Г. Использование продуктов деструкции
структурированных силиконовых эластомеров вкачествегидрофобизаторов // ЖПХ. - 1985. - №28. - С.914 - 916.
33. Воронков M.Г. Синтез и свойства олигоизобутилен и фенолксисилоксановых сополимеров // ЖОХ. - 1979. - №29.- С.900 - 907.
34. Воронков М. Г. Гетролитические реакции расщепления силоксановой связи. - М.: Изд. ИНХСАНСССР, 1976. - 252с.
35. Lamperey H., Kochler J. O. - Metal-organic Compounds, Adv. Chem., Ser…- 1979.- №23.- P.225.
36. Андриянов K. A., Соболевский M. B. Высокомолекулярные кремнийорганические соединения. - М.: Оборонгиз, 1979. - 365с. 37. Соколов H. H. Методы синтеза полиорганосилоксанов. - М.: Госэнергоиздат, 1981. - 168с.
37. Шапкин Н.П., Старостина С.В., Скобун А.С., Баженов В.В. // Синтез и исследование полиметаллхелатоорганосилоксанов на основе непредельных кремнийорганических соединений//Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология», -2003,Вып. 5. - С. 77-80.
38. Я. , Воронков М.Г., Лукевиц - Гидросилилирование, гидрогермилирование, гидростаннилирование. - Рига: Изд-во АН Латв. КПК, 1974. - 364с.
39. Бажант Б. , Хваловский В. , Ратоуски И. Силиконы . — М.: Химия, 1960. — 40 с. 425с .
40. Королев А. Я. Химическое моделирование поверхности твердых тел как метод регулирования их адгезионных свойств. − М.: Оборониздат, 1980 − 125с.
41 . Соммер Л. Стереохимия и исследования кремнийорганических полимеров. - Мир, 1976. - 256с.
42 . Fortess F. Получение алкоксисиланов, содержащих сложные эфиры карбоновых кислот, в качестве покрытий для неорганических веществ // Ind. англ. Хим..- 1974.- Т.46. стр. 2325 .
43. Королев А. Я. , Виноградов Л. М. - В кн .: Химия и практическое применение кремнейорганических соединений. — Л.: Изд-во ЦБТИ, 1958. — 282с.
44. Крешков А. П. , Борк В. А. , Бондаревская Е. А. , Мышляева А. В. , Сявцилло С. В. , Шемятенкова В. Т. Руководство по анализу кремнеорганических соединений . — М.: Госхимиздат, 1982. — 145с.
45. Пащенко А. А. , Гаевская А. И. , Басс С. И. , Воронков М. Г. Исследование гидрофобизирующих свойств кремнийорганических соединений, содержащих водород у атома кремния // ЖПХ. - 1969. - №12. - С. 2440-2447.
46. Соболевский М. В. , Музовская О. А. , Попелева Г. С. Свойства и области применения кремнийорганических продуктов / Под ред. М. В. Соболевского. - М , Химия, 1975. - 296с.
47. Крешков А. П. Кремнийорганические соединения в технике − М. , Промстройиздат, 1976. - 254с. 49 . Симигин П. А .. Зусман М. Н. Райхлин Ф. Н. Защитные пропитки текстильных материалов. — М.: Гизлегпром, 1971. — 124с.
48. Пащенко А. А. , Воронков М. Г. , Михайленко Л. А. , Круглицкая В. Я. , Ласская Е. А. Гидрофобизация. - Киев: Наукова думка, 1973. - 240с.
49. Ребиндер П. А. Физико-химические основы состава и водостойкости строительных материалов. - Изд-во ВНИТО Силикатной пром. , 1980 год. - 180с. 2 .
50. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. — М.: Химия, 1982. — 400с.
51. Абрамзон А. А. О полной гидрофобизации жидкостей // Журнал прикладной химии. 1993.- т.бб, вып.6. - С. 1409-1411 гг.
52. Шульман Ф., Зисман В. А. Оловоорганическая химия // J. Amer. хим. Соц.. — 1982. — Т.74. - стр.2133
52. Ellison A.H., Fox H.W., Zisman W.A. Wassrige Distearyldiketen Emulsionen // J. Phys. Хим..- 1983.- Т.57.-С. 662
53. Бартель Ф.Е., Смит Ю.Т. Способ обработки минеральных наполнителей-наполнителей // J. Phys. Хим..- 1983. Т.57. - С.165.
54. Балалуев Ю. С. , Думанский А. В. , Ильинский Т. Ф. Использование гидрофобизаторов и фторсодержащих кремнийорганических технологий фотолитографии // Коллоид. журнал . - 1971. - №7. С.406 .
55. Воронков М. Т. , Пащенко А. А. Кремнийорганические защитные покрытия.- К.: Гостехиздат, 1969. - 129 с. 10 .
56. Ребиндер П. А. и др . Исследования в области промышленных предприятий . — Л.: ОНТИ, 1976. − 27с.
57. Алентьев А. А. , Клетченков И. И. Пащенко А.А. Кремнийорганические гадрофобизаторы. -К.: Гостехиздат, 1962. − 255с.
58 . Андрианов К. А. Высокомолекулярные соединения для электрической изоляции. – М. – Л.: Госэнергоиздат, 1981. – 189с.

Весь текст будет доступен после покупки