Тиксотропна система на основі суміші гідрофільного та гідрофобного кремнеземів
Particles of hydrophilic (A-300) and hydrophobic (AM1) silicas, interacting with each other, form secondary structures in which the gaps between non-porous nanoparticles shape texture mesopores and macropores. Water addition to this system during the process of mechanochemical action results in a fo...
Gespeichert in:
| Datum: | 2020 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/563 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543923017613312 |
|---|---|
| author | Тurov, V. V. Gun'ko, V. M. Krupskaya, T. V. Andriyko, L. S. Marynin, A. I. Pasichnyi, V. N. |
| author_facet | Тurov, V. V. Gun'ko, V. M. Krupskaya, T. V. Andriyko, L. S. Marynin, A. I. Pasichnyi, V. N. |
| author_sort | Тurov, V. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:13Z |
| description | Particles of hydrophilic (A-300) and hydrophobic (AM1) silicas, interacting with each other, form secondary structures in which the gaps between non-porous nanoparticles shape texture mesopores and macropores. Water addition to this system during the process of mechanochemical action results in a forming of composite system with thixotropic properties. Thus, the aim of the work was to study the phase state and parameters of the water binding to the surface of solid particles in systems consisting of two parts of hydrophilic and one part of hydrophobic silica with a variable water content. Using the methods of 1H NMR spectroscopy, electron microscopy, laser correlation spectroscopy and rheological studies, the state of water was studied, its thermodynamic parameters, as well as the A-300/AM1 composite particle size distribution were determined. It has been found that water in the interparticle gaps of the A-300/AM1 composite is in the form of polyassociates similar to clusters and domains in liquid water. It was shown that with increasing water concentration (from 1 to 4 g/g) in the composite, its bulk density, the amount of strongly bound water and the total change in its free energy increased. It has been found that for composites with different hydration, similar clusters size distributions of adsorbed water are observed, where two maxima are identified at R = 5–7 and 20–30 nm, and most of the water is part of cluster structures with radius of 20–40 nm. It has been shown that a suspension based on of a mixture of 2/1 hydrophilic and hydrophobic silicas and 3 g/g of water, depending on the mechanical loading, can be in the state of a wet powder or viscous liquid, having high thixotropic properties, which are manifested in diluted aqueous suspensions. For dispersing of such a composite in an aqueous medium, aggregates form in with a diameter of 80–100 and 200–1000 nm, which indicates intense interparticle interactions. The interaction energy of the nanoparticles surface in the composite with the aqueous medium increases from 12 to 18 J/g with an increase in the water content from 1 to 4 g/g. Under the influence of shear load, the viscosity of the diluted suspension decreases by an order of magnitude, and then is restored at a level which exceeds the initial one almost at twice. It has been found that the obtained colloidal system is irreversible in the aqueous medium and under the mechanical load influence in the working cylinder of a viscometer, its viscosity characteristics intensify. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:07Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-563 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-07-22T19:34:07Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5632022-06-29T10:02:13Z Thixotropic system based on mixture of hydrophilic and hydrophobic silica Тиксотропная система на основе смеси гидрофильного и гидрофобного кремнеземов Тиксотропна система на основі суміші гідрофільного та гідрофобного кремнеземів Тurov, V. V. Gun'ko, V. M. Krupskaya, T. V. Andriyko, L. S. Marynin, A. I. Pasichnyi, V. N. thixotropic phenomena methyl silica hydrophilic silica bound water 1H NMR spectroscopy тиксотропні явища метилкремнезем гідрофільний кремнезем зв'язана вода 1Н ЯМР-спектроскопія тиксотропные явления метилкремнезем гидрофильный кремнезем связанная вода 1Н ЯМР-спектроскопия Particles of hydrophilic (A-300) and hydrophobic (AM1) silicas, interacting with each other, form secondary structures in which the gaps between non-porous nanoparticles shape texture mesopores and macropores. Water addition to this system during the process of mechanochemical action results in a forming of composite system with thixotropic properties. Thus, the aim of the work was to study the phase state and parameters of the water binding to the surface of solid particles in systems consisting of two parts of hydrophilic and one part of hydrophobic silica with a variable water content. Using the methods of 1H NMR spectroscopy, electron microscopy, laser correlation spectroscopy and rheological studies, the state of water was studied, its thermodynamic parameters, as well as the A-300/AM1 composite particle size distribution were determined. It has been found that water in the interparticle gaps of the A-300/AM1 composite is in the form of polyassociates similar to clusters and domains in liquid water. It was shown that with increasing water concentration (from 1 to 4 g/g) in the composite, its bulk density, the amount of strongly bound water and the total change in its free energy increased. It has been found that for composites with different hydration, similar clusters size distributions of adsorbed water are observed, where two maxima are identified at R = 5–7 and 20–30 nm, and most of the water is part of cluster structures with radius of 20–40 nm. It has been shown that a suspension based on of a mixture of 2/1 hydrophilic and hydrophobic silicas and 3 g/g of water, depending on the mechanical loading, can be in the state of a wet powder or viscous liquid, having high thixotropic properties, which are manifested in diluted aqueous suspensions. For dispersing of such a composite in an aqueous medium, aggregates form in with a diameter of 80–100 and 200–1000 nm, which indicates intense interparticle interactions. The interaction energy of the nanoparticles surface in the composite with the aqueous medium increases from 12 to 18 J/g with an increase in the water content from 1 to 4 g/g. Under the influence of shear load, the viscosity of the diluted suspension decreases by an order of magnitude, and then is restored at a level which exceeds the initial one almost at twice. It has been found that the obtained colloidal system is irreversible in the aqueous medium and under the mechanical load influence in the working cylinder of a viscometer, its viscosity characteristics intensify. Частицы гидрофильного (А-300) и гидрофобного (АМ-1) кремнеземов, взаимодействуя между собой, образуют вторичные структуры, в которых зазоры между непористыми наночастицами формируют текстурные мезо- и макропоры. При добавлении к этой системе воды в процессе механохимического воздействия происходит образование композитной системы, которая обладает тиксотропными свойствами. Целью работы было изучение фазового состояния и параметров связывания воды с поверхностью твердых частиц в системах, состоящих из двух частей гидрофильного и одной части гидрофобного кремнезема при варьируемом содержании воды. Методами 1Н ЯМР спектроскопии, электронной микроскопии, лазерной корреляционной спектроскопии, реологических исследований изучено состояние воды и определены ее термодинамические параметры, исследовано распределение по диаметрам частиц композита. Установлено, что вода в межчастичных зазорах композита А-300/АМ1 находится в виде полиассоциатов, аналогичных кластерам и доменам в жидкой воде. Показано, что с ростом концентрации воды (от 1 до 4 г/г) в композите повышается его насыпная плотность, количество сильносвязанной воды и суммарное изменение ее свободной энергии. Определено, что для композитов с разной гидратацией наблюдаются схожие по виду распределения по радиусам кластеров адсорбированной воды, где идентифицируются два максимума при R = 5–7 и 20–30 нм, а большая часть воды входит в состав кластерных структур, радиус которых составляет 20–40 нм. Показано, что суспензия, приготовленная на основе смеси 2/1 гидрофильного и гидрофобного кремнеземов и 3 г/г воды, в зависимости от механической нагрузки может находиться в состоянии вязкой жидкости или влажного порошка и имеет высокие тиксотропные свойства, проявляющиеся в разбавленных водных суспензиях. При диспергировании в водной среде такой композит формирует агрегаты диаметром 80–100 и 200–1000 нм, что свидетельствует об интенсивных межчастичных взаимодействиях. Энергия взаимодействия поверхности наночастиц в композите с водной средой увеличивается от 12 до 18 Дж/г с ростом содержания воды от 1 до 4 г/г. Под влиянием сдвиговой нагрузки вязкость разбавленной суспензии уменьшается на порядок, а затем восстанавливается на уровне, который превышает исходный почти в два раза. Установлено, что полученная коллоидная система в водной среде необратима и под влиянием механической нагрузки в рабочем цилиндре вискозиметра изменяет свои вязкостные свойства в сторону увеличения. Частинки гідрофільного (А-300) та гідрофобного (АМ-1) кремнеземів, взаємодіючи між собою, утворюють вторинні структури, в яких проміжки між непористими наночастинками формують текстурні мезо- і макропори. При додаванні до цієї системи води в процесі механохімічної обробки відбувається утворення композитної системи, яка має тиксотропні властивості. Метою роботи було вивчення фазового стану та параметрів зв’язування води з поверхнею твердих частинок в системах, що складаються з двох частин гідрофільного і однієї частини гідрофобного кремнеземів при варіюванні вмісту води. Методами 1Н ЯМР спектроскопії, електронної мікроскопії, лазерної кореляційної спектроскопії, реологічних досліджень вивчено стан води та визначено її термодинамічні параметри, досліджено розподіл за діаметрами частинок композиту. Встановлено, що вода в міжчастинкових проміжках композиту А-300/АМ1 знаходиться у вигляді поліасоціатів, які є аналогічними кластерам і доменам в рідкій воді. Показано, що при збільшенні концентрації води (від 1 до 4 г/г) в композиті підвищується його насипна густина, кількість сильнозв’язаної води та сумарна зміна її вільної енергії. Визначено, що для композитів з різною гідратацією спостерігаються схожі за виглядом розподіли по радіусах кластерів адсорбованої води, де ідентифікуються два максимуми при R = 5–7 і 20-30 нм, а велика частина води входить до складу кластерних структур, радіус яких становить 20–40 нм. Показано, що суспензія, приготована на основі суміші 2/1 гідрофільного і гідрофобного кремнеземів і 3 г/г води, в залежності від механічного навантаження, може перебувати в стані в’язкої рідини або вологого порошку і має високі тиксотропні властивості, які проявляються в розведених водних суспензіях. При диспергуванні у водному середовищі такий композит формує агрегати діаметром 80–100 і 200–1000 нм, що свідчить про інтенсивні міжчастинкові взаємодії. Енергія взаємодії поверхні наночастинок в композиті з водним середовищем збільшується від 12 до 18 Дж/г із зростанням вмісту води від 1 до 4 г/г. Під впливом навантаження зсуву в’язкість розведеної суспензії зменшується на порядок, а потім відновлюється на рівні, який перевищує вихідний майже в два рази. Встановлено, що отримана колоїдна система в водному середовищі необоротна і під впливом механічного навантаження в робочому циліндрі віскозиметра змінює свої в’язкісні властивості в бік збільшення. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-11-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/563 10.15407/hftp11.04.456 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 4 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 456-469 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 4 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 456-469 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 4 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 456-469 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/563/566 Copyright (c) 2020 V. V. Тurov, V. M. Gun'ko, T. V. Krupskaya, L. S. Andriyko, A. I. Marynin, V. N. Pasichnyi |
| spellingShingle | тиксотропні явища метилкремнезем гідрофільний кремнезем зв'язана вода 1Н ЯМР-спектроскопія Тurov, V. V. Gun'ko, V. M. Krupskaya, T. V. Andriyko, L. S. Marynin, A. I. Pasichnyi, V. N. Тиксотропна система на основі суміші гідрофільного та гідрофобного кремнеземів |
| title | Тиксотропна система на основі суміші гідрофільного та гідрофобного кремнеземів |
| title_alt | Thixotropic system based on mixture of hydrophilic and hydrophobic silica Тиксотропная система на основе смеси гидрофильного и гидрофобного кремнеземов |
| title_full | Тиксотропна система на основі суміші гідрофільного та гідрофобного кремнеземів |
| title_fullStr | Тиксотропна система на основі суміші гідрофільного та гідрофобного кремнеземів |
| title_full_unstemmed | Тиксотропна система на основі суміші гідрофільного та гідрофобного кремнеземів |
| title_short | Тиксотропна система на основі суміші гідрофільного та гідрофобного кремнеземів |
| title_sort | тиксотропна система на основі суміші гідрофільного та гідрофобного кремнеземів |
| topic | тиксотропні явища метилкремнезем гідрофільний кремнезем зв'язана вода 1Н ЯМР-спектроскопія |
| topic_facet | thixotropic phenomena methyl silica hydrophilic silica bound water 1H NMR spectroscopy тиксотропні явища метилкремнезем гідрофільний кремнезем зв'язана вода 1Н ЯМР-спектроскопія тиксотропные явления метилкремнезем гидрофильный кремнезем связанная вода 1Н ЯМР-спектроскопия |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/563 |
| work_keys_str_mv | AT turovvv thixotropicsystembasedonmixtureofhydrophilicandhydrophobicsilica AT gunkovm thixotropicsystembasedonmixtureofhydrophilicandhydrophobicsilica AT krupskayatv thixotropicsystembasedonmixtureofhydrophilicandhydrophobicsilica AT andriykols thixotropicsystembasedonmixtureofhydrophilicandhydrophobicsilica AT maryninai thixotropicsystembasedonmixtureofhydrophilicandhydrophobicsilica AT pasichnyivn thixotropicsystembasedonmixtureofhydrophilicandhydrophobicsilica AT turovvv tiksotropnaâsistemanaosnovesmesigidrofilʹnogoigidrofobnogokremnezemov AT gunkovm tiksotropnaâsistemanaosnovesmesigidrofilʹnogoigidrofobnogokremnezemov AT krupskayatv tiksotropnaâsistemanaosnovesmesigidrofilʹnogoigidrofobnogokremnezemov AT andriykols tiksotropnaâsistemanaosnovesmesigidrofilʹnogoigidrofobnogokremnezemov AT maryninai tiksotropnaâsistemanaosnovesmesigidrofilʹnogoigidrofobnogokremnezemov AT pasichnyivn tiksotropnaâsistemanaosnovesmesigidrofilʹnogoigidrofobnogokremnezemov AT turovvv tiksotropnasistemanaosnovísumíšígídrofílʹnogotagídrofobnogokremnezemív AT gunkovm tiksotropnasistemanaosnovísumíšígídrofílʹnogotagídrofobnogokremnezemív AT krupskayatv tiksotropnasistemanaosnovísumíšígídrofílʹnogotagídrofobnogokremnezemív AT andriykols tiksotropnasistemanaosnovísumíšígídrofílʹnogotagídrofobnogokremnezemív AT maryninai tiksotropnasistemanaosnovísumíšígídrofílʹnogotagídrofobnogokremnezemív AT pasichnyivn tiksotropnasistemanaosnovísumíšígídrofílʹnogotagídrofobnogokremnezemív |