Как правильно класть газосиликатные блоки на клей видео: дюбеля, расход клея, расчет количества, армирование кладки, инструменты для монтажа и стоимость работ
расход на 1 куб. м, как правильно сделать расчеты, лучший производитель и способ производства строительного материала
При возведении кладки из газобетона следует внимательно подходить к выбору фиксирующего состава. В силу высокой пористости материала обычный цементный раствор здесь не годится, а специальный клей – достойная альтернатива ему.
Особенности
Газосиликатные блоки получили большое распространение, особенно в частном домостроении. Это обусловлено ценовой доступностью материала, высокой скоростью взведения кладки благодаря увеличенным габаритам блоков, а также относительно небольшому весу, что позволяет отказаться от подготовки глубоких и основательных фундаментов.
Однако сам по себе этот материал пористый, что снижает теплоэффективность строения. Через множество мелких отверстий из дома уходит тепло.
Все больше пользователей отказываются от традиционных песчано-цементных растворов, поскольку сегодня доступны специальные сухие клеящие смеси для данных материалов. Они обеспечивают высокую адгезию газосиликатных блоков, не впитываются ими и снижают их теплопроводность.
Рецептура готового клея тщательно выверена и испытана производителем. Состав представляет собой цемент и мелкозернистый наполнитель, а также пластификаторы, обеспечивающие те или иные технические характеристики клея.
Виды
В зависимости от сезона применения выделяют 2 вида клея:
- Летний.
Схож с автоклавным газобетоном, имеет в основе портландцемент. Благодаря этому швы получаются светлыми, а учитывая их небольшую толщину, можно сэкономить на внутренней отделке. Маскировать такие швы не нужно. - Зимний. Такой клей еще называют универсальным, в его составе присутствуют компоненты, которые делают возможной работу со смесью при отрицательных температурах. При этом такой клей все же имеет температурные ограничения по применению – его можно наносить только при температуре не ниже -10 градусов. А температура самого клея при работе должна составлять не меньше 0. В противном случае снижается адгезия состава, что влияет на монолитность кладки. Хранить и замешивать зимнюю смесь можно только при комнатных условиях, для замешивания использовать воду t +60 градусов. Жизнеспособность зимнего клея заметно сокращается и в среднем равна 30 минутам.
Схож с автоклавным газобетоном, имеет в основе портландцемент. Благодаря этому швы получаются светлыми, а учитывая их небольшую толщину, можно сэкономить на внутренней отделке. Маскировать такие швы не нужно.В зависимости от формы выпуска выделяют сухой состав для разведения водой и появившийся недавно полиуретановый состав.
Он имеет консистенцию пены и выпускается в баллонах. Такой состав для газосиликата готов к использованию, не требует затворения.
Обзор популярных марок
Доверием покупателей пользуется состав «Забудова». Клей не только отличается повышенной морозостойкостью, но также содержит специальные компоненты, делающие возможной его укладку в зимнее время. Покупатели отмечают простоту нанесения и доступную стоимость продукта.
Аналогичными свойствами обладает клей производства «Престиж».
Кроме того, он отличается большими прочностными и адгезивными показателями и подходит не только для укладки блоков, но и ячеистых плит.
Дополнительную теплоизоляцию строительным блокам можно дать, используя состав «Юнис Униблок»
Для тонкослойных швов подойдет состав Aeroc (производитель – петербургский завод), отличающийся повышенными показателями прочности в сочетании с улучшенной пластичностью клея.
Вариант «ЕК Кемикалс 190», напротив, укладывается толстым слоем, благодаря чему его можно применять при значительных (до 15 мм) перепадах высоты. Подходит для круглогодичного применения.
Универсальностью применения (может использоваться и летом, и зимой) характеризуется клей «Победит 160». Отзывы пользователей позволяют сделать вывод, что это состав с хорошей фиксирующей способностью. Образуемый шов до момента застывания остается пластичным, а после демонстрирует влагостойкость и паропроницаемость. Преимуществом является и то, что клей не прилипает к инструментам.
Вне зависимости от того, какому из авторитетных брендов отдается предпочтение, при покупке следует учитывать:
- Размер зерен, от чего зависит толщина пласта.
- Показатели адгезии. Следует смотреть на такие параметры, как прочность сцепления и прочность на сжатие, и выбирать состав с максимальными показателями.
- Жизнеспособность, укладка и правка состава. Влияют на скорость выполнения работ – чем меньше опыта кладки, тем дольше должны быть эти значения.
- Морозостойкость. Средний показатель равен 35-75 циклам, подбираться должен с учетом климатических условий региона.
- Толщина слоя. Оптимальным считается состав, который при нанесении образует слой толщиной 1-3 мм.
Сколько нужно?
В первую очередь это зависит от толщины слоя. Для тонких, в 1 мм, слоев достаточно около 8-9 кг на м3. При увеличении толщины кладочного шва до 3 мм увеличивается и требуемое количество состава – около 25-28 кг/м3.Геометрическая точность блоков также влияет на расход материала. Как известно, клей не может применяться при дефектах кладки более 3 мм на 1 м3. Но даже такая небольшая погрешность влечет увеличение расхода смеси примерно на 20-30%. Многое зависит также от мастерства строителей, поэтому работу лучше доверить профессионалам. В норме расчет ведется исходя из стандарта 1,5-1,6 кг клея на 1 м2.
Интересно, что разные виды смесей имеют почти одинаковый расход. То есть количество требуемого состава не зависит от того, используется ли «зимний» или «летний» вариант, обычный или с повышенной влагостойкостью.
Инструкция по применению
В целом, кладка газосиликатных блоков на специальный клей мало чем отличается от аналогичного процесса кладки из кирпича на цементно-песчаном растворе. Однако определенные тонкости здесь все же существуют.
Вне зависимости от выбранного состава следует подготовить раствор. Важно брать состав и жидкость в тех пропорциях, что указывает производитель.
Для смешивания раствора лучше использовать пластиковое ведро или аналогичную емкость. Лучше добавлять сухие составляющие в воду, так можно добиться более качественного растворения.
Состав тщательно вымешивается миксером до однородной консистенции, после чего оставляется на 5-7 минут.
Это время необходимо для разбухания и лучшего смешивания частиц. Работать миксером следует на средних скоростях, взбивание клея недопустимо. Спустя указанное время раствор еще раз перемешивается, после чего он готов к нанесению.
Готовую смесь следует проверить, нанеся зубчатым шпателем на поверхность блока. Если она наносится равномерно, а от шпателя остаются бороздки, которые не расплываются, консистенция клея считается подходящей.
Следует готовить клей порционно, с учетом его жизнеспособности в разведенном состоянии. Не потерявший жизнеспособности, но загустевший состав разрешено еще раз вымешать миксером. Добавлять воду или растворители недопустимо.
Предварительная подготовка необходима и для блоков. Их следует внимательно осмотреть, чтобы убедиться в точности геометрических размеров, прочности граней.
Следует отложить неровные изделия со сколами и трещинами. Они не только снизят прочность кладки, но и станут причиной повышения расхода состава.
Поверхность материала должна быть чистой и сухой, в противном случае снижается адгезия клея. Если речь идет о материале с гладкими поверхностями, его рекомендуется немного зашкурить.
Инструменты для укладки
Для работы потребуются емкость для разведения раствора и строительный миксер. С его помощью производится замешивание раствора и придание ему однородной консистенции. Сделать это вручную не удастся из-за высокой плотности состава. Вместо миксера можно использовать дрель, оснастив ее специальной насадкой.
Также потребуется гладкая кельма, которой удобно накладывать клей на поверхность блока.
А для разравнивания состава лучше использовать зубчатый шпатель. Кроме того, для нанесения равномерного слоя клея необходимой толщины можно использовать и более усовершенствованный инструмент – каретку для газобетона (иное название – кельма-ковш).
В процессе монтажа потребуется также резиновый молоток, которым удобно простукивать блоки после их укладки. Это позволит избежать пустот, снижающих прочность и надежность сцепления.
Как класть?
Самый первый ряд кладется на цементный раствор поверх фундамента. Это позволяет нивелировать неровности, обеспечивая прочность кладки. Последующие ряды блоков фиксируются посредством клея.
Смесь следует накладывать на нижний ряд, а также боковую сторону каждого блока последующего ряда.
Оптимальная толщина шва не должна превышать 3-4 мм. Слишком толстый шов (если этого не предусматривает разновидность клея) будет долго сохнуть и повлечет нерациональное увеличение расхода смеси.
Блок с нанесенным клеем укладывают на нижний ряд, при необходимости корректируют его местоположение, выравнивают (это можно делает еще в течение 10 минут после фиксации). Каждый блок следует слегка пристукать резиновым молотком.
При какой температуре можно работать?
Выбор рабочей температуры зависит от того, какой состав используется. Для «летних» данный показатель – не ниже +5, для «зимних» – не ниже -10 градусов.
Класть газобетонную кладку во время дождя, снега нежелательно, поскольку это негативно влияет на показатели адгезии.
При чрезмерной сухой и жаркой погоде возникает риск появления усадочных трещин.
Температура и уровень влажности влияют на скорость схватывания клея. При положительных температурах застывание клея занимает не более 1-2 дней, а окончательное схватывание – на третий. При снижении температуры этот процесс становится более длительным. Однако нельзя чрезмерно повышать температуру для ускорения процесса схватывания, поскольку это чревато появлением усадочных трещин.
При повышении влажности воздуха процесс высыхания клея замедляется. При чрезмерной сухости воздуха застывание произойдет быстрее, однако на поверхности блоков могут возникнуть микротрещины, что негативно сказывается на монолитности кладки.
Полезные советы от профи
Надежность и долговечность кладки из газобетона во многом определяются качеством клея.
Многие крупные компании и строительные магазины предлагают закупку пробной партии данного состава по льготной цене. От такого предложения не стоит отказываться, поскольку это возможность определить качество клея.
Для этого можно провести следующие тесты:
- Необходимо склеить по 2 блока газобетона разными клеевыми составами. Через сутки следует разбить соединение. Оптимально, если при этом деформируются и пострадают сами блоки, но не шовное соединение. В противном случае (когда место разлома приходится на шов хотя бы частично) от покупки следует отказаться.
- Затворить несколько видов смеси и разлить ее в одинаковые емкости. Через сутки взвесить каждую из них. Той, которая имеет наименьший вес, следует отдавать предпочтение. Небольшой вес говорит о том, что из раствора испарилась большая часть воды, что привело к снижению теплопроводности.
В видео ниже вы увидите, как правильно замешивать клей для кладки газоблока.
как выбрать, расход и цена
В последнее десятилетие все большую популярность набирает строительство домов из блоков. Блоки из ячеистого бетона являются выгодной и разумной альтернативой привычным материалам. Во-первых, строительство из блоков позволяет значительно ускорить сроки выполнения работ по сравнению с традиционной кладкой. Во-вторых, кирпич и камень тяжелые, «холодные» и неудобные в работе, в то время как легкие пористые блоки позволяют построить дом более «теплым», а значит, уменьшить счета за отопление.Характеристики и преимущества клеев для газосиликатных блоков
Для кладки блоков из ячеистого бетона используются специальные строительные смеси, относительно недавно появившиеся на строительном рынке.
В отличие от обычных цементно-песчаных растворов, клей для блоков из ячеистого бетона имеет ряд внушительных преимуществ:
увеличенная морозостойкость
высокая адгезия, то есть прочность соединения
удобство применения. Пластичная консистенция позволяет быстро и легко наносить клей для блоков из ячеистого бетона
влагостойкость
пожаробезопасность и огнестойкость;
значительное сокращение потерь тепла через стену. Ведь тепло способно «уходить» из здания не только через блоки, но и через межблочные швы. Ширина шва цементно-песчаного раствора в среднем составляет 15 мм, а клея для блоков – всего 2-5 мм. Тоньше шов – меньше потери тепла. А использование клея для блоков ilmax thermo Теплый Шов способно и вовсе создать однородную кладку без мостиков холода
экономичность. Расход специального состава для блоков в среднем в 6 раз ниже, чем у обычного раствора.
Виды клея для блоков
В целом, все клеи для блоков имеют схожий состав. Это песок мелкой фракции в качестве наполнителя и цемент в качестве вяжущего. Например, введение специальных модифицирующих добавок делает раствор еще лучше: даже при перепадах температур в швах не образуются трещины. Можно выделить два вида клея для газосиликатных блоков:
Летний (например, ilmax 2000). Такой клей содержит незначительное количество полимерных добавок и используется для проведения работ при температурах не ниже +5°С
Зимний (морозостойкий) (например, ilmax 2000 М). Данный клей для газосиликатных блоков имеет в своем составе максимальное количество полимеров и добавок, благодаря чему используется даже в зимнее время. Оптимальный температурный режим для него: от -5 до +10°С.
Как выбрать клей
Разнообразие клеев для блоков способно привести в замешательство даже опытного строителя. Но лучше выбирать продукцию известного производителя, что гарантирует высокое качество и отличный результат.
Далее следует внимательно изучить упаковку с описанием продукта и его детальными характеристиками:
Фракция наполнителя
Оптимальная температура использования
Толщинаслоя
Экономичныйрасход сухого клеевого порошка
Время корректировки
Время высыхания
Срок годности
С купленным клеем можно провести такой тест на качество.
Склеить им два блока, а после полного высыхания бросить их на землю. Если блоки раскололись по клеевому шву, клей для газосиликатных блоков придется выбрать новый.
Еще один тест касается теплоизоляционных характеристик клея. Можно купить несколько видов клея, приготовить из них растворы, залить в одинаковые емкости и дать высохнуть. А потом взвесить получившиеся заготовки. Какая из них легче – тот клей и лучше. За счет мелких пор воздуха его теплопроводность будет ниже, а значит, и дом получится теплее.
Расход клея для газосиликатных блоков
Хоть традиционный цементно-песчаный раствор и дешевле специального клея в 2 раза, однако расход клея для блоков в 6 раз экономичнее!
Это достигается за счет высокой адгезии даже при очень тонком шве клея. Если обычный раствор наносится слоем 10-20 мм, то специальный клей для блоков – всего 2-5 мм. При ровных блоках стандартный расход составляет 1,6-1,8 кг на 1 кв.м. при толщине слоя 1 мм. На 1 куб.м кладки тратится ориентировочно 1 мешок в 25 кг.
Это количество порошка разбавляется водой из расчета4,75…5,25 л водына мешок сухого клея. Таким образом, вес готового клея из 1 мешка – 29,75 – 30,25 кг.
Однако добиться такого тонкого шва и такого низкого расхода клея возможно только при использовании ровных качественных блоков. Если же блоки у нас кривые, то расход клея увеличится, причем существенно. При использовании неровных и кривых блоков на 1 куб.м кладки запросто может уйти и до 40 кг сухой массы вместо расчетных 25 кг.
Перечислим основные причины увеличения расхода клея для блоков:
Использование неровных, сколотых, дефектных блоков
Низкие опыт и квалификация строителей, которые выполняют работы
Нанесениеклея слишком толстым слоем, как обычного цементногораствора.
Еслижевести работы с соблюдением требований инструкции и соблюдать основные правила затворения клеевой смеси, то расход клея для газосиликатных блоковбудет оченьэкономным.
Особенности приготовления и нанесения клея
Строительство стен с использованием клея для блоков включает в себя несколько основных этапов:
Подготовка поверхности блоков. Перед покупкой блоков следует убедиться в точностиих размеров, плоскостиграней, нет ли трещин и сколов. Перед нанесением клея блоки должны быть чистыми и сухими. Дополнительно поверхность можно обработать грунтом.
Приготовление клеевого раствора. Сухой порошок засыпают в емкость с водой согласно инструкции на мешке.Вода для затворения смеси должна быть чистой и иметь комнатную температуру. Смесь перемешиваютна малых оборотах миксера, затем дают ей постоять 5-10 мин, чтобы «сработали» все модифицирующие добавки в составе клея, после чего опять перемешать. Очень важно точно соблюдать дозировку воды, указанную производителем на мешке, так как это может ухудшить качество и завысить расход клея для блоков.
Нанесение клея на поверхность блоков. Для этого лучше использовать кельму-ковш либо зубчатый шпатель. Клеевую смесь наносят на вертикальную или горизонтальную плоскость уже уложенного блока. Затем кладут новый блок, слегка вдавливая его в слой клея. Таким образомдостигается оптимальнаятолщинашвав 2-5 мм.
Правильно приготовленный клеевой состав легкопроходитмежду зубьями шпателя, а борозды не расплываются.Корректироваться положение блока можно еще в течение 15 мин. Выработать приготовленный клей следует в течение 4 часов. Вести строительные работы рекомендуется при температуре +5…+25оС.
Правильно подобранный клей надежного производителя и точное соблюдение технологии при выполнении работ позволит сократить расход клея для блоков до минимума и построить надежный теплый дом без лишних трат.
Как класть газосиликатные блоки?
Газосиликат является популярным строительным материалом, поэтому каждый строитель, выбирая данный материал, должен знать – как класть газосиликатные блоки.
Материал является разновидностью ячеистого бетона, легкий, но в то же время обеспечивает надежность дома.
Однако важно правильно произвести кладку блоков, поэтому следует знать технологию укладки.
Способы укладки
Газосиликатные блоки могут быть уложены двумя способами: на клей или на цементно-песчаный раствор.
Конечно, цемент и песок обойдутся в несколько раз дешевле клея, но расход раствора превышает расход клея в 6 раз.
При укладке на цементно-песчаный раствор толщина швов составит 1,5-2 см, что имеет неблагоприятные последствия: повышается пропускание холодного воздуха, образуется плесень, грибок, конденсат.
Чтобы приготовить раствор потребуется песок и цемент в соотношении 3:1. Воды нужно добавить такое количество, чтобы раствор был по консистенции как сметана. Цемент должен быть марки не ниже М 500.
Удобнее укладывать материал на специальный клеящий состав, обладающий высокой адгезией. При использовании клея толщина швов 2-3 мм, теплопотери почти отсутствуют.
Если строительство производится зимой, то необходимо выбрать клей с антиморозными компонентами.
Приготовить клей нужно так: вода наливается в емкость, затем насыпается сухая смесь, и все перемешивается. Для перемешивания можно использовать электродрель со специальной насадкой.
Видео:
Количество воды и клея зависит от клеящего состава, поэтому непосредственно перед использованием нужно ознакомиться с инструкцией по применению.
Рекомендуется готовить клей небольшими порциями, так как состав быстро засыхает.
Работая с клеем, следует соблюдать определенные правила безопасности. В связи с тем, что клей содержит цемент, во время работы необходимо надеть защитные перчатки и пластиковые очки.
Также нужно защитить органы дыхания, для чего надевается повязка или респиратор.
Как производится кладка?
Для выполнения кладки газосиликата нужно подготовить следующие материалы:
- арматурные пруты диаметром 8 мм;
- гидроизоляционный материал: рубероид, битум, полиуретан и др.;
- песок и цемент;
- клей.
Также потребуются инструменты:
- резиновый молоток;
- шпатель, кисть;
- ножовка;
- шаблон для подгона блоков;
- бетономешалка или дрель с насадкой для перемешивания клея;
- рубанок, терка;
- уровень;
- щетка с мягкой щетиной.
Когда все расходные материалы и инструменты подготовлены, можно переходить непосредственно к монтажным работам.
Любое строение начинается с фундамента. При устройстве фундамента для дома из газосиликатных блоков необходимо соблюдать определенные условия.
Существует мнение, что для газосиликатных стен не требуется основательный фундамент, но это мнение ошибочно.
В связи с тем, что газосиликатные блоки не устойчивы к изгибу, при движении легкого фундамента стены будут растрескиваться.
Обязательно нужно проверять горизонтальность фундамента, перепады не должны быть более 1-1,5 см. Правильно построенный фундамент облегчит последующие работы.
Когда закладывается фундамент, очень важно создать прямоугольность основания.
Уровень фундамента должен быть таким, чтобы первый ряд кладки не касался почвы, так как блоки являются очень гигроскопичными.
Верхний уровень фундамента выполняется выше уровня земли, или выкладывается цоколь из керамического кирпича высотой 0,5 м.
Когда основание готово, для качественной кладки производится разметка. Для этого нужно отметить четыре угла сооружения. Точность разметки проверяется несколько раз путем измерения диагонали основания.
Блоки должны выступать за край основания на 4,5-5 см. Это нужно для того, чтобы осадки стекали не в стык фундамента, а на отмостки. Между угловыми блоками натягивается разметочная прочная нить.
Для удобства выполнения разметки можно использовать бруски с гвоздями, которые нужно немного углубить в землю.
Видео:
Также эти бруски потребуются для выравнивания угловых заготовок, так как позволяют менять положение блоков.
Следующим этапом является гидроизоляция фундамента. Для этого можно использовать проникающую гидроизоляцию, мастику, рубероид и другие материалы.
Наносится гидроизоляция непосредственно на цоколь в один или несколько слоев.
Например, если используется рубероид, то его укладка осуществляется в несколько слоев с нахлестом 15-20 см, и каждый слой промазывается песчано-цементным раствором слоем в 10 мм.
Укладку гидроизоляции нужно производить с учетом того, что ширина покрытия должна быть больше ширины стены. Для перегородок гидроизоляция не требуется.
Когда основание полностью готово, можно переходить к кладке. Газосиликатные блоки имеют правильную форму, поэтому их кладка является довольно простой.
Ключевым моментом является первый ряд, который должен быть выполнен правильно, ведь он послужит основанием для всей стены.
Монтаж первого ряда всегда осуществляется на цементный раствор, так как цемент позволяет выровнять поверхность по горизонтали. Сначала укладываются угловые блоки.
Кладка начинается с самого высокого угла. Лишний цемент убирается мастерком. После этого укладываются оставшиеся блоки по разметке. Подробно кладка первого ряда представлена на видео.
Монтаж внутренней стены начинается от боковой стены. Заранее на полу и стенах нужно произвести разметку.
Монтаж второго ряда начинается с промазывания клеем или раствором блоков первого ряда. Клей или раствор наносится на поверхность предыдущего ряда и на вертикальные грани слоем не более 0,5-0,7 мм.
Если используются блоки с конструкцией гребень-паз, то клей не нужно наносить на торцы. Клей, выступающий из швов, убирается мастерком.
Кладка рядов выполняется только спустя 2 часа после укладки предыдущего ряда. С использованием киянки блоки нужно выровнять по уровню. Если есть какие-либо неровности, то устранить их можно рубанком.
Кладка всех рядов начинается с углов, но направление угловых блоков должно меняться.
Видео:
Например, если в одном ряду блок был размещен длинной частью в левую сторону, то в другом ряду его нужно разместить длинной частью в правую сторону.
Так, все последующие ряды сдвигаются относительно предыдущего не менее чем на 8 см. Чередование обеспечивает повышенную прочность стен. Кладка производится с перевязкой в половину блока.
Категорически запрещается укладывать газосиликатные блоки в дождь в связи с тем, что блоки имеют ячеистую структуру, которая впитывает влагу.
Если нужен блок меньшего размера, то его можно распилить электропилой, которая позволяет сделать округлую, кривую или скошенную формы.
При выкладке оконных и дверных проемов в верхней части проема сначала нужно уложить стальные уголки, длина которых должна превышать ширину проема не менее чем на 40 см, только после этого продолжается кладка блоков.
Ряд над проемами выполняется в виде термопояса, для этого нужно использовать U-образные полые блоки. К наружной стене внутрь блока крепится пенополистирол.
Важным этапом кладки газосиликатного блока является армирование, которое нужно делать после четвертого ряда.
Армирование выполняется следующим образом: по всей длине ряд нужно проштробить электрическим штроборезом. Длина штробы должна соответствовать длине арматурного прута.
Затем из штробы нужно убрать пыль феном. После чего смочить водой и наполовину заполнить клеящим составом, затем уложить арматуру диаметром 8 мм.
Для предотвращения коррозии арматуры штробу необходимо заполнить, для этого используется специальный раствор.
Видео:
Если блоки толщиной более 400 мм, то арматуру лучше укладывать в два ряда. Углы штроб должны быть закругленными.
Для армирования можно использовать армирующую сетку, которая крепится к блокам дюбелями. Если все условия соблюдены, стены прослужат длительное время.
Подробный процесс того, как класть газосиликатные блоки, можно посмотреть на видео в статье.
Дом из газосиликатных блоков | ГЛАВНАЯ
Застройщики в последние годы всё чаще начинают строить дом из газосиликатных блоков.
И действительно, этот материал обладает целым рядом преимемуществ. Он хорошо подходит людям, строящим дом своими руками, которые в тоже время не являются каменщиками. Построить дом из газосиликатных блоков довольно просто и при наличии желания многим под силу.
Многие считают, что из-за малого веса газобетона, фундамент можно сделать также более лёгким, не глубоким и тем самым сэкономить. В действительности это не так. Основной недостаток газосиликатных блоков — это низкий предел прочности на изгиб, т.е даже при маленьких не равномерных подвижках фундамента, на стенах могут появиться трещины. Поэтому фундамент всё же должен быть основательным и поддерживать постоянство формы дома.
Наилучшим вариантом является монолитная железобетонная плита, подходящая практически для всех видов грунтов. Более дешёвый вариант — монолитный ленточный фундамент на песчаной подушке. Также подойдёт столбчатый фундамент, обвязанный монолитным железобетонным поясом.
Итак приступаем к строительству. Газосиликатные блоки являются гигроскопичным материалом, поэтому советую первый ряд блоков располагать на некотором расстоянии от земли. Здесь есть два варианта:
- При возведении фундамента строится опалубка и он заливается выше уровня земли;
- Если фундамент залит по уровню грунта, нужно выложить несколько рядов (цоколь) из обычного (лучше керамического) кирпича. В нашей практике мы кладём первый ряд блоков на высоте примерно 0,5 метров от земли.
Сначала делаем гидроизоляцию. На фундамент или на кирпичный цоколь (некоторые его называют «ноль») раскатываем два-три слоя рубероида. Первый ряд блоков кладём на обычный цементно-песчаный раствор. Хотелось бы отметить, что первый ряд является пожалуй самым важным и торопиться здесь не стоит. Чем ровнее вы его положите, тем ровнее получится в итоге вся стена и тем легче будет делать последующую кладку.
В-первую очередь с помощью уровня кладём угловые блоки.
После того как они немного встанут, натягиваем шнурку (гвоздики для натяжения шнурки можно забивать непосредственно в блоки) и выкладываем весь ряд до конца. Вертикальные швы в первом ряду заполняются специальным клеем для газобетона. Блоки при кладке подстукиваем большим резиновым молотком. Если по верхней плоскости выложенных блоков получились перепады, сглаживаем их специальным рубанком для газобетона. Это обязательно нужно делать, иначе последующие блоки могут в местах перепадов треснуть.
Заканчивая выкладывать ряд практически всегда необходимо изготовить доборный блок. Для этого существуют специальные пилы по газобетону. Мы обычно пользуемся ножовкой с крупными зубьями, на кончиках зубьев напаяны твердосплавные пластинки. Существуют и электрические пилы, но они нужны скорее людям, которые зарабатывают исключительно строительством газобетонных домов. Не пользуйтесь простыми ножовками по дереву, зубья очень быстро снашиваются.
Последующие ряды блоков кладём на специальный клей, толщина швов при этом 2-3 мм.
Клей замешивается в вёдрах с помощью дрели или перфоратора с насадкой-миксером. Наносится клей на блоки простым мастерком и зубчатым шпателем (таким же как при облицовке плиткой) . Перед нанесением клея удаляйте смёткой с блоков пыль, мочить блоки водой не нужно. При кладке доборного блока наносите клей не только на блоки которые уже лежат, но и на сам доборный блок.
Некоторые используют при кладке цементно-песчаный раствор, считая, что так будет дешевле. Я настоятельно не рекомендую этого делать. Во-первых, используя раствор приходится делать швы толщиной около 10 мм. При этом теряется основное достоинство газобетонных стен — это их низкая теплопроводность, так как швы являются мостиками холода, и чем они тоньше, тем теплее будет в доме. Во-вторых, хоть клей и дороже примерно в два раза, но расход его в 5-6 раз меньше, то есть в действительности на растворе Вы потратитесь больше. Ну и в-третьих, на клей ложить проще, быстрее, и стены получаются более ровными. Одного мешка клея (25 кг) хватает примерно на 20 блоков размером 600х200х300 мм (или на 0,7-0,8 м³ кладки).
При кладке последующих рядов блоков перевязка вертикальных швов должна быть не меньше 10 см.
Теперь поговорим про армирование стен. Вообще, армирование не оказывает никакого влияния на несущую способность кладки. Оно предохраняет стены от появления волосяных трещин, воспринимая изгибающие нагрузки при неравномерных подвижках фундамента. Поэтому армирование целесообразно выполнять только в случае, если стены в последствии будут отштукатуриваться хотя бы с одной стороны. Подробнее о внутренней и наружной штукатурке газосиликатных блоков Вы можете узнать в статье «Штукатурка стен из газобетона«.
Если, например, Вы намереваетесь обшить дом снаружи сайдингом, а изнутри — гипсокартоном, то необходимость в армировании отпадает, достаточно будет соорудить монолитные армопояса в уровнях перекрытий и под стропильной фермой крыши. При выполнении армирования в верхней грани ряда блоков нарезаются штробы с помощью ручного (см. фото) или электрического штробореза.
Достаточно закладывать два прутка арматуры диаметром 8 мм, причём обязательно именно перед закладыванием арматуры, штробы заполнить клеем. Это обеспечивает совместную работу арматуры с кладкой и защищает арматуру от коррозии.
Обычно арматура закладывается на первый ряд блоков, и затем через каждые четыре ряда. Также арматура кладётся на один ряд ниже оконных проёмов и на ряд, на который опираются перемычки. При этом армирование следует распространять только на 0,9-1 метр в каждую сторону от края проёма.
Вместо арматуры можно использовать специальные арматурные каркасы для тонких швов. Они представляют собой парные полосы оцинкованной стали сечением 8х1,5 мм соединённые проволокой «змейкой» диаметром 1,5 мм.
Перекрывание оконных и дверных проёмов можно осуществить несколькими способами:
1) Проёмы шириной до 1,5 метров проще всего перекрывать двумя металлическими уголками (напр., 90х90 мм) и класть блоки на них. Опирание уголков на простенки минимум 25 см.
Под уголки необходимо сделать в блоках пропилы (можно болгаркой с алмазным диском), чтобы не было перепадов по высоте. Сами уголки перед закладкой лучше покрасить. В проёмы нужно на время поставить распорки (напр., из бруса 50х100).
2) При проёмах более 1,5 метров или даже менее того (например, если мы собираемся делать перекрытия из плит, и у нас получается, что плита кладётся прямо над проёмом и её ширина меньше ширины проёма) следует заливать монолитную железобетонную перемычку высотой не менее 200 мм. Опалубку для неё можно сделать из обрезных досок или фанеры (см. фото), можно использовать специальные блоки U-образной формы имеющиеся в продаже.
Опирание перемычек на простенки также не менее 25 см. Арматурный каркас для перемычек достаточно будет связать из 4-6 прутков диаметром 12-14 мм. Опалубку и подпорки лучше убирать после полного возведения всех стен, но не ранее чем через 20 дней после заливки бетона.
Перед монтажём перекрытий и стропильной фермы крыши с целью равномерного распределения нагрузки необходимо сделать монолитный армированный пояс толщиной не менее 10 см. Опалубку также делаем из обрезных досок, либо из фанеры, следим за горизонтальностью верхней кромки. Для армирования достаточно заложить два прутка арматуры диаметром 12 мм. Следите, чтоб арматура находилась в толще бетона, а не просто лежала на блоках.
Здесь нужно отметить важный момент.Если после строительства стен Вы не собираетесь их утеплять и зальёте пояс на всю толщину стены (напр., 375 мм), то этот участок впоследствии будет промерзать, что приведёт к появлению сырости под перекрытиями и к другим неприятностям, так как у бетона самая высокая теплопроводность. Чтобы этого избежать, можно, например, к наружной стенке опалубки перед заливкой бетона вложить пенопласт толщиной 10 см. При отделке фасада он заштукатурится.
При возведении стен из газосиликатных блоков необходимо тщательно продумать, как и какими материалами Вы будете в последствии их отделывать и какой «пирог стены» у Вас получится.
Подробнее об этом читайте в рубрике «ОБЛИЦОВКА ФАСАДА».
В качестве дополнения в данной статье можете посмотреть видео-урок по строительству дома из газобетона.
СМОТРИТЕ ДРУГИЕ СТАТЬИ НА ЭТУ ТЕМУ:
Утепленный брус (пенобрус) — производство и строительство дома.
Облицовка стен дома кирпичом.
Дом из клееного бруса. О чем молчат производители?
Строим каркасные дома по канадской технологии.
Теплоблок (полиблок) — как построить из него дом.
Лучший способ выразить благодарность автору — поделиться ссылкой на статью с друзьями!
| Паразиты живут внутри каждого! Совет врача — возьмите 120 мл кипятка и… Читать далее |
Смотрите, так можно «замедлить» Ваш электросчётчик в 2 раза! … Совершенно ЛЕГАЛЬНО! Нужно взять и в ближнюю к счётчику … Читать далее
Строим лучший мир с помощью зеленого цемента | Наука
Novacem планирует протестировать свой экспериментальный цемент (вверху: образцы блоков) сначала в таких конструкциях, как собачьи будки и патио.
Алекс Маси«Вы знаете, цемент повсюду», — говорит Николаос Власопулос, инженер-эколог из Имперского колледжа в Лондоне, сидя в ярко освещенном конференц-зале колледжа в громадном семиэтажном здании, поддерживаемом темой разговора. «Это все вокруг нас.
В прошлом году в мире было произведено 3,6 миллиарда тонн цемента — минеральной смеси, которая затвердевает в бетон при добавлении к воде, песку и другим материалам, — и к 2050 году это количество может увеличиться на миллиард тонн. из бетона в общем объеме составляет вода.
Достоинства цемента, говорит Власопулос, уже давно очевидны: «Он недорогой, текучий и, по некоторым необъяснимым причинам, становится твердым, как камень. Но редко признается еще одна важная деталь: цемент грязный.Не грязный, потому что не стирается с одежды, хотя эта проблема веками преследовала строителей. Ключевым ингредиентом является известняк, в основном карбонат кальция, останки морских существ в панцирях. Рецепт изготовления цемента требует нагревания известняка, для чего требуется ископаемое топливо.
А при нагревании известняк выбрасывает углекислый газ в атмосферу, где он удерживает тепло, способствуя глобальному потеплению. На производство цемента приходится 5 процентов мировых выбросов углекислого газа, производимых человеком; в Соединенных Штатах только потребление ископаемого топлива (для транспорта, электричества, химического производства и других целей) и металлургическая промышленность выделяют больше парниковых газов.А с учетом того, что быстро развивающиеся страны, такие как Китай и Индия, используют цемент для строительства своего подъема, загрязнение цемента становится одним из основных недостатков глобализации.
Если широкая общественность в значительной степени игнорирует огромный вклад цемента в загрязнение воздуха, 31-летний Власопулос уже давно знает об этом. Он вырос в Патрах, греческом порту. Его отец был инженером, а мать работала в банке, а летом Власопулос возвращался из колледжа Dimokrition Panepistimion Thrakis, где он изучал экологическую инженерию, вместе с дядей работал на цементном заводе.
Это было случайно. Его работа заключалась в сборке оборудования для измерения уровня выбросов углекислого газа. Они были высокими; как правило, завод производит почти тонну углекислого газа на каждую тонну цемента. Власопулос считал работу интересной, но не видел цемента в своем будущем. Это было скучно, это было старо, это было грязно.
Затем один из его профессоров Имперского колледжа, где он работал над получением степени магистра инженерии, получил финансирование на исследование нового типа цемента, производимого австралийской компанией.Профессор Кристофер Чизман убедил Власопулоса принять участие в проекте и получить степень доктора философии. «Это был шанс проделать хорошую работу», — сказал Власопулос в своей типично сдержанной манере.
Люди пытались построить лучший цемент с самого начала истории. Более 2000 лет назад римляне изобрели смесь извести, вулканического пепла и кусков камня для изготовления бетона, который использовался для строительства гаваней, памятников и зданий — клея для ранних городов, включая Пантеон и Колизей.
В 1820-х годах в Лидсе, Англия, примерно в 200 милях от Имперского колледжа, каменщик по имени Джозеф Аспдин изобрел современный цемент. Аспдин подогрел смесь из мелкоизмельченного известняка и глины на своей кухне. После добавления воды смесь затвердела. Voilà — родился строительный блок промышленной революции. Поскольку этот материал был похож на популярный строительный камень с острова Портленд, Аспдин назвал свое изобретение портландцементом. Патент, выданный в 1824 году, предназначался для «улучшения способа производства искусственного камня.
Австралийские разработчики опробовали новый рецепт, смешав портландцемент с оксидом магния. Они надеялись сократить выбросы углерода, потому что оксид магния может заменить часть известняка, а оксид магния не нужно нагревать до такой высокой температуры. Известняк должен быть нагрет до 2600 градусов по Фаренгейту, но оксид магния может быть приготовлен для цемента при 1300 градусах, температура, которая может быть достигнута с биомассой и другими видами топлива, которые выделяют меньше углерода, сокращая потребление ископаемого топлива.
Но Власопулос быстро обнаружил, что смесь не снижает общий выброс углекислого газа. В некоторых тестах выбросы почти удвоились, потому что сам оксид магния производится путем нагревания карбонатов магния — процесса, при котором выделяется углекислый газ.
«Помню, я был очень разочарован, потому что, когда вы видите, что проект, над которым вы работаете, на самом деле не такой, каким вы его себе представляли, вы теряете мотивацию», — сказал он. «Но мы чувствовали, что это очень стоящий проект, стоящая идея, поэтому мы попытались найти другой способ решить проблему.
В то время, когда Власопулос поднял этот вопрос в 2004 году, крупные цементные компании по всему миру искали новые способы сделать портландцемент более приемлемым для окружающей среды. Производители добавили побочные продукты стали, такие как шлак; угольные остатки, такие как летучая зола; и другие материалы, такие как оксид магния, для увеличения объема цементной смеси, что требует меньшего количества портландцемента.
Они экспериментировали с минеральными добавками, чтобы снизить температуру, необходимую для подготовки материалов.
Но трудно модифицировать продукт, химический состав которого недостаточно изучен.«На самом деле мы никогда не знали точного химического состава того, как этот материал затвердевает», — сказал Хэмлин Дженнингс, эксперт по химии цемента и глава Центра устойчивого развития бетона Массачусетского технологического института, одной из нескольких академических инициатив по созданию «зеленого» цемента. «Я не думаю, что сегодня в мире используется какой-либо строительный материал, который менее изучен, чем портландцемент».
Пока цементные компании возились с оригиналом, Власопулос пошел другим путем. «Вы можете сделать так много с портландцементом, чтобы сделать его лучше», — сказал он.»Что есть, то есть. Это материал, с которого вы начинаете. Мы должны были придумать что-то еще». Власопулосу понравилась идея использовать оксид магния вместо известняка для формирования цемента, но для придания ему твердости требовался другой материал.
Смешивание только оксида магния с водой не поможет — смесь станет слякотной. И ему нужно было найти источник оксида магния, который бы не выделял столько углекислого газа. Класс материала, на котором он остановился, — это силикаты магния, не содержащие углерода соединения, полученные из талька, серпентина, оливина или других минералов.Мировые запасы этих полезных ископаемых составляют около 10 миллиардов тонн, что является важным фактором, потому что, если у кого-то закончится мука, больше нельзя будет испечь пирогов.
Власопулос не очень хочет объяснять, как работает его экспериментальный состав. Его секретный соус, возможно, очень прибыльный секрет. Зарегистрировано несколько патентов. Он многое расскажет: несколько лет назад он начал смешивать оксид магния с другими созданными им химическими соединениями и водой. Смесь затвердела в маленький шарик. Он принес его в офис Чизмана.«Можно было почувствовать жар, исходящий от этого маленького шарика, — сказал Чизман. — Что-то явно происходило.
Химические реакции шли огнем; энергия высвобождалась. Они не слишком возбуждались. «Я имею в виду, что мы говорим о цементе — это не самая сексуальная вещь в мире», — сказал Чизман. «Я не бегал туда-сюда по коридорам, крутя колеса, но это было интересно».
Химические вещества, которые Власопулос смешивает с оксидом магния и водой для затвердевания цемента, представляют собой карбонаты магния, которые он производит путем добавления углекислого газа к другому сырью.Это означает, что в некоторых сценариях цемент не просто углеродно-нейтрален, он углеродно-отрицательный. На каждую тонну произведенного Власопулосом цемента может быть поглощена одна десятая тонны углекислого газа.
В конце концов Власопулос с помощью Чизмана основал компанию Novacem для разработки нового цемента. Фирма с более чем дюжиной сотрудников и партнерскими отношениями с некоторыми из крупнейших цементных компаний в мире расположена в бизнес-инкубаторе для высокотехнологичных стартапов Имперского колледжа.
В то время как некоторые другие компании на объекте являются стартапами в области наук о жизни, с микробиологическими лабораториями, полными машин для секвенирования генов и коллекций пробирок, лаборатория Novacem представляет собой просторный завод, который производит громкие звуки, много пыли и ведра цемента. Это первый цементный завод в центре Лондона со времен римлян.
Рабочие в касках, защитных очках, масках и белых лабораторных халатах работают на миниатюрной версии цементного завода, мало чем отличающегося от того, на котором Власопулос работал во время летних каникул.
Несмотря на то, что Novacem все еще совершенствует свои процедуры, он соревнуется по крайней мере с пятью другими компаниями и университетскими центрами, чтобы придумать более экологичный цемент. «Учитывая все внимание к углероду в наши дни, появилось много предпринимателей», — сказал Дженнингс из Массачусетского технологического института. «Они видят сторону возможностей». Поскольку производство цемента приносит 170 миллиардов долларов в год, инвестиции в него текут рекой.
Калифорнийская компания Calera использует, пожалуй, самый необычный подход: она использует углекислый газ, выбрасываемый электростанцией, и смешивает его с морской водой или рассолом для создания карбонатов, которые используются для производства цемента.Их можно добавлять в портландцемент, чтобы заменить часть или весь известняк. Calera поддерживается инвестициями в размере 50 миллионов долларов от Винода Хосла, компьютерного инженера, который, возможно, является самым уважаемым и богатым инвестором в «зеленые» технологии в Силиконовой долине. «На самом деле мы производим наш цемент из CO2», — сказал основатель компании Брент Констанц. «Мы берем CO2, который попал бы в атмосферу, и превращаем его в цемент». Технология все еще находится в разработке: демонстрационный завод в Мосс-Лендинге, Калифорния, и партнерство с китайской группой по строительству завода рядом с угольной шахтой во Внутренней Монголии, где они планируют использовать выбросы углекислого газа для производства цемента.
Calix, австралийская компания, производит цемент с использованием перегретого пара, который модифицирует частицы цемента и делает их более чистыми и химически активными. Этот процесс также выделяет углекислый газ, что упрощает его улавливание и не допускает попадания в атмосферу.
Технический университет Луизианы, как и Novacem и Calera, полностью отказывается от известняка; он использует пасту под названием геополимер, которая состоит из летучей золы, гидроксида натрия и гидроксида калия.
«В конце концов пыль уляжется, и одна из этих идей сработает», — сказал Дженнингс.
Вначале одним из самых больших скептиков Novacem была крупнейшая частная строительная компания Великобритании Laing O’Rourke. Руководитель, отвечающий за отслеживание многообещающих университетских работ, Дирадж Бхардвадж, узнал о продукте Novacem благодаря своим научным связям. Он посмотрел на химию, подумал, что все проверено, и несколько лет назад представил эту идею председателю, у которого было много сомнений.
По его словам, цемент никак не мог быть достаточно прочным для коммерческого использования. Нужен известняк. Когда материал Novacem достигнет 40 мегапаскалей — минимального количества прочности, необходимого для структурной стабильности — тогда он может заинтересоваться.
Семь дней спустя небольшой кусок цемента Novacem, помещенный в инструмент, похожий на тиски, попал в эту отметку. Двадцать восемь дней спустя он достиг 60 мегапаскалей. Затем Бхардвадж передал результаты председателю, который сказал: «Давайте сделаем это». Laing O’Rourke теперь является крупным партнером Novacem.Сегодня, после долгих доработок, цемент приближается к 80 мегапаскалям. Бетон, изготовленный из цемента Novacem, по прочности сравним с некоторыми стандартными бетонами.
Другими партнерами Novacem являются Lafarge в Париже, крупнейший в мире производитель строительных материалов, и Rio Tinto, глобальная горнодобывающая компания со штаб-квартирой в Лондоне, стремящаяся помочь Novacem в добыче силикатов магния.
«Сейчас цементная промышленность набирает обороты в финансовом и научном отношении», — сказал Дженнингс, имея в виду все различные экспериментальные подходы.«Мир меняется. Все, включая все цементные компании, должны быть как можно более экологичными и немного лучше заботиться о мире».
Дженнингс отказался одобрить какой-либо конкретный новый цемент. «Если Novacem работает, — сказал он, — это очень привлекательная идея».
Бхардвадж более предан делу. Он сказал, что недавно ходил к своей команде инженеров. «Честно говоря, не будьте вежливы», — сказал он им. «Отложите любые вопросы об углероде. Как вы думаете, это что-то близкое к портландцементу?» Ответ удивил его: они сказали, что так лучше.Почему? Он был не только сильным, но и чисто белым. Портландцемент имеет слегка серый цвет. «Вы можете добавить красок в этот цемент», — сказал Бхардвадж. «Представьте, что в вашем доме есть цементная стена любого цвета, который вы хотели».
Цемент приятного белого оттенка, как отметил Власопулос, демонстрируя прототип цементного завода своей компании.
Говоря о соседних биологических лабораториях, он сказал: «Мы громче», добавив: «Там лечат людей; мы лечим что-то другое». Неповоротливая машина перед ним, в данный момент простаивающая, имеет длинные трубы, которые грохочут и лязгают, срабатывает сигнализация и миксеры, которые взбивают и выплевывают ведра творения Власопулоса.
Власопулос был в приподнятом настроении, накануне сделав предложение своей девушке. (Она сказала «да».) В углу комнаты располагалось то, что он называл «нашим музеем». На маленьком столике лежали первые куски цемента Novacem — они выглядели как детские кубики, только более пыльные. «Это было не так уж хорошо», — сказал он, поднимая хрупкую на вид треснувшую. — Теперь мы знаем, что делаем. Завод может производить около пяти тонн цемента в год. Компания также работает над другим объектом, который будет производить 200 тонн в год.Если все пойдет хорошо, компания намерена предоставить лицензию на свой рецепт производителям цемента по всему миру.
Главным препятствием, которое еще предстоит преодолеть компании, является история.
Портландцемент работает . Так было всегда, с того дня в 1824 году на кухне Джозефа Аспдина. «Цемент существует уже очень давно, — сказал Бхардвадж. «Люди этому верят. Они могут окинуть взглядом все постройки, пережившие сотни лет. Так что для Novacem доказательство долговечности потребует времени. Им придется идти медленно.Если мне нужно построить мост или здание с использованием цемента Novacem, как мне убедить людей, что это нормально? Это вызов. Никто не хочет, чтобы мост рухнул».
На вопрос, пойдет ли он по мосту, построенному из цемента Novacem, Бхардвадж ответил: «У меня с этим проблем не будет». Но этот мост еще не построен.
Майкл Розенвальд написал о нанотехнологиях и охотниках за гриппом для Smithsonian . Джон Риттер живет в Пенсильвании.
Николаос Власопулос мечтает разработать новый материал, производство которого, в отличие от традиционного цемента, поглощает углекислого газа.
В случае успеха он поможет уменьшить основной фактор изменения климата и претендует на смелый шаг вперед в области строительных технологий.Джон Риттер Пилотный завод Novacem — первый цементный завод в центре Лондона со времен Римской империи. Алекс Маси Власопулос раньше работал на цементном заводе со своим дядей, который теперь дразнит его: «Ты собираешься закрыть мой бизнес.” Алекс Маси Novacem планирует протестировать свой экспериментальный цемент (вверху: образцы блоков) сначала в таких конструкциях, как собачьи будки и патио.
Алекс Маси Глобальное потеплениеРекомендуемые видео
Правила кладки газосиликатных блоков
Газосиликат– популярный строительный материал, поэтому каждый строитель при выборе этого материала должен знать, как класть газосиликатные блоки.
Материал представляет собой разновидность ячеистого бетона, легкий, но в то же время обеспечивающий надежность дома.
Однако важно правильно укладывать блоки, поэтому следует знать технологию укладки.
Способы укладки
Газосиликатные блоки можно укладывать двумя способами: на клей или на цементно-песчаный раствор.
Конечно, цемент и песок будут стоить в разы дешевле клея, но расход раствора превышает расход клея в 6 раз.
При кладке на цементно-песчаный раствор толщина швов будет составлять 1,5-2 см, что имеет неблагоприятные последствия: увеличивается пропускание холодного воздуха, образуется плесень, грибок и конденсат.
Для приготовления раствора необходим песок и цемент в соотношении 3:1. Воду необходимо добавлять так, чтобы раствор был по консистенции как сметана. Цемент должен быть не менее М 500.
Укладывать материал удобнее на специальный клеевой состав с высокой адгезией.При использовании клея толщина швов составляет 2-3 мм, потери тепла практически отсутствуют.
Если строительство производится зимой, то необходимо выбирать клей с антифризными компонентами.
Клей готовят так: в емкость наливают воду, затем всыпают сухую смесь и все перемешивают. Для размешивания можно использовать электродрель со специальной насадкой.
Видео:
Количество воды и клея зависит от клея, поэтому следует ознакомиться с инструкцией по применению непосредственно перед применением.
Клей рекомендуется готовить небольшими порциями, так как состав быстро сохнет.
При работе с клеем необходимо соблюдать определенные правила безопасности. В связи с тем, что клей содержит цемент, во время работы необходимо надевать защитные перчатки и пластиковые очки.
Также необходимо защитить органы дыхания, для чего надевается повязка или респиратор.
Как делается кладка?
Для строительства из газосиликата необходимо подготовить следующие материалы:
- прутки арматурные диаметром 8 мм;
- гидроизоляционный материал: рубероид, битум, полиуретан и др.;
- песок и цемент;
- клей.
Также необходимые инструменты:
- резиновый молоток;
- шпатель, кисть;
- ножовка по металлу; шаблон
- для подгонки блоков;
- бетономешалка или дрель с насадкой для замешивания клея;
- рубанок, терка;
- уровень;
- щетка с мягкой щетиной.
Когда все расходные материалы и инструменты подготовлены, можно переходить непосредственно к монтажным работам.
Любое строение начинается с фундамента. При устройстве фундамента под дом из газосиликатных блоков необходимо соблюдать определенные условия.
Считается, что для газосиликатных стен не требуется прочный фундамент, но это мнение ошибочно.
Из-за того, что газосиликатные блоки не устойчивы к изгибу, при движении легкого фундамента стены будут трескаться.
Необходимо проверить уровень фундамента, перепады не должны быть более 1-1.5 см. Правильно построенный фундамент облегчит последующую работу.
При закладке фундамента очень важно создать прямоугольное основание.
Уровень фундамента должен быть таким, чтобы первый ряд кладки не касался грунта, так как блоки очень гигроскопичны.
Верхний уровень фундамента выполняют выше уровня земли, либо закладывают цоколь из керамического кирпича высотой 0,5 м.
Когда основание готово, делается разметка для качественной кладки.Для этого отметьте четыре угла конструкции. Точность разметки несколько раз проверяют путем измерения диагонали основания.
Блоки должны выступать от края основания на 4,5-5 см. Это необходимо для того, чтобы осадки стекали не в стык фундамента, а на отмостку. Между угловыми блоками натянута высокоточная нить.
Для удобства разметки можно использовать бруски с гвоздями, которые нужно немного углубить в землю.
Видео:
Также эти планки необходимы для выравнивания угловых деталей, так как они позволяют менять положение блоков.
Следующий этап – гидроизоляция фундамента. Для этого можно использовать проникающую гидроизоляцию, мастику, рубероид и другие материалы.
Гидроизоляция непосредственно на цоколе в один или несколько слоев.
Например, если используется рубероид, его укладку производят в несколько слоев с нахлестом 15-20 см, и каждый слой промазывают песчано-цементным раствором слоем 10 мм.
Монтаж гидроизоляции следует производить с учетом того, что ширина покрытия должна быть больше ширины стены. Для перегородок гидроизоляция не требуется.
Когда основание полностью готово, можно переходить к кладке. Газосиликатные блоки имеют правильную форму, поэтому их укладка достаточно проста.
Ключевым моментом является первый ряд, который необходимо правильно выполнить, ведь он будет служить основой для всей стены.
Монтаж первого ряда всегда производится на цементный раствор, так как цемент позволяет выровнять поверхность по горизонтали. Первыми укладываются угловые блоки.
Кладка начинается с самого высокого угла. Излишки цемента удаляются кельмой. После этого остальные блоки размещаются по разметке. Подробная кладка первого ряда представлена на видео.
Монтаж внутренней стенки начинается с боковой стенки. Заранее на полу и стенах нужно сделать разметку.
Монтаж второго ряда начинается с глазури или раствора блоков первого ряда. Клей или раствор наносят на поверхность предыдущего ряда и на вертикальные грани слоем не более 0,5-0,7 мм.
Если используются блоки с конструкцией паз-паз, клей на торцы наносить не нужно.
Клей, выступающий из швов, втягивается кельмой.
Укладка рядов производится только через 2 часа после укладки предыдущего ряда.С помощью кьянки блоки необходимо выравнивать. Если есть какие-то неровности, то их можно устранить рубанком.
Кладка всех рядов начинается с углов, но направление угловых блоков должно измениться.
Видео:
Например, если в одном ряду блок ставился длинной частью влево, то в другом ряду он должен ставиться длинной частью в правую сторону.
Итак, все последующие ряды смещаются относительно предыдущего не менее чем на 8 см.Чередование обеспечивает повышенную прочность стен. Кладка производится с перевязкой в половину блока.
Категорически запрещается укладывать газосиликатные блоки в дождь в связи с тем, что блоки имеют ячеистую структуру, впитывающую влагу.
Если вам нужен блок меньшего размера, вы можете разрезать его электропилой, которая позволяет сделать закругленную, изогнутую или наклонную форму.
При кладке оконных и дверных проемов в верхней части проема сначала необходимо заложить стальные уголки, длина которых должна превышать ширину проема не менее чем на 40 см, только после этого кладку блоков продолжается.
Ряд над проемами выполнен в виде термопояса, для этого необходимо использовать П-образные пустотелые блоки. К внешней стене блока крепится пенополистирол.
Важным этапом кладки газосиликатного блока является армирование, которое необходимо делать после четвертого ряда.
Армирование осуществляется следующим образом: по всей длине ряда необходимо просверлить электроштроборезом.Длина штробы должна соответствовать длине арматурного прута.
Затем со штробы нужно удалить пыль феном. После этого смочить водой и наполовину заполнить клеем, после чего поставить арматуру диаметром 8 мм.
Для предотвращения коррозии ствол арматуры необходимо заливать, для этого используется специальный раствор.
Видео:
Если блоки толще 400 мм, то арматуру следует укладывать в два ряда.Углы стержня должны быть закруглены.
Для армирования может использоваться армирующая сетка, которая крепится к блокам дюбелями. При соблюдении всех условий стены прослужат долго.
Подробный процесс как класть газосиликатные блоки, вы можете посмотреть на видео в статье.
Силикон для прививки при комнатной температуре — прозрачный, Стойкое к царапинам антипригарное молекулярное покрытие
Абстрактный
Силиконы обычно считаются инертными и, следовательно, не реакционноспособными с поверхностями.Здесь мы показываем, что наиболее распространенный силикон с метильным окончанием полидиметилсилоксан спонтанно и прочно связывается со стеклом — и любой другой материал с химическим составом поверхности оксида кремния — даже при комнатной температуре. В результате получается прозрачная пленка толщиной 2–5 нм. покрытие, которое демонстрирует исключительные антипригарные свойства по отношению к полярным и неполярных жидкостей образуется лед и даже суперклей. Десять микролитров капли различных жидкостей соскальзывают со стекла с покрытием, когда образец наклонена менее чем на 10°. Адгезионная прочность на льду на покрытом стекло только 2.7 ± 0,6 кПа, то есть более чем на 98 % меньше, чем прилипание льда к непокрытому стеклу.
Механически стабильное покрытие легко наносится краской, распылением или валиком. Примечательно, реакция не требует ни избыточной энергии, ни растворителей, ни он вызывает опасные побочные продукты, что делает его идеальным вариантом для экологически устойчивая модификация поверхности во множестве технологических Приложения.
Введение
Силиконы бесцветные, нетоксичен и обычно считается быть биосовместимыми материалами.Силиконы часто используются в промышленности. и широкий спектр потребительских товаров по всему миру. 1−3 Мировой рынок для силиконов быстро растет и, как ожидается, достигнет 20 млрд. долларов США в 2021 году. 4 Уникальная недвижимость силиконов включают превосходную термическую стабильность, тепловую и электрическую изоляция и водоотталкивающие свойства. Важные области применения силиконов охватывают медицинскую технику, строительство, автомобилестроение и бумажная промышленность. Типичными примерами являются верхние покрытия для медицинских устройств, электроника, солнечные элементы, оптические линзы, оконные стекла, разделительные слои для клейких этикеток, контейнеров и пищевых упаковок.
1,2,5 Уникальные свойства силиконов из неорганически-органической композитной структуры силоксана молекулы.
Наиболее распространен силикон с концевыми триметилсилоксигруппами линейный поли(диметилсилоксан) (ПДМС). Он имеет неорганическую кремний-(Si)-кислородную (O) основу. с двумя присоединенными органическими метильными боковыми группами (-CH 3 ) каждому атому кремния (вспомогательная информация, рис. С1). 1 Органические/неорганические молекулярные структура придает ПДМС его уникальные свойства.Например, низкая электроотрицательность Si приводит к сильно поляризованным связям Si-O в основной цепи PDMS (Дополнительная информация, таблица S1). То большая энергия связи 452 кДж моль –1 дает PDMS его высокая термическая стабильность. 1 Гидрофобный метильные боковые группы обеспечивают низкую поверхностную энергию и защищают неорганические Основная цепь Si–O, тем самым снижая межмолекулярные взаимодействия. внутри ПДМС.
Из-за низкого поверхностного натяжения γ ≈ 20 мН м –1 ПДМС легко смачивает большинство материалов. 1 Широкий валентный угол ~150° между Атомы Si–O–Si дают практически исчезающие торсионные барьеры. 6 В качестве поучительного примера энергия вращения вокруг связи (CH 3 ) 2 Si–O в ПДМС только 3,3 кДж моль –1 , тогда как вокруг связи СН 2 –СН 2 в полиэтилене она составляет 13,8 кДж моль –1 . 1 Низкая температура стеклования T г при −127 °C 1 обеспечивает отличные смазывающие свойства в широком диапазоне температур.
Общеизвестно, что силиконы склонны прилипать к поверхностям.Было показано, что обработка ПДМС на оксидных поверхностях нагреванием 7,8 дает прочно связанный полимерный щеткоподобный 9,10 ПДМС. фильмы. Такие пленки демонстрируют замечательную водоотталкивающую способность и проявляют гистерезис низкого контактного угла меньше или равен 10° для различных полярные и неполярные жидкости.
Для сравнения, другие гидрофобные покрытия такие как фторсиланы 11 и тефлон 12 (поли(тетрафторэтилен), ПТФЭ) обычно показывают гистерезис краевого угла смачивания водой ~20–30°.В дополнение к тому, что PDMS связывается с поверхностями с помощью тепла, он может связываться с фотокатализаторами на основе оксидов металлов при освещении УФ-светом. 13 Например, Eifert et al. 14 нанесенный ПДМС на различные подложки, включая стекло и запекали образцы в течение 1–3 мин при 300 ° C для прикрепления PDMS. к поверхностям. После этого они пропитали образцы PDMS. для получения водоотталкивающих поверхностей, пропитанных маслом. Сюэ и др. 15 изготовлен супергидрофобный ПДМС/октадециламин покрытие на тканях, которые показали способность к самовосстановлению как после механических и химические повреждения.Ян и др. 16 применяется капельное покрытие, отверждение и истирание для изготовления супергидрофобного Покрытие ZnO/PDMS с ледоотталкивающими свойствами.
Помимо нанесения покрытий, взаимодействия между ПДМС и твердыми телами 17 являются принципиальное и практическое значение, например, при связывании частицы неорганического наполнителя, используемые для армирования силиконового каучука. 18 Другие сложные применения на основе кремнезема Архитектура включает датчики окружающей среды 19 и фильтрацию наночастиц. 20
Несмотря на обильное использование ПДМС, его реакции с оксидами не ясно. Первая статья, указывающая на реакцию, активируемую нагреванием. PDMS со стеклом был опубликован еще в 1947 г. Hunter et al. 21 В 1969 г. Уиллис 22 писал: «Мы наблюдали значительно усиленную реакцию на металлические поверхности. Разложение полидиметилсилоксанов может происходить при температурах до 90-100°С, что приводит к образованию чрезвычайно тонких полимерных пленок». Он указал, что реакция происходит только на поверхностях оксидов металлов, а не на благородных металлах, и что реакция не наблюдалась в атмосфере инертного газа азота и аргона.
Эти ранние работы, однако, не получили широкого распространения. внимание, поскольку считалось, что ПДМС не вступает в реакцию с оксидами, то есть не способный к образованию каких-либо ковалентных связей с субстратом, поскольку он не содержит реакционноспособных групп, таких как хлор (-Cl) или гидроксильные (-ОН) группы. Адсорбция PDMS была объяснена водородной связью с подложкой. 23 Возможность химической поверхностной реакции не рассматривалась до 2010 года, когда Крампфер и Маккарти 7,8 и, четыре года позже Граффиус и соавт. 24 предложил, чтобы ПДМС может адсорбироваться на оксиде кремния посредством поверхностной реакции, катализируемой кислотой. который включает расщепление силоксановой основы ПДМС и конденсацию с поверхностными силанолами (≡Si–OH) при повышенных температурах при 100–300 °С.
Было предложено, чтобы поверхность силанолы являются благоприятными сайтами для химического связывания ПДМС с оксидом кремния. 7,8,24 Поверхность полностью гидроксилированного диоксида кремния имеет значительное количество поверхностных силанолов, ∼5 OH нм –2 .
24−26 Несмотря на эти силанольные группы, самопроизвольное формирование качественной пленки покрытия из ПДМС без добавления реагенты или катализаторы кажутся удивительными на первый взгляд, как это делает PDMS не содержат реакционноспособных групп. Реакция имеет особое промышленное значение. интерес, потому что производство молекулярных покрытий PDMS обычно высвобождает токсичные химикаты 1,27 или потребляет энергию. 8,14 На более толстых покрытиях из сшитого ПДМС капли жидкости прилипают к поверхности. Эта проблема была решена путем пропитки ПДМС силиконом. масла, что приводит к образованию пропитанных смазкой поверхностей. 14,28−30 Недостатком такого подхода является то, что скользящая капли уносят смазку с собой, портя свойства в процессе времени (вспомогательная информация, видео S1). 31,32
Здесь мы преодолеваем проблемы, связанные с для производства поверхностей из ПДМС и прилипание капель путем введения легкого, но неизученного, стратегия.
Мы показываем, что ПДМС спонтанно реагирует с оксидом кремния. поверхности в широком диапазоне температур, даже при комнатной температуре и ниже.Мы предполагаем, что реакция прививки PDMS к кремнию оксид при комнатной температуре индуцируется присоединением линейного ПДМС цепей на поверхность в результате реакций гидролиза и конденсации. Примечательно, в результате реакции образуется высококачественное покрытие толщиной 2–5 нм, которое показывает гистерезис контактного угла ниже 10° для воды и различных органических жидкостей как на стеклянных, так и на кремниевых пластинах (). Таким образом, пленка PDMS позволяет легкое скольжение по его поверхности различных полярных и неполярных жидкостей. Сила тяжести или легкий удар легко удаляют капли, тем самым помогая поверхность, чтобы оставаться чистой (а и вспомогательная информация, видео S2).Примечательно, что этот экологически чистый одностадийный синтез дает водоотталкивающий, прозрачный, механически стабильный и антипригарный покрытие, способное отталкивать лед, аэрозольные краски и клеи, включая супер клей. Твердые и пористые поверхности любой формы легко иметь покрытие, включая бумагу и текстиль (поддержка Информация, Видео S3).
Пленки ПДМС, привитые к стеклу при комнатной температуре. (а) (слева) Фотографии показывает скользящую каплю воды, окрашенную метиленовым синим (радиус ≈ 2 мм) вниз на пленке PDMS.Капля оставляет после себя чистую поверхность. То молекулярная масса ПДМС 6000 г моль –1 и прививка время было 24 часа. (справа) Капля прикреплена к химическим парам, осажденным фторсилановое покрытие на стекле. Капля испаряется и оставляет после себя пятно (вставка). Обе поверхности были наклонены на 15°. (б) Продвижение θ a (красные точки) и удаляющийся θ r (синие точки). треугольники) краевые углы смачивания водой (вставка: молекулярная формула ПДМС) и (c) гистерезис краевого угла на пленках PDMS после различных периоды прививки.(d) Контактный угол в зависимости от объема капли воды на привитый ПДМС (красные точки) и сшитый ПДМС (синие треугольники) на стекло при надувании и сдувании капли.
Продвижение и отступление краевые углы последовательно определяются на протяжении всей работы путем увеличения и уменьшение объема капли от 10 до 25 мкл при постоянном скорость 1 мкл с –1 при использовании стандартного контакта угловой угломер. (д) Гистерезис краевого угла воды на привитых пленках с различной молекулярной массой PDMS. (f) Углы скольжения для 10 мкл капель различных полярных и неполярных жидкостей на PDMS фильм.Поверхностное натяжение γ жидкостей соответствует Fluorinert FC-70. 17,1 мН·м –1 ; н -гексан 18,4 мН м –1 ; этанол 22,1 мН·м –1 ; н -гексадекан 27,5 мН м –1 ; толуол 28,4 мН·м –1 ; оливковое масло 32 мН м –1 ; этилен гликоль 47,7 мН м –1 ; дийодметан 50,8 мН·м –1 ; глицерин 64 мН м –1 ; вода 72,8 мН·м –1 . В (а – г) и (е) молекулярная масса ПДМС 6000 г моль –1 .В (а) и (г – е) прививка время было 24 часа.
Материалы и методы
Материалы
Материалы подложки 170 мкм толстые покровные стекла из боросиликата (Menzel-Gläser, Thermo Scientific) и кремниевых пластин с зеркальной полировкой (Si-Mat). Кроме того, Известково-натриевое лабораторное стекло толщиной 1 мм (Menzel-Gläser, Thermo Scientific) использовали в качестве субстрата для демонстрации стабильности и легко очищаемые свойства покрытия. Линейный ПДМС с молекулярным массы (ММ) 770 и 49350 г моль –1 было приобретено у Gelest, Inc.и ПДМС МВт 2000, 6000, 14000, 28 000, 63 000 и 117 000 г моль –1 были получены от Alfa Aesar. Циклический ПДМС, декаметилциклопентасилоксан (D5), молекулярная масса 371 г моль –1 , был приобретен у Sigma-Aldrich. Для экспериментов использовалась вода Milli-Q. Все технические зондовые жидкости были приобретены у Sigma-Aldrich и использовались в том виде, в каком они были получены.
Подготовка проб
Подложки из стекла и кремниевых пластин промывали этанолом и водой, сушили в токе азота и если не указано иное, кислородно-плазменная чистка мощностью 300 Вт в течение 10 мин.
(Фемтоплазменная система низкого давления, Diener electronic).несколько капель ПДМС (т. е. силиконовое масло с определенной молекулярной массой), ~30–50 мкл наносили на поверхность подложки, после чего капли распределяли другим предметным стеклом, чтобы образовалось менее Пленка ПДМС толщиной 1 мм. Мы использовали ПДМС с молекулярной массой 6000. г моль –1 (вязкость = 95 мПа·с) во всех экспериментах, если не указано иное. После того, как пленки PDMS были нанесены на подложки, образцы помещали в пластиковые контейнеры из полистирола при температуре 22–23 °C и относительной влажности 30–60 % для 24 ч, чтобы он прореагировал с поверхностью образца, если не указано иное.Контейнеры не были запечатаны газонепроницаемыми. Некоторые образцы были привиты при различных температурах. Поэтому пленки PDMS были распространены на образцы, как описано выше, после чего образцы были помещены в духовке, холодильнике или морозильной камере в течение 24 ч. Прививка PDMS при различных увлажнение при комнатной температуре проводили в специально изготовленной камере, где относительная влажность (RH) контролировалась циркулирующим сухим или влажный газообразный азот. После того, как ПДМС прореагировал со стеклом (или кремнием пластины) избыток PDMS сначала смывали ополаскиванием толуоле, а затем обработкой образца ультразвуком в толуоле, этаноле, и вода по 10 мин в каждую жидкость.
Метилирование поверхности и Фторсиланизацию проводили методом химического осаждения из паровой фазы. (ССЗ). Очищенные плазмой стеклянные подложки помещали в эксикатор. вместе со 100 мкл силана, триметилхлорсилана или 1 H , 1 H , 2 H , 2 H — перфтороктилтрихлорсилан (чистота 97 %, Sigma-Aldrich). Давление в эксикаторе снижали до ~100–200 мбар в течение 2 часов. После этого образцы помещали в вакуумную печь. при 60°С в течение 2 ч для удаления непрореагировавшего силана.Чтобы сравнить привитые пленки ПДМС с сшитым ПДМС, мы подготовили сшитые Поверхности PDMS с использованием эластомера Sylgard 184 (Dow Corning). База компонент и сшиватель смешивали в соотношении 10:1 по массе. при ручном перемешивании в течение 2 мин. Раствор дегазировали в вакууме.
при 200 мбар в течение 15 мин. После этого ~30 мкл PDMS раствор наносили на стеклянные подложки размером 24 мм × 30 мм в размер. Образцы были покрыты центрифугированием при 2500 об/мин в течение 5 минут, чтобы сформировать Пленка PDMS толщиной ~ 10 мкм, после чего поверхности отверждение в печи при 60°С в течение 20 часов.Для сравнения со смазкой поверхности, мы наполнили сшитую пленку ПДМС жидкостью ПДМС (молекулярная масса 6000 г моль –1 ). Поэтому мы внесли несколько капель PDMS на образце и дайте им спонтанно распространиться по поверхность. После того, как пленке дали пропитаться в течение 2 ч в горизонтальном плоскости образец помещали вертикально на 5 ч, чтобы избыток ПДМС удаляется с поверхности под действием силы тяжести. Поверхность показала скольжение угол менее 1° для 10 мкл капель воды.
Для демонстрации Прививка ПДМС к другим материалам, не имеющим химия поверхности оксида кремния, мы покрыли алюминий, нержавеющую сталь, полиэфирная ткань и бумага с PDMS.
Металлические пластины, 50 мм × Размер 50 мм × 1 мм, были куплены в Modulor и промыты. этанолом и водой перед использованием. Ткани были куплены в г. Karstadt и бумажные салфетки (прецизионные салфетки Kimtech Professional, Kimberly-Clark) были получены от Thermo Fisher Scientific. До подачи заявки пленок ПДМС мы покрывали подложки тонким слоем толщиной ∼3 нм. толстый слой диоксида кремния. Таким образом, субстраты были первыми. кислородно-плазменная очистка (алюминий и нержавеющая сталь мощностью 300 Вт в течение 10 мин и полиэфирной ткани и бумаги при 180 Вт в течение 2 мин).После этого субстраты помещали в эксикатор вместе с аммиаком (3 мл, 25% раствор, VWR Chemicals) и ТЭОС (3 мл, чистота 98%, Sigma-Aldrich) при атмосферном давлении и комнатной температуре в течение 4 ч нанести газофазный Реакция Штёбера 33 для роста слой кремнезема. Затем образцы снова подвергали кислородно-плазменной очистке с использованием те же параметры, которые использовались до выращивания кремнеземной оболочки, после чего к образцам прививали ПДМС в течение 24 ч при комнатной температуре.
Для удаления непрореагировавшего ПДМС металлические пластины обрабатывали ультразвуком в растворителях. используя стандартную процедуру, описанную выше.Полиэфирная ткань а образцы бумаги просто промывались в течение ∼30 с в каждом растворителе. (бумагу ополаскивали только в толуоле и этаноле, а не в воде, чтобы предотвратить повреждение субстрата).
Характеристика
Угол контакта
Смачивание поверхности исследовали с помощью гониометр DataPhysics OCA 35 (DataPhysics Instruments). Статический краевые углы θ и углы скольжения α определялись с объемом капли 10 мкл. Данные были собраны как минимум три разных положения на каждом образце.Определены краевые углы продвижения θ a и отступления θ r . путем увеличения и уменьшения объема капли от 10 до 25 мкл из расчета 1 мкл с –1 .
Эллипсометрия
Толщина привитых пленок ПДМС определяли методом эллипсометрии (Nanofilm EP3, лазер 658 нм, 50 мВт) на кремниевых пластинах.
Толщина естественного оксидного слоя на пластин был измерен, чтобы быть 3,8 ± 1,5 нм. Толщина слой естественного оксида входит в расчет толщины пленка ПДМС.Поскольку значения показателя преломления ПДМС ( n = 1,42, λ = 500 нм) 34 и нативного оксид ( n = 1,46, λ = 500 нм) 35 очень близки, свет в основном отражается на граница раздела между слоем собственного оксида и кремнием ( n = 4,3, λ = 500 нм). 35
AFM
Толщина пленки ПДМС и сила адгезии между поверхностью пленки PDMS и атомно-силовой микроскопией (АСМ) были исследованы с помощью АСМ (MFP3D Standalone от Asylum Research).Консоли из кремния без покрытия (OMCL-AC240 от Olympus) с силовой постоянной от 2,6 до 3,1 Н·м –1 . Для каждого субстрата мы использовали новый кантилевер, который мы откалибровали, анализируя тепловые шумовой спектр («метод Сейдера»). Сила–Расстояние кривые были записаны с использованием подхода картирования силы: кончик многократно приближение и отвод по сетке 64 на 64 точки (32 на 32 точки на эталоне стекла) на площади 1 мкм × 1 мкм.
Таким образом, наконечник всегда измерял нетронутую поверхность.
XPS
Влияние разного времени прививки и предварительной обработки на атомный состав на кремниевых пластинах исследовал Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС). Анализы XPS были выполнены с инструментом Kratos Axis Ultra DLD (Kratos Ltd.) с использованием монохроматического Источник рентгеновского излучения Al Kα (1486,6 эВ, ток эмиссии: 10 мА, анод напряжение: 15 кВ). Базовое давление прибора оставалось ниже 3,0 × 10 –10 торр. Работа выхода была откалибрована на энергия связи 84.0 эВ для металлического золота (Au 4f 7/2 ). Система нейтрализации заряда использовалась для всех анализов. Заряд нейтрализацию контролировали с помощью пика C 1s для случайных углерод. Обзорные спектры и детальные сканы были записаны при энергии пропускания. 80 эВ с 10 развертками и шагом по энергии 1 эВ. Высокое разрешение получены спектры переходов C 1s, O 1s, Si 2p и Si 2s при энергии прохода 20 эВ и пяти развертках с шагом по энергии 0,1 эВ.
Площадь анализа составляла ∼300 × 700 мкм 2 .Все спектры записаны в режиме спектроскопии с использованием режим гибридного объектива. Для каждой выборки не менее трех независимых измерения были выполнены. Расчет атомного процента были выполнены из обзорных спектров, скорректированных на пропускание с с помощью коммерческого программного обеспечения CasaXPS (версия 2.3.16, Casa ООО «Программное обеспечение»). Энергии связи были откалиброваны с использованием C 1s пик примесного углерода при энергии связи 284,8 эВ, с связанная ошибка ∼0,1–0,2 эВ. 36
FTIR
Инфракрасное преобразование Фурье спектроскопия (FTIR, Tensor II с Platinum ATR, Bruker) применялся для исследования химических изменения в ПДМС, то есть реакции гидролиза и конденсации во время процесс прививки ПДМС при комнатной температуре.Чтобы максимизировать кремний площадь поверхности оксида для FTIR-измерений мы взяли коллоидный кремнезем (Аэросил 200, Эвоник, площадь поверхности = 200 м 2 г –1 ) и плотно сжать на предметном стекле.
Спрессованный порошок кислородно-плазменная очистка при 300 Вт в течение 10 мин. Во-первых, чистый порошок был исследован с помощью FTIR. После этого порошок удаляли и кристалл ослабленного полного отражения (ATR) был очищен. Второй, на кристалл и исследовали без порошка.После этого порошок наносили на PDMS и плотно сжимали под предметным стеклом. Химические изменения контролировали с помощью FTIR со временем до 24 часов. Эксперимент повторили дважды, чтобы убедиться, что результаты повторяемый. Каждый спектр был записан с разрешением 1,4 см –1 путем выполнения 200 сканирований. Запись каждого отдельного спектра таким образом, потребовалось ∼3 мин. Глубина проникновения в образец составляет ∼1–2 мкм на 1000 см –1 . Глубина проникновения увеличивается на порядок между 4000 и 400 см –1 .Программное обеспечение для сбора данных Bruker использовалось для коррекции спектров. для поглощения окружающей среды H 2 O и CO 2 во время измерения.
UV–Vis
Коэффициент пропускания света пленки ПДМС для длин волн от 300 до 1500 нм измеряли с помощью ультрафиолетового-видимого световой (УФ-видимый) спектрометр (Lambda 900, PerkinElmer).
Ультрафиолетовый свет Экспозиция
УФ-стойкость пленки PDMS исследовали, освещая образец УФ-А светом (интенсивность на поверхности образца = 2.3 ± 0,3 мВт см –2 ) с расстояния 8 см (источник света: LQ-400, Dr. Gröbel UV-Elektronik ГмбХ). Интенсивность освещения измеряли с помощью УФ-радиометра. RM-12 с датчиком УФ-А для спектрального диапазона 315–400 нм (Dr. Грёбель УФ-Электроник ГмбХ).
Устойчивость к кислоте/основе Решения
Стабильность пленки ПДМС в растворах кислот и оснований исследовали путем погружения образцы в 0,1 М водном растворе соляной кислоты (HCl, pH = 1) или хлорид натрия (NaOH, pH = 13) соответственно для 1 или 24 час
Адгезия к ленте
Мы провели тест на адгезию к ленте после стандарт ASTM D903. В качестве скотча мы использовали ткань Tesa.
скотч (Gewebeband синий 2,75 м × 19 мм). Лента была приклеена к подложку с помощью металлического валика диаметром 12,5 см и вес 2,5 кг. Через 5 мин ленту сняли. оттягиванием назад под углом отслаивания 180° со скоростью 15 см мин. –1 . Регистрировали среднюю силу сцепления. с помощью манометра PCE-DFG N20.Определяли среднюю силу сцепления. из пяти независимых измерений.
Адгезия для льда
Лед Адгезию измеряли с помощью самодельного прибор для испытания сцепления на льду. Вкратце, датчик силы (PCE-DFG N20, максимальное измеряемое усилие 20 Н с точностью ±0,1% от диапазон измерения) и ручной линейный столик (XR50P/M 50 мм, Thorlabs) для перемещения образец крепился на алюминиевой макетной плате (Thorlabs). Вся установка была построена в морозильной камере (компрессор Mobicool FR40). система охлаждения).Сначала образец крепился к линейному столику. и дали остыть 5 мин. После этого мы аккуратно отложили 50 мкл воды капают на поверхность образца. После того, как капли были давали остыть в течение 5 мин, их замораживание начиналось прикосновением к их с крошечным кристаллом льда на кончике пинцета.
Капли были дать заморозиться в камере при температуре −8 °C в течение различных периодов времени времени от 10 мин до 16 ч. После этого камера была открыта из вверху, а образец с каплями льда двигался навстречу силе наконечник датчика со скоростью ~50 мкм с –1 .Температура на поверхности образца оставалась на уровне -8 ± 1°C во время измерений. Требуемая сила F фиксировали отрыв капель льда от поверхности образца. То была установлена точка контакта между каплей льда и наконечником силомера как можно ближе к подложке, чтобы можно было определить силы сдвига надежно. Диаметр контакта капель воды объемом 50 мкл на разных материалах образцов определяли с контактным углом угломер. Таким образом, зная площадь контакта A капель на разных образцах прочность поперечного сцепления τ льда рассчитывали по .Средняя адгезионная прочность льда составила определяют по пяти индивидуальным измерениям каждого образца. Когда при расчете прочности льда на сдвиг мы принимали круговую геометрию для линии соприкосновения и что площадь соприкосновения осталась неизменной во время заморозки.
Нельзя исключать, что площадь контакта расширилась слегка при заморозке; однако он включен в данную ошибку поля.
Результаты и обсуждение
Влияние времени полоскания на Угол контакта
Привитой Пленка PDMS должна содержать только молекулы, прочно связанные с подложкой.При исследовании привитых пленок PDMS важно правильно смыть избыточные молекулы PDMS, которые не связаны с поверхностью. Примечательно, что тщательная промывка растворителями, например, толуолом, который является хорошим растворителем для PDMS, не удаляет все излишки, несвязанные молекулы ПДМС с поверхности. Через 10 с промывки образец в стеклянном стакане, наполненном толуолом, этанолом и водой, соответственно, пленка ПДМС, хорошо заметная невооруженным глазом, осталась на поверхности стекла (рис. S2).После 10–30 с промывки в растворителях, гистерезис краевого угла и угол скольжения увеличивались с увеличением времени полоскания и находились в пределах 1–6° (табл. 1). После 20 с промывки слой ПДМС толщина кремниевой пластины, измеренная с помощью эллипсометрии, составляла 8 нм.
За сравнения, на соответствующем образце, который был обработан ультразвуком в растворители и, таким образом, несвязанный ПДМС удаляли; толщина ПДМС покрытие составляло всего ~3 нм. После 30 с промывки контактный угол гистерезис и угол скольжения были примерно на 5° ниже по сравнению с соответствующим образцам, обработанным ультразвуком в растворителях (табл. 2а).Гистерезис контактного угла и соответственно угол скольжения начал насыщаться при ~10° после 1–2 мин промывки в каждом из растворителей. Это демонстрирует что избыток ПДМС нельзя легко смыть ополаскиванием. Вероятно некоторое количество несвязанного ПДМС остается на поверхности после ополаскивания, и, таким образом, покрытие остается в пропитанном смазкой состоянии. 14,28−30 Свободные молекулы удерживаются в пленке за счет привитые цепи PDMS и действуют как смазка. Поверхностные свойства, таким образом, зависит от количества свободного PDMS в пленке и зависит от функции интенсивности и продолжительности полоскания. Чтобы удалить все несвязанные PDMS максимально эффективно, как стандартная процедура через работу мы сначала промыли образцы в толуоле, а затем обработали их ультразвуком в толуола, этанола и воды по 10 мин в каждом растворителе.
Таблица 1
Водоотталкивающие свойства привитых пленок ПДМС к стеклу после смывания избытка ПДМС промывкой в растворителях a
| время промывки | θ [deg] | θ | θ a θ | θ R θ | 9 θθ a -θ R [DEG] | α [deg] | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 10 | 10 9 | 107 ± 1 | 107 ± 2 | 105 ± 2 | 2 | <1 | ||
| 20 | 109 ± 1 | 108 ± 1 | 103 ± 2 | 5 | 5 ± 1 | |||
| 30 | ||||||||
| 30 | 107 ± 1 | 109 ± 1 | 103 ± 4 | 103 ± 4 | 6 | 6 ± 5 | 6 ± 5 | |
| 60550 | 108 ± 1 | 110 ± 1 | 98 9 | 12 | 12 | 10 ± 2 | 10 ± 2 | |
| 120 | 107 ± 1 | 107 ± 1 | 111 ± 1 | 98 ± 2 | 98 ± 2 | 13 | 11 ± 1 |
Таблица 2
Водозагревательство привитых пленок PDMS к стеклу a
| (a) | время прививки | θ [dog] | θ [deg] | θ R θ R θ | θ a -θ R α | α [deg] | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 Мин | 0 | ||||||||||
| 1 мин | 58 ± 5 | 60 ± 5 | 29 ± 6 | 39 | |||||||
| 5 мин | 71 ± 3 | 73 ± 3 | 41 ± 1 | ||||||||
| 15 мин | 95 ± 1 | 97 ± 1 | 97 ± 1 | 65 ± 1 | 32 | ||||||
| 2 H | 2 H | 103 ± 1 | 106 ± 1 | 106 ± 1 | 80 ± 1 | 80 ± 1 | 26 | ||||
| 24 H | 106 ± 1 | 109 ± 1 | 97 ± 1 | 12 | 12 ± 2 | 90 545||||||
| 5 d | 107 ± 1 | 107 ± 1 | 109 ± 1 | 99 ± 1 | 99 ± 1 | 99 ± 1 | 10 | 7 ± 2 | 7 ± 2 | 9 ± 2 | |
| 10 D | 108 ± 1 | 109 ± 2 | 97 ± 2 | 12 | 11 ± 2 | 11 ± 2 | |||||
| 30 D | 307 ± 1 | 107 ± 1 | 110 ± 1 | 92 ± 2 | 18 | 18 ± 4 |
| (b) | Температура [° C] | θ [deg] | θ a θ | θ R θ | θ A -θ R [DEG] | α [deg] | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -18 | -18 | 104 ± 1 | 104 ± 1 | 108 ± 1 | 108 ± 4 | 83 ± 4 | 25 | ||
| 10 | 106 ± 1 | 109 ± 1 | 109 ± 1 | 109 ± 1 | 1 | 93 ± 1 | 16 | 22 ± 4 | |
| 22-23 (RT) | 106 ± 1 | 109 ± 1 | 97 ± 1 | 97 ± 1 | 12 | 12 ± 2 | 12 ± 2 | ||
| 100 | 105 ± 1 | 108 ± 1 | 95 ± 1 | 13 | 13 | 13 ± 2 |
| (c) | Rh [%] | θ [deg] | θ A θ | θ R [град] | θ a –θ r [град] | α [град] | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0. 1 | 106 ± 1 | 109 ± 1 | 109 ± 1 | 100 ± 1 | 100 ± 1 | 9 | 11 ± 1 | ||||
| 30-60 | 306-60 | 106 ± 1 | 109 ± 1 | 97 ± 1 | 12 | 12 ± 2 | |||||
| 106 ± 1 | 108 ± 1 | 94 ± 1 | 94 ± 1 | 94 | 11 ± 1 | 11 ± 1 | |||||
| 97-99 | 95 ± 3 | 98 ± 3 | 64 ± 4 | 34 |
Реакция ПДМС с оксидом Поверхности
PDMS начинает связываться с поверхностью стекла сразу после контакта с подложкой при комнатной температуре.
Уже через 1 мин времени контакта исходное идеально гидрофильная поверхность стекла (краевой угол θ ≈ 0° для воды) становится слегка водоотталкивающим, проявляя контактный угол опережения θ a = 60 ± 5° и гистерезис контактного угла 31 ± 2°. Через 24 часа контакта время гидрофобная пленка ПДМС с θ a = 109 ± 1° и гистерезис контактного угла 12 ± 2°. (а–г, табл. 2а). Толщина пленки 2,8–3,1 нм; толщина измерялась методом эллипсометрии на кремниевых пластинах (табл. 3) и методом АСМ на стекле от упругой деформации фильм.
Таблица 3
Водоотталкивающие свойства привитых пленок ПДМС в стекло при комнатной температуре в течение 24 часов с использованием различных молекулярных масс Для PDMS A
1 ± 0,3
8 ± 1,1 нм до 4,3 ± 0,7 и 5,1 ± 0,7 нм соответственно, измеренные АСМ. Появляется толщина пленки PDMS ~ 4 нм (время реакции 5 дней). для получения наилучшей водоотталкивающей способности с гистерезисом контактного угла 10 ± 1° и угол скольжения 7 ± 2° для 10 мкл капли (б, в, табл. 2а). Более высокая толщина пленки дает повышенное закрепление капель воды.
В случае высокой ММ длина цепи выше порога где начинается запутывание молекул, ∼MW 6000–7000 г моль –1 . 37 Запутывание снижает подвижность цепей ПДМС на поверхности. Следовательно, увеличивает гистерезис краевого угла и изменяет смачивающие свойства пленки по сравнению с поперечно-сшитым ПДМС, где подвижность цепи ограничен. Действительно, сшитый силикон обычно проявляет контакт угловой гистерезис достигает 35–50° для воды (г). 38,39 
Например, для 10 мкл капли воды (сравнимые с объемом дождевой капли среднего размера 40 ) с шириной контакта w = 3,2 мм и поверхностным натяжением γ = 0,073 Н·м –1 , гистерезис контактного угла 20° дает F adh ≈ wγ (cos θ r – cos θ a ) ≈ 80 мкН. 38,41 Удаление капель с поверхности под действием силы тяжести, F G = мг sin α > F adh , где m — масса11 г3 900 гравитационное ускорение, а α – угол наклона подложки, будет означать наклон подложки более чем на 50°.Здесь начинает двигаться капля воды объемом 10 мкл. вниз по поверхности стекла, покрытой PDMS, как только подложка будет наклонена на ∼10° (табл. 2а), что указывает на низкий уровень F adh < 20 мкН. Капли движутся медленно, ~10 мкм с –1 при наклоне менее 15°. Однако при более высоких склонностях капли достигают скорости порядка нескольких миллиметров в секунду (Дополнительная информация, рисунок S3, таблица S2).
Помимо воды, множество других жидкостей, в том числе алканы, масла, растворители и фторсодержащие жидкости легко соскальзывают с Стекло с PDMS-покрытием при наклоне менее 10° (f).
Кроме того, пленки выдерживают УФ-подсветка. После 5-дневного воздействия УФ-А света (интенсивность поверхность образца = 2,3 ± 0,3 мВт см –2 ), вода репеллентность стекла, покрытого ПДМС, осталась неизменной (табл. 4).
После отжига в печь при 100 °C в течение 5 ч, любые изменения смачиваемости поверхности невозможно было наблюдать в пределах точности эксперимента. После того, как после отжига при 400 °C в течение 5 часов пленка PDMS все еще сохраняла свои свойства. гидрофобный характер, а гистерезис краевого угла оставался ниже 30° (табл. 5). Повышенный гистерезис при термообработке связан с частичным окислением гидрофобных метильных боковых групп ПДМС. 42 После отжига при 500 °C стекло поверхность стала полностью гидрофильной из-за термического разложения покрытие ПДМС.
реакции раскрытия и полимеризации, применяемые в промышленном производстве ПДМС.После того, как стекло, покрытое PDMS, хранилось в течение шести месяцев в лабораторной атмосфере, смачивающие свойства не изменились от свежеприготовленного образца.
Поэтому после нанесения ПДМС на плазму очищенное стекло в течение 24 ч, поверхность образца полировали бумагой ткани, так что весь видимый PDMS был удален (видео С4). Покрытие показало еще более низкий гистерезис угла контакта с водой, 7 ± 1°, чем образцы, обработанные ультразвуком. Вполне вероятно, что небольшое количество несвязанного ПДМС осталось на поверхности образца после полируется, что желательно во многих случаях, так как жидкость отталкивающая способность покрытия дополнительно улучшается.
Следовательно, ПДМС может спонтанно реагировать и связываться с субстратом. даже при хранении или транспортировке с места производства к заказчику.Чтобы продемонстрировать широкомасштабную применимость нашего подхода в потенциальных приложений, мы покрыли различные типы стекла. В добавок к боросиликатное стекло, используемое в опытах, мы покрыли натриево-известковой лабораторией стеклянные и стеклянные флаконы с пленками PDMS (Поддержка Информация, Видео S5). Кроме того, другие материалы, такие как алюминий, нержавеющая сталь, полиэфирная ткань и бумага могут быть покрыты после модифицирования кремнеземом субстратов. Чтобы получить силоксановую химию, мы наносили нанометровый слой кремнезема на подложки газофазным Реакция Штёбера 33 до нанесение пленки PDMS (вспомогательная информация, Рисунок S5, Таблица S3 и Видео S3).
Таким образом, пленки ПДМС механически прочнее большинства супергидрофобных или суперолеофобных покрытий (вспомогательная информация, видео S7). 33,43 Пропитанные смазкой поверхности выходят из строя после истощения смазочного материала с поверхности, например, непрерывным потоком капель воды (вспомогательная информация, видео S1).Фильмы показывают низкая адгезия к твердым телам и жидкостям и может отталкивать даже суперклей (Видео S8), перманентные маркеры (b, Видео S9) и аэрозольные краски (c, Видео S10). Отличный механическая стабильность и антипригарные свойства делают привитый PDMS покрытия потенциальный вариант для использования в противообрастающих и легко чистящихся Приложения.
Пленки ПДМС позволяют каплям воды легко скользить по их поверхности. после царапания или полировки тканью. (c) Пленки PDMS отталкивать аэрозольную краску. Через тридцать секунд после распыления; краска роса стекло с покрытием PDMS (стекло с покрытием PDMS слева, стекло без покрытия справа, вспомогательная информация, видео S10). Пленки PDMS прививали при комнатной температуре в течение 24 часов. ПДМС молекулярная масса 6000 г·моль –1 .
После того, как лента была удалена с PDMS-покрытого образец и снова прикрепляли к непокрытому стеклу, сила сцепления была 3.8 ± 0,1 Н. Это означает, что свойства клея были не изменено покрытием PDMS (а).
из ссылок (44 и 45) (*измерено при -10 °С). (вставки) Фотография наконечника силомера и капли льда на стекле, покрытом PDMS, и результаты прочности сцепления со льдом более 20 повторных циклов замораживания и отделения льда на покрытом ПДМС стекло.Пленки PDMS прививали при комнатной температуре в течение 24 часов. ПДМС молекулярная масса 6000 г·моль –1 .
В течение 20 экспериментов адгезия льда прочность не изменилась в пределах точности эксперимента (б, вставка). Также, среди других водоотталкивающих тестовых поверхностей, включая фторированные материалы и сшитого ПДМС, привитые покрытия из ПДМС продемонстрировали удивительно низкое сцепление со льдом.Например, прочность сцепления с льдом на сшитых ПДМС (Sylgard 184) составляло 104 ± 25 кПа, то есть почти в 40 раз выше по сравнению с нашими привитыми пленками PDMS (b и вспомогательная информация, Рисунок S6 и Таблица S4).
47,48 Хорошее сопротивление диоксида кремния против атаки молекул воды возникает из-за его структура, где ионы Si 4+ находятся в тетраэдрической координации с ионами кислорода. Для разрыва связей необходимы четыре молекулы воды. с образованием полностью гидратированной кремниевой кислоты Si(OH) 4 . 27,47,48 Кроме того, широкие возможности подключения стеклянной сети затрудняет структурную перестройку. С участием ПДМС, атаки одной молекулы воды достаточно, чтобы разрушить Связь Si-O для получения ПДМС с концевыми ОН для инициирования прививки реакция путем конденсации с поверхностными ОН-группами. то есть гидролиз силоксановая основа ПДМС с образованием цепей ПДМС с концевыми гидроксильными группами позволяет вступать в реакцию с силанолами на поверхности с образованием стабильного, ковалентно связанная пленка ПДМС.
Эти остатки могут содержать концевые ОН-группы, которые теоретически могут вызывают наблюдаемую поверхностную реактивность с оксидом кремния. Тем не мение, наши результаты исключают, что поверхностные реакции PDMS связаны с ОН-концевые остатки. Длительный прямой контакт даже с водой медленно разрушает пленку ПДМС (табл. 7): постепенно прекращается нуклеофильная атака молекул воды силоксановые связи в верхней части пленки. Расщепленные цепи PDMS может восстанавливать силоксановые связи путем конденсации или свободные концы расщепленных цепей могут уноситься от поверхности.Деградация чрезвычайно медленный. Полная деградация пленок толщиной в несколько нанометров занимает несколько месяцев. Таким образом, деградация привитых пленок ПДМС в воде является убедительным признаком того, что PDMS гидролизуется в результате атаки молекул воды. В конце концов, длительный прямой контакт с водой полностью разрушит покрытия PDMS.
Наши результаты указывают на то, что реакция между ПДМС и оксидом кремния инициируется гидролизом силоксана связи ПДМС посредством нуклеофильной атаки кислорода, содержащегося в вода в соответствии с уравнением 1. Два конца цепи с Si-OH-концами могут затем связываться с поверхностным силанольные группы или к другой расщепленной цепи ПДМС (). Пример такого гидролиза реакция представляет собой растворение диоксида кремния в воде при комнатной температуре. 46−48 
Действительно, реакция конденсации известна. в контексте склеивания кремниевых пластин. 47,49−51 Таким образом, можно ожидать, что силоксан, экспонированный на поверхности связи ПДМС гидролизуются поверхностно-связанной водой с образованием двух реакционноспособных силанольные группы. Эти силанольные группы затем легко конденсируются с поверхностные силанолы для ковалентной связи ПДМС с подложкой. Наши данные последовательно поддерживают, что это происходит при комнатной температуре и ниже (таблица 2б).
Одна из причин более быстрой реакции при высоких температурах вероятно удаление избыточной молекулярной воды с поверхности.Слишком высокий количество поверхностно-связанной воды блокирует поверхностные силанолы и, таким образом, предотвращает образование химических связей на поверхности гидролизованного ПДМС. Однако после 24 часов прививки гистерезис контактного угла на пленки, приготовленные при 100 °С 7,8 не отклонялись из образцов, приготовленных при комнатной температуре (табл. 2б и табл. 8). Следует отметить, что при более высоких температурах выше 200 °C используется другими группами, 14 реакция прививки может отличаться от комнатной температуры прививки и может включать термическую деградацию метильных боковых групп ПДМС.
Поэтому мы использовали низкомолекулярные масса циклического ПДМС (декаметилциклопентасилоксан, D5, молекулярная масса = 371 г моль –1 , вспомогательная информация, Рисунок S7), чтобы выяснить, являются ли концевые метильные группы ПДМС играют роль в реакции с оксидом кремния. несколько капель циклического ПДМС наносили на поверхность образца и оставляли распространяться спонтанно. Образец хранился в пластиковом контейнере аналогично образцам с линейным ПДМС. Несмотря на что циклический ПДМС был летучим, даже через 24 часа некоторое количество ПДМС оставалось на поверхности образца, так как контейнер замедлял испарение.Поверхностная реакция аналогична реакции линейного PDMS; тот то есть водоотталкивающие свойства поверхности стекла сразу начинают повышаться после контакта с PDMS (таблица 9). После 24 часов прививки гистерезис краевого угла с низкомолекулярным линейным ПДМС (770 г моль –1 ) составлял ~25°, а с циклическим ПДМС — ~30°. Вероятно, в обоих случаях привитые молекулы ПДМС слишком короткие, чтобы полностью покрыть поверхности или быть достаточно гибким.
Действительно, аналогия с поверхностная реакция между линейным и циклическим ПДМС указывает на то, что реакция происходит посредством гидролиза силоксанового остова ПДМС, с последующей конденсацией с силанолами на поверхности.Возможный гидролиз боковых метильных групп можно исключить, так как такая реакция быстро превратить пленку PDMS полностью гидрофильной при контакте с водой.
Полностью гидроксилированные поверхности диоксида кремния имеют плотность гидроксильных групп ~5 OH нм –2 . 25 Дегидроксилирование диоксида кремния поверхности, т. е. удаление поверхностных ОН-групп, начинается примерно при 200 °C за счет ассоциативной десорбции ОН-групп (), приводящей к образованию силоксановых мостиков (≡Si–O–Si≡) и воды конденсат на поверхности. 25 Мы отожгли кремниевых пластин на воздухе при 500 и 900 °С в течение 5 ч для восстановления количество поверхностных силанолов. Во-первых, физически адсорбированная вода устранен.Затем следует конденсация поверхностных силанолов до силоксановые мостики. Согласно Агзамходжаеву и др., 52 , поверхностная плотность ОН-групп составляет всего 0,66 ОН-нм –2 после отжига на воздухе при 900 °С. Восстановление поверхности ОН-группы возникают за счет диссоциативной адсорбции воды (). Процесс включает в себя разрыв силоксановых мостиков и, как правило, очень медленный при комнатная температура.
Кроме того, XPS-анализ на частично дегидроксилированном (отжиг на воздухе при 900 °С в течение 5 h) и гидроксилированные (кислородно-плазменная очистка) поверхности оксида кремния показывает, что увеличение времени прививки с 1 до 5 дней увеличивает количество связанного ПДМС примерно на 10% в обоих образцах (табл. 11).Это явное указание что плотность прививки на одной поверхности по сравнению с другой осталась не меняется, и, таким образом, уже прикрепленные цепи PDMS, по-видимому, растут линейно.
6 ± 0,4
5 ± 0,2
6 ± 0.1
4 ± 1,0
То упругая деформация оставшегося ПДМС под наконечником и точное форма мениска после оснастки добавляет систематическую ошибку ±1 нм к измеренным расстояниям. Эксперименты с АСМ показывают, что толщина пленки ПДМС увеличивается с 2.8 ± 1,1 нм после 1 дня прививки до 5,1 ± 0,7 нм после 10 дней прививки, а адгезия сила между поверхностью образца и кремниевым наконечником кантилевера АСМ подавляется с 7,1 ± 0,7 до 2,6 ± 0,4 нН соответственно (объявление). Чтобы проанализировать химическую природу связи, мы провели измерения FTIR. на плотно упакованных частицах оксида кремния (площадь поверхности = 200 м 2 г –1 ), погруженных в PDMS (и несущих Информация, рисунок S8). Полоса поглощения силоксана связи ПДМС при 1000–1130 см –1 первая редукция а затем увеличить в соответствии с предполагаемым гидролизом и конденсацией реакции ПДМС на поверхности оксида.
(вставки) Гистограмма и среднее значение толщины пленки PDMS после различных периодов прививки.В целом На каждом образце, покрытом PDMS, было записано 4096 кривых усилия. (е) Схема механизма роста пленки PDMS. Желтые строки обозначают молекулы PDMS. Синие точки обозначают молекулярную воду, а красные точки обозначают гидроксил. группы на субстрате или на концах цепи гидролизованного ПДМС. Желтый точки указывают на установленные химические связи посредством конденсации гидроксила группы. В (a–d) молекулярная масса PDMS составляла 6000 г моль –1 .
Молекулярная масса ПДМС составляла 6000 г·моль –1 .
Разрыв одной цепочки PDMS через гидролиз — для легкого создания двух цепей PDMS с гидроксильными концами вступает в реакцию с силанолами на поверхности — требуется только одна вода молекула.Достаточное количество молекулярной воды для инициации прививки реакция при комнатной температуре всегда доступна на оксиде кремния поверхность в виде слоя физико-сорбированной воды. 24,25 Кроме того, когда гидролизованная цепь ПДМС связывается с поверхностью оксида через конденсацию выделяется вода (). Таким образом, доступность молекулярной воды не ограничивает реакцию прививки даже при очень низкой относительной влажности (таблица 2в).
Данные показывают, что разница в количестве обнаруженного элементарного углерода на поверхности, которая происходит от метильных боковых групп ПДМС, много меньше, чем разница в плотности ОН-групп при полном гидроксилированные и отожженные поверхности. На образце, отожженном при 500 °С количество элементарного углерода было еще выше, 21,2 ± 0,3%, чем на соответствующем образце кислородно-плазменной очистки, на котором количество углерода 19,9 ± 0,4 % (табл. 12). Вероятно, в этом случае удаление избыток физисорбированной воды при отжиге облегчил прививку ПДМС.В соответствии с этим результатом как на стеклянных, так и на кремниевых подложках, гистерезис краевого угла воды был на 2–5° ниже на отожженных образцов при 500 °С по сравнению с кислородно-плазменными очищенные образцы (таблица 10). Это указывает на то, что реакция прививки при комнатной температуре ПДМС на дегидроксилированных поверхностях оксида кремния включает силоксан открытие мостика с последующим ковалентным связыванием гидролизованного ПДМС с поверхность ().
То есть поверхностные гидроксильные группы не обязательно необходимы для реакция прививки на оксид кремния.Таким образом, результаты указывают что гидролизованный ПДМС может открывать силоксановые связи на поверхностях оксида кремния () и даже заменяют хемосорбированные загрязняющие вещества () из-за гораздо более сильного ионного характера связей Si–O (50%) по сравнению со связями C–O (22%, вспомогательная информация, таблица S1).
Из-за крайне медленного восстановления поверхностных силанолов при комнатной температура, 25 мы предлагаем альтернативу механизм, объясняющий прививку ПДМС к дегидроксилированному оксиду кремния поверхности.
Бензин, неэтадгелообразованиеLucoseGlue, Pvaglycerylycolic CyclyGold MonocyanideGrape GuicegreaseHeptanehexanehoneyhydraulic Масло (Petro) Гидравлическое масло (синтетическое) Гидразинегидрообромная кислота 100% Гидробромическая кислота 20% соляная кислота 100% соляная кислота 20% соляная кислота 37% соляная кислота, сухой гаспиначескую кислоту. Плавиковая кислота 100% Плавиковая кислота 20% Плавиковая кислота 50% Плавиковая кислота 75% Плавиководородная кислота 100% Плавиководородная кислота 20% Газообразный водород Перекись водорода 10% Перекись водорода 100% Перекись водорода 30% Перекись водорода 50% Сероводород (аква) Сероводород (сухой) ) HydroquinoneHydroxyacetic кислота 70% InkIodineIodine (в спирте) IodoformIsooctaneIsopropyl AcetateIsopropyl EtherIsotaneJet топлива (JP3, JP4, JP5) KeroseneKetonesLacquer ThinnersLacquersLactic AcidLardLatexLead AcetateLead NitrateLead SulfamateLigroinLimeLinoleic AcidLithium ChlorideLithium HydroxideLubricantsLye: Са (ОН) 2 Кальций HydroxideLye: КОН калия HydroxideLye: NaOH Сода гм HydroxideMagnesium BisulfateMagnesium CarbonateMagnesium ChlorideMagnesium HydroxideMagnesium NitrateMagnesium OxideMagnesium Сульфат (английская соль) малеиновый AcidMaleic AnhydrideMalic AcidManganese SulfateMashMayonnaiseMelamineMercuric Хлорид (разбавленный) Ртуть CyanideMercurous NitrateMercuryMethaneMethanol (Метиловый спирт) Метил AcetateMethyl AcetoneMethyl AcrylateMethyl спирт 10% Метил BromideMethyl Бутил KetoneMethyl CellosolveMethyl ChlorideMethyl DichlorideMethyl Этил KetoneMethyl Этил Кетон PeroxideMethyl изобутиловый KetoneMethyl изопропилового KetoneMethyl MethacrylateMethylamineMethylene ChlorideMilkMineral SpiritsMolassesMonochloroacetic acidMonoethanolamineMorpholineMotor oilMustardNaphthaNaphthaleneNatural GasNickel ChlorideNickel NitrateNickel SulfateNitrating кислота (<15% HNO3) нитрующая кислота (> 15% h3SO4) нитрующая кислота (S1,% кислота) нитрующая кислота (S15% h3SO4) Азотная кислота (20%) азотная кислота (50 %)Азотная кислота (5-10%)Азотная кислота (концентрированная)НитробензолАзотное удобрениеНитрометанНитр ous AcidNitrous Oils:AnilineOils:AniseOils:BayOils:BoneOils:CastorOils:CinnamonOils:CitricOils:CloveOils:CoconutOils:Cod LiverOils:CornOils:CottonseedOils:CreosoteOils:Diesel Fuel (20, 30, 40, 2Fuel, 50) Oils 3, 5A, 5B, 6)Масла:GingerOils:Гидравлическое масло (нефтяное)Масла:Гидравлическое масло (синтетическое)Масла:LemonOils:LinseedOils:MineralOils:OliveOils:OrangeOils:PalmOils:PeanutOils:PeppermintOils:PineOils:RapeseedOils:Rosiname SeedOils:SeedOils : Силиклоилы: соевые боевики: Сперма (кит) Масла: Tanningoils: трансформаторы: турбиноолезное кислоролезноолез 100% олеум 25% оксалиновая кислота (холодная) озонепальмитическая кислотая кислота (холодная) озонепальмитическая кислотая кислота.
)Фосфорная кислота (расплавленная)Фосфорная кислота (S40%)Ангидрид фосфорной кислотыФосфорТрихлорид фосфораФотопроявительФотографические растворыФталевая кислотаФталевый ангидридПикриновая кислотаГальванические растворы, сурьмяное покрытие 130°FГальванические растворы, мышьяковое покрытие 11 0°F Решения для покрытия, Латунное покрытие: Высокоскоростная латунная ванна 110°FГальваническое покрытие, Латунное покрытие: Обычная латунная ванна 100°FГальваническое покрытие, Бронзовое покрытие: Ванна для бронзы Cu-Cd R.Растворы для гальванопокрытий, Бронзирование: Ванна для бронзирования Cu-Sn 160°F, Бронзирование: Ванна для бронзирования Cu-Zn 100°F, Кадмирование: цианидная ванна, 90°F, растворы для покрытия, Кадмирование: фтороборные ванны для ванн 100 , Хромирование: Хромированная ванна 95°F, Хромирование: хромирование, 115°F, Хромирование: хромо-серная ванна 130°F, Хромирование: фторидная ванна 130°F, хромирование Растворы для покрытия при 95°F, меднение (кислота): ванна с фторборатом меди Растворы для покрытия при 120°F, покрытие медью (кислота): ванна с сульфатом меди R.
Решения для гальванопокрытий, Омеднение (цианид): Ванна с медным ударом при 120°F, растворы для покрытия, меднение (цианид): высокоскоростная ванна 180°F, растворы для покрытия, меднение (цианид): ванна с сегнетовой солью, 150°F, растворы для покрытия, меднение (Разное): Растворы для медного (химического) покрытия, Омеднение (разное): Растворы для пирофосфата меди, Золотое покрытие: кислотные 75°F, золотое покрытие: цианид 150°F, золотое покрытие: нейтральное 75°F, Покрытие Р.Решения для гальваники, Железосодержание: ванна с сульфатом железа 150°F, растворы для гальванопокрытия, гальваническое покрытие: ванна с хлоридом железа 190°F, растворы для гальванопокрытия, гальваническое покрытие: ванна с сульфатом железа 150°F, растворы для гальванопокрытия, гальваническое покрытие: фторборатная ванна, 145°F, растворы для гальванического покрытия Гальванопокрытие: сульфатно-хлоридная ванна при 140°F, гальванопокрытие: сульфатно-хлоридная ванна при 160°F, гальваника, фтороборат свинца, никелирование: неэлектрохимическое 200°F, никелирование: фтороборатное покрытие, 100-170°F Хлорирование 130-160°F, никелирование: сульфат 100-140°F, никелирование: Watts Type 115-160°F, родирование 120°, серебрение, 80-120°F, Покрытие 100°FПокрытие, Оловянно-свинцовое покрытие 100°FПокрытие, Цинкование: Кислотный хлорид 140°FПокрытие, Цинкование: Кислотный флюорит боратная ванна Р.
T.Plating Solutions, цинкование: Кислота Сульфат Ванна 150 ° FPlating Растворы, цинка Покрытие: Щелочная Цианид Ванна RTPotash (Карбонат калия) Калий BicarbonatePotassium BromidePotassium ChloratePotassium ChloridePotassium ChromatePotassium Цианид SolutionsPotassium DichromatePotassium FerricyanidePotassium FerrocyanidePotassium Гидроксид (едкого кали) Калий HypochloritePotassium IodidePotassium NitratePotassium OxalatePotassium PermanganatePotassium SulfatePotassium SulfidePropane (сжиженный) PropylenePropylene GlycolPyridinePyrogallic AcidResorcinalRosinsRumRust InhibitorsSalad DressingsSalicylic AcidSalt рассол (NaCl насыщенный) Морской WaterShellac (отбеленный) Shellac (оранжевый) SiliconeSilver BromideSilver NitrateSoap SolutionsSoda Ash (см Карбонат натрия) натрия AcetateSodium AluminateSodium BenzoateSodium BicarbonateSodium BisulfateSodium BisulfiteSodium Борат (бура) Натрий BromideSodium CarbonateSodium ChlorateSodium ХлоридХромат натрияЦианид натрияНатрий ферро цианид, фторид натрия, гидросульфит натрия, гидроксид натрия (20 %), гидроксид натрия (50 %), гидроксид натрия (80 %), гипохлорит натрия (< 20 %), гипохлорит натрия (100 %), гипосульфат натрия, метафосфат натрия, метасиликат натрия, перборат натрия, перборат натрия, полифосфат натрия, силикат натрия, сульфат натрия, сульфат натрия, сульфит натрия, тетраборат натрия (гипотиоборат натрия).
СоргоСоевый соусХлорид оловаХлорид оловаФтоборат оловаХлорид оловаКрахмалСтеариновая кислотаРастворитель СтоддардаСтиролСахар (жидкости)Сульфат (щелока)Хлорид серыДиоксид серыДиоксид серы (сухой)Гексафторид серыТриоксид серыТриоксид серы (сухой)Серная кислота (<10%5-70%)Серная кислота (10-750%) )Серная кислота (холодная концентрированная)Серная кислота (горячая концентрированная)Сернистая кислотаСернистый хлорид ЖирДубильная кислотаДубильные растворыВинная кислотаТетрахлорэтанТетрахлорэтиленТетрагидрофуранСоли оловаТолуол (толуол)Томатный сокТрихлоруксусная кислотаТрихлорэтанТрихлорэтиленТрихлорпропанТрикрезилфос Фатетриэтиламинетризодий фосфатурпьяниуриновые кислороиновые, деионизированные хлористые водные, кислоты, моющие воды, деионизированные, дистиллированные, кислоты, моющие воды, деионизированные, димиллированные, кислоты, моющие воды, деионизированные, димиллированные, кислотные, моими водой
