Керування тиксотропними властивостями водної суспензії, що містить гідрофільні та гідрофобні компоненти
The aim of this work was to search the colloidal systems characterized by maximal effects of water interaction with a solid surface and micro-coagulation, as well development of control methods of thixotropic properties, by addition of solid and liquid hydrophobic compounds into the colloidal system...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/531 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543915088281600 |
|---|---|
| author | Krupska, T. V. Gun'ko, V. M. Protsak, I. S. Kartel, M. T. Turov, V. V. |
| author_facet | Krupska, T. V. Gun'ko, V. M. Protsak, I. S. Kartel, M. T. Turov, V. V. |
| author_sort | Krupska, T. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:41Z |
| description | The aim of this work was to search the colloidal systems characterized by maximal effects of water interaction with a solid surface and micro-coagulation, as well development of control methods of thixotropic properties, by addition of solid and liquid hydrophobic compounds into the colloidal systems. Water state and its thermodynamic characteristics, namely the values of free interfacial energy for concentrated colloidal systems based on hydrated blends of hydrophobic compounds (polymethylsiloxane, PMS and methylated nanosilica AM1) and hydrophilic nanosilica A-300, were studied using low-temperature 1H NMR spectroscopy and electron microscopy. It was established that the free interfacial energy of water, determining the thixotropic properties of the concentrated suspensions under condition of great hydration, is firstly affected by the structure of inter-particulate space, especially by the nanocoagulation effects and influence of a surface on the formation of the hydrogen bonds network in the adsorption layer. For the blend with A-300 and AM1 (1:1 w/w), the free surface energy of interaction with water is nearly ten times greater than that for the initial silicas alone. However, the micro-coagulation effects are poorly visible in microscopic images because these oxides are composed of similar nanoparticles. Similar effects of enhancement of the free surface energy are observed for a blend with A-300 and PMS. For this blend, the micro-coagulation effect is observed in microscopic images. It is maximal for the blend prepared without strong mechanical loading. PMS has a twice greater surface area than that of A-300. Therefore, water filling voids in PMS aggregates forms clusters of smaller sizes than that bound in A-300. However, hydrophilicity or hydrophobicity is not a predominant factor determining the free surface energy of bound water. If strongly hydrated treated powders of PMS (or AM1) and A-300 are placed into a hydrophobic medium with weakly polar CDCl3 that this solvent could diffuse into hydrophobic component and displace water from narrow interparticle voids toward larger ones. However, this effect is much weaker for a hydrophilic component with A-300. These effects appear in a strong dependence of the ?S value on the type of the dispersion medium for PMS and a weak dependence for A-300. The stronger the decreasing effects of a hydrophobic liquid onto the ?S value, the stronger is diminution of the thixotropic properties on the composites. The blends of hydrophobic and hydrophilic powders with the bulk density < 0.2 g/cm3 are most perspective thixotropic compositions since they demonstrate the maximal values of ?S and a strong microcoagulation effect. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:51Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-531 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:06Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5312022-06-29T10:02:41Z Control of thixotropic properties of aqueous suspensions of hydrophilic and hydrophobic components Управление тиксотропными свойствами водных суспензий, содержащих гидрофильные и гидрофобные компоненты Керування тиксотропними властивостями водної суспензії, що містить гідрофільні та гідрофобні компоненти Krupska, T. V. Gun'ko, V. M. Protsak, I. S. Kartel, M. T. Turov, V. V. 1H NMR spectroscopy thixotropy polymethylsiloxane methylated nanosilica micro-coagulation 1Н ЯМР-спектроскопія тиксотропія поліметилсилоксан метилкремнезем мікрокоагуляція 1Н ЯМР-спектроскопия тиксотропия полиметилсилоксан метилкремнезем микрокоагуляция The aim of this work was to search the colloidal systems characterized by maximal effects of water interaction with a solid surface and micro-coagulation, as well development of control methods of thixotropic properties, by addition of solid and liquid hydrophobic compounds into the colloidal systems. Water state and its thermodynamic characteristics, namely the values of free interfacial energy for concentrated colloidal systems based on hydrated blends of hydrophobic compounds (polymethylsiloxane, PMS and methylated nanosilica AM1) and hydrophilic nanosilica A-300, were studied using low-temperature 1H NMR spectroscopy and electron microscopy. It was established that the free interfacial energy of water, determining the thixotropic properties of the concentrated suspensions under condition of great hydration, is firstly affected by the structure of inter-particulate space, especially by the nanocoagulation effects and influence of a surface on the formation of the hydrogen bonds network in the adsorption layer. For the blend with A-300 and AM1 (1:1 w/w), the free surface energy of interaction with water is nearly ten times greater than that for the initial silicas alone. However, the micro-coagulation effects are poorly visible in microscopic images because these oxides are composed of similar nanoparticles. Similar effects of enhancement of the free surface energy are observed for a blend with A-300 and PMS. For this blend, the micro-coagulation effect is observed in microscopic images. It is maximal for the blend prepared without strong mechanical loading. PMS has a twice greater surface area than that of A-300. Therefore, water filling voids in PMS aggregates forms clusters of smaller sizes than that bound in A-300. However, hydrophilicity or hydrophobicity is not a predominant factor determining the free surface energy of bound water. If strongly hydrated treated powders of PMS (or AM1) and A-300 are placed into a hydrophobic medium with weakly polar CDCl3 that this solvent could diffuse into hydrophobic component and displace water from narrow interparticle voids toward larger ones. However, this effect is much weaker for a hydrophilic component with A-300. These effects appear in a strong dependence of the ?S value on the type of the dispersion medium for PMS and a weak dependence for A-300. The stronger the decreasing effects of a hydrophobic liquid onto the ?S value, the stronger is diminution of the thixotropic properties on the composites. The blends of hydrophobic and hydrophilic powders with the bulk density < 0.2 g/cm3 are most perspective thixotropic compositions since they demonstrate the maximal values of ?S and a strong microcoagulation effect. Целью работы был поиск коллоидных систем, в которых максимально проявляются эффекты взаимодействия воды с поверхностью твердой фазы и микрокоагуляция, а также разработка способов регулирования тиксотропных свойств за счет включения в водную коллоидную систему твердых и жидких гидрофобных веществ. Методами низкотемпературной 1Н ЯМР-спектроскопии и электронной микроскопии изучено состояние воды, определены ее термодинамические параметры, в частности, величины межфазной энергии для концентрированных коллоидных систем, созданных на основе гидратированных смесей гидрофобных веществ (полиметилсилоксан и метилкремнезем) и высокодисперсного пирогенного кремнезема марки А-300. Установлено, что в условиях высокой гидратированности поверхности межфазная энергия воды, определяющая тиксотропные свойства концентрированных суспензий, обусловлена в первую очередь строением межчастичного пространства, в частности эффектом микрокоагуляции и влиянием поверхности на формирование упорядоченной сетки водородных связей воды в адсорбционном слое. Для смесей 1/1 кремнеземов А-300 и АМ1 межфазная энергия взаимодействия с водой оказалась почти в 10 раз выше, чем для исходных кремнеземов, однако визуально эффект микрокоагуляции проявляется плохо ввиду близкой формы частиц используемых оксидов. Аналогичные эффекты роста межфазной энергии проявляются и для смесей А-300+ПМС. Для этой смеси электронной микроскопией выявлен также эффект микрокоагуляции, величина которого максимальна для композитной системы, приготовленной без использования больших механических нагрузок. Поскольку твердый ПМС имеет большую поверхность по сравнению с нанокремнеземом А-300, вода, заполняющая межчастичные зазоры ПМС, находится в виде кластеров относительно меньшего радиуса, чем в А-300. При этом гидрофильность (гидрофобность) материала не является определяющей для поверхностной энергии кластеров воды. С другой стороны, если сильно гидратированные порошки ПМС (или АМ1) и А-300 поместить в гидрофобную среду слабополярного CDCl3, то последний легко диффундирует в межчастичные зазоры гидрофобного ПМС, вытесняя воду в поры большего радиуса и значительно труднее – в межчастичные зазоры гидрофильного А-300, что проявляется в сильной зависимости величины ?S от среды для ПМС и слабой для А-300. Чем сильнее добавки жидкого гидрофобного агента уменьшают величину межфазной энергии, тем в большей степени уменьшаются тиксотропные свойства композита. Наиболее перспективным тиксотропным агентом можно считать смеси гидрофобных и гидрофильных порошков, насыпная плотность которых не превышает 200 мг/см3, поскольку они обладают максимальной величиной межфазной энергии и в них проявляется эффект микрокоагуляции. Метою роботи був пошук колоїдних систем, в яких максимально проявляються ефекти взаємодії води з поверхнею твердої фази і мікрокоагуляція, а також розробка способів регулювання тиксотропних властивостей за рахунок включення до водної колоїдної системи твердих і рідких гідрофобних речовин. Методами низькотемпературної 1Н ЯМР-спектроскопії та електронної мікроскопії вивчено стан води, визначено її термодинамічні параметри, зокрема, величини міжфазної енергії для концентрованих колоїдних систем, створених на основі гідратованих сумішей гідрофобних речовин (поліметилсилоксан та метилкремнезем) і високодисперсного пірогенного кремнезему марки А-300. Встановлено, що в умовах високої гідратованості поверхні міжфазна енергія води, яка визначає тиксотропні властивості концентрованих суспензій, обумовлена в першу чергу будовою міжчастинкового простору, зокрема ефектом нанокоагуляціі та впливом поверхні на формування впорядкованої сітки водневих зв’язків води в адсорбованому шарі. Для сумішей 1/1 кремнеземів А-300 і АМ1 міжфазна енергія взаємодії з водою виявилася майже в 10 разів вище, ніж для вихідних кремнеземів, проте візуально ефект мікрокоагуляціі проявляється погано через близьку форму частинок оксидів, які використовували. Аналогічні ефекти росту міжфазної енергії проявляються і для сумішей А-300+ПМС. Для цієї суміші електронною мікроскопією виявлено також ефект мікрокоагуляції, величина якого максимальна для композитної системи, приготованої без використання великих механічних навантажень. Оскільки твердий ПМС має велику поверхню порівнянно з нанокремнеземом А-300, то вода, що заповнює міжчастинкові зазори ПМС, перебуває у вигляді кластерів меншого радіуса, ніж в А-300. При цьому гідрофільність (гідрофобність) матеріалу не є визначальною для поверхневої енергії кластерів води. З іншого боку, якщо сильно гідратовані порошки ПМС (або АМ1) і А-300 помістити в гідрофобне середовище слабкополярнного CDCl3, то останній легко дифундує в міжчастинкові зазори гідрофобного ПМС, витісняючи воду в пори більшого радіуса і значно важче - в міжчастинкові зазори гідрофільного А-300, що проявляється в значній залежності величини ?S від середовища для ПМС і слабкій – для А-300. Чим сильніше добавки рідкого гідрофобного агента зменшують величину міжфазної енергії, тим більшою мірою зменшуються тиксотропні властивості композиту. Найбільш перспективним тиксотропним агентом можна вважати суміші гідрофобних і гідрофільних порошків, насипна густина яких не перевищує 200 мг/см3, оскільки вони мають максимальну величину міжфазної енергії і в них проявляється ефект мікрокоагуляціі. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-02-24 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/531 10.15407/hftp11.01.038 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 1 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 38-57 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 1 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 38-57 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 1 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 38-57 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.01 ru https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/531/534 Copyright (c) 2020 T. V. Krupska, V. M. Gun'ko, I. S. Protsak, M. T. Kartel, V. V. Turov |
| spellingShingle | 1Н ЯМР-спектроскопія тиксотропія поліметилсилоксан метилкремнезем мікрокоагуляція Krupska, T. V. Gun'ko, V. M. Protsak, I. S. Kartel, M. T. Turov, V. V. Керування тиксотропними властивостями водної суспензії, що містить гідрофільні та гідрофобні компоненти |
| title | Керування тиксотропними властивостями водної суспензії, що містить гідрофільні та гідрофобні компоненти |
| title_alt | Control of thixotropic properties of aqueous suspensions of hydrophilic and hydrophobic components Управление тиксотропными свойствами водных суспензий, содержащих гидрофильные и гидрофобные компоненты |
| title_full | Керування тиксотропними властивостями водної суспензії, що містить гідрофільні та гідрофобні компоненти |
| title_fullStr | Керування тиксотропними властивостями водної суспензії, що містить гідрофільні та гідрофобні компоненти |
| title_full_unstemmed | Керування тиксотропними властивостями водної суспензії, що містить гідрофільні та гідрофобні компоненти |
| title_short | Керування тиксотропними властивостями водної суспензії, що містить гідрофільні та гідрофобні компоненти |
| title_sort | керування тиксотропними властивостями водної суспензії, що містить гідрофільні та гідрофобні компоненти |
| topic | 1Н ЯМР-спектроскопія тиксотропія поліметилсилоксан метилкремнезем мікрокоагуляція |
| topic_facet | 1H NMR spectroscopy thixotropy polymethylsiloxane methylated nanosilica micro-coagulation 1Н ЯМР-спектроскопія тиксотропія поліметилсилоксан метилкремнезем мікрокоагуляція 1Н ЯМР-спектроскопия тиксотропия полиметилсилоксан метилкремнезем микрокоагуляция |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/531 |
| work_keys_str_mv | AT krupskatv controlofthixotropicpropertiesofaqueoussuspensionsofhydrophilicandhydrophobiccomponents AT gunkovm controlofthixotropicpropertiesofaqueoussuspensionsofhydrophilicandhydrophobiccomponents AT protsakis controlofthixotropicpropertiesofaqueoussuspensionsofhydrophilicandhydrophobiccomponents AT kartelmt controlofthixotropicpropertiesofaqueoussuspensionsofhydrophilicandhydrophobiccomponents AT turovvv controlofthixotropicpropertiesofaqueoussuspensionsofhydrophilicandhydrophobiccomponents AT krupskatv upravlenietiksotropnymisvojstvamivodnyhsuspenzijsoderžaŝihgidrofilʹnyeigidrofobnyekomponenty AT gunkovm upravlenietiksotropnymisvojstvamivodnyhsuspenzijsoderžaŝihgidrofilʹnyeigidrofobnyekomponenty AT protsakis upravlenietiksotropnymisvojstvamivodnyhsuspenzijsoderžaŝihgidrofilʹnyeigidrofobnyekomponenty AT kartelmt upravlenietiksotropnymisvojstvamivodnyhsuspenzijsoderžaŝihgidrofilʹnyeigidrofobnyekomponenty AT turovvv upravlenietiksotropnymisvojstvamivodnyhsuspenzijsoderžaŝihgidrofilʹnyeigidrofobnyekomponenty AT krupskatv keruvannâtiksotropnimivlastivostâmivodnoísuspenzííŝomístitʹgídrofílʹnítagídrofobníkomponenti AT gunkovm keruvannâtiksotropnimivlastivostâmivodnoísuspenzííŝomístitʹgídrofílʹnítagídrofobníkomponenti AT protsakis keruvannâtiksotropnimivlastivostâmivodnoísuspenzííŝomístitʹgídrofílʹnítagídrofobníkomponenti AT kartelmt keruvannâtiksotropnimivlastivostâmivodnoísuspenzííŝomístitʹgídrofílʹnítagídrofobníkomponenti AT turovvv keruvannâtiksotropnimivlastivostâmivodnoísuspenzííŝomístitʹgídrofílʹnítagídrofobníkomponenti |