Состав гидрофобный: Гидрофобные материалы покрытия, состав

Содержание

Гидрофобные материалы покрытия, состав

Вода является основой жизни. Она необходима каждому живому организму, существующему на Земле. Но в то же время, вода обладает и разрушительной силой. Не зря существует пословица, что «вода камень точит». И это действительно так, излишняя влажность способна нанести вред даже самым прочным конструкциям и материалам. В связи с этим, для обеспечения защиты предметов от намокания ученые химики изобрели специальное покрытие, способное отталкивать влагу. Покрытия, способные предотвратить намокание предметов, называются гидрофобными. Первое гидрофобное покрытие появилось в обиходе примерно 40 лет назад.

В настоящее время гидрофобные покрытия имеют огромную популярность. Абсолютно каждый человек сталкивается с использованием гидрофобных покрытий. Область их применения колоссально широка. Они применяются как для защиты обуви и различных гаджетов, так и для защиты строительных материалов, уже готовых построек, автомобилей и многого другого.

В зависимости от материала поверхности, а также от способа их нанесения все гидрофобные материалы подразделяются на:

  1. Лаки.
    Ими обрабатываются, в основном, деревянные поверхности. Гидрофобные лаки предотвращают впитывания деревом влаги, и как следствие, не допускают его разбухания и гниения. Производятся в неокрашенном виде, другими словами – бесцветными. Благодаря гидрофобным лакам, деревянные поверхности становятся не только защищенными, но и приобретают привлекательный вид и блеск.
  2. Пропитки. Очень популярными являются во время строительства стен зданий и дорожек на террасах. Эффективным водоотталкивающим средством выступают для различных пористых поверхностей.
  3. Морилки. В основе данного гидрофобного покрытия лежит олифа. Такие морилки также отлично подойдут для защиты от влаги деревянных покрытий. Нанесение вещества происходит с помощью валика, кисти или же методом распыления.
  4. Краски. Имеет наиболее широкую область применения, так как подходит для абсолютно любых типов поверхностей. Гидрофобные краски легко наносятся, у них отсутствует запах, а также они являются гигиеничными.
  5. Жидкости, воски, аэрозоли. Такие покрытия предназначены для защиты обуви, стекол, мониторов компьютеров и экранов планшетов и телефонов. Они продаются во многих магазинах и не требуют специальных инструментов для их нанесения.

Однако, при покупке того или иного водоотталкивающего покрытия, следует помнить, что для каждого материала существует свое гидрофобное покрытие, состав которого адаптирован для нанесения на определенную поверхность. Нельзя, например, использовать гидрофобное покрытие для стекол, которое предназначено для защиты от влаги обуви, и наоборот.

Тем не менее, все гидрофобные покрытия, вне зависимости от своего состава, схожи по своим свойствам, которые направлены на защиту поверхности от влаги. К ним, в основном, относятся антиадгезионные свойства, абсолютная экологичность, способность образовывать на поверхности защитную пленку, предотвращающую впитывание влаги, запотевание (например, стекла), налипание грязи.

Гидрофобное покрытие для автомобиля

Автомобиль является тем транспортным средством, которое эксплуатируется при любых погодных условиях. А у некоторых владельцев, по причине отсутствия гаража, авто может даже зимовать на улице. В связи с этим, и сам кузов автомобиля, и многие детали подвергаются воздействию агрессивных сред, в том числе и влаге, которая является основным врагом железа и многих других декоративных элементов. А в комплексе с пылью и солью, которой так любят посыпать зимой дороги, влага является отличным средством, способным за считанные годы полностью привести в негодность лакокрасочное покрытие автомобильного кузова, что, в свою очередь, является причиной появления коррозии. Поэтому, транспортные средства очень нуждаются в хорошей защите. Линейка гидрофобных покрытий для автомобиля очень разнообразна. Она включает:

  • силиконовые гидрофобные покрытия с ингибиторами коррозии;
  • кремнийорганические твердые гидрофобные покрытия;
  • восковые покрытия;
  • тефлоновые покрытия;
  • соли жирных кислот и другие вещества.

Гидрофобные покрытия обладают антиадгезионными свойствами, обеспечивая отталкивание с поверхности не только влаги, но и различного рода загрязнения.

Структура водоотталкивающих покрытий позволяет им просачиваться на достаточную глубину в поры краски и лака, где происходит их кристаллизация. В результате этого на поверхности образуется невидимая тонкая силиконовая или кремниевая пленка, которая предотвращает появление нежелательных царапин и сколов краски на кузове авто. Благодаря применению таких покрытий можно значительно продлить срок службы и молодость своему любимому автомобилю.

Большинство таких покрытий для автомобиля имеют консистенцию, которая не требует специальных навыков и специального оборудования для их нанесения. Благодаря этому, абсолютно каждый человек может нанести гидрофобное покрытие своими руками на кузов автомобиля, соблюдая при этом инструкцию по применению покрытия, которая написана на упаковке.

Кроме того, на рынке существуют и более профессиональные гидрофобные покрытия для автомобиля, нанесение которых в домашних условиях невозможно, а требуют определенных знаний и техники. К таким покрытиям относятся:

  1. Специальная защитная пленка, обладающая уникальным составом. После нанесения данного покрытия поверхность становится менее уязвима к различного рода механическим повреждениям, а также уже существующие царапины становятся менее заметными. Данная технология защиты кузова автомобиля является на сегодняшний день наиболее доступной среди всех остальных.
  2. Покрытие, предназначенное для нанесения на полированную поверхность автомобиля. Данные покрытия имеют густую консистенцию, напоминающую гель. После нанесения таких покрытий образуется специальная пленка, обладающая эффектом «лотоса» — мелкие капли попадающей на кузов воды соединяются в крупные и вместе с грязью смываются с поверхности.
  3. «Жидкое стекло». Данное покрытие способно не только соответствующим образом защитить поверхность, но и вернуть лакокрасочному покрытию автомобильного кузова первозданный блеск. Покрытие имеет принципиальное отличие от всех остальных гидрофобных покрытий, которое заключается в его составе. «Жидкое стекло» способно проникнуть достаточно глубоко в лакокрасочное покрытие кузова, тем самым усилив его молекулярную структуру.
    Кроме этого, покрытие очень прочное и долговечное.
  4. Нанокерамика. Данное покрытие чем-то похоже на «жидкое стекло», поскольку также надежно и длительно способно сохранить в целостности и сохранности кузов автомобиля вместе с покраской. Предотвращает появление сколов и царапин. Также является устойчивым не только к воздействию агрессивной влажной среды, но и многим химическим веществам.

В настоящее время каждый владелец автомобиля может выбрать гидрофобное покрытие по своему вкусу. Каким бы оно не было, в любом случае, кузов и лакокрасочное покрытие будут защищены от воздействия влаги и загрязнения.

Гидрофобный состав (заполнитель) — где применяют, свойства, из чего делают

Состав гидрофобный или гидрофобный заполнитель – особый состав, обладающий диэлектрическими характеристиками и предназначенный для защиты кабеля от воздействия влаги. Ещё одна важная функция гидрофобного заполнителя – защита сердечника от механических воздействий. Состав совместим с другими элементами конструкции кабеля и выступает в качестве дополнительного амортизатора.

Слово «гидрофобный» часто используется в качестве синонима к слову «липофильный» — «жиролюбивый», хотя это не вполне корректно. Дословно «гидрофобный» можно перевести как «боящийся воды» или «пугающий воду». Тем не менее, в химии и физике говорят о гидрофобности как о свойстве, связанном с неспособностью впитывать воду или растворяться в ней. Называя состав гидрофобным, мы говорим о его способности противостоять воде, не впитывать её.

Если вернуться к научному определению, то гидрофобность – это физическое свойство молекулы, выражающееся в её способности не смачиваться водой. Подобные молекулы обычно неполярны. Гидрофобными являются молекулы алканов, масел, жиров.

Где применяют гидрофобные составы?

Гидрофобным составом заполняются свободные объёмы кабелей телефонной связи, электросвязи, сердечники оптических кабелей. В конструкции волоконно-оптического кабеля, к примеру, присутствуют даже два вида гидрофобного заполнителя: filling – внутримодульный заполнитель, применяемый внутри модулей – трубок с волокном, и flooding – межмодульный заполнитель, которым заполняется пространство поверх скрутки модулей, под оболочкой.

Использование гидрофобного наполнителя при изготовлении кабеля сводит к минимуму риск попадания влаги внутрь кабеля и продольного распространения ее по длине. Перспективность продукта не вызывает сомнений – снижается аварийность, растёт надёжность и качество передаваемого сигнала.

Какие гидрофобные составы производит «РУСМА»?

Компания «РУСМА» производит несколько наименований гидрофобных составов, часть которых – продукты собственной разработки. Потребителю предлагаются: Заполнитель гидрофобный «РУСМА» (ТУ 0255-075-46977243-2009) универсальный, Заполнитель гидрофобный ЛЗК-1 (ТУ 38-101646-76) для телефонных кабелей, а также Заполнитель гидрофобный ЛЗК-1 (ТУ 0255-030-46977243-2004) собственной разработки, Заполнитель кабельный «РУСМАГЕЛЬ» (ТУ 0255-112-46977243-2011) для оптических кабелей.

Как работает гидрофобный заполнитель?

Гидрофобный заполнитель защищает кабель, так как выступает в качестве дополнительного амортизатора, однако если кабель был механически повреждён, заполнитель сохраняет работоспособность участков кабеля, примыкающих к месту повреждения оболочки. Представим себе ситуацию: во время проведения дорожных работ экскаватор повредил полимерную оболочку телефонного кабеля. Благодаря гидрофобному заполнителю грунтовые воды не смогли просочиться под оболочку кабеля. Во время ремонтных работ, таким образом, достаточно было заменить лишь небольшой повреждённый участок, а остальной кабель остался защищённым от проникновения влаги и коррозии.

В лишённых гидрофобного наполнителя кабелях вода в аналогичных ситуациях просачивается в сердечник кабеля. Благодаря качественной изоляции связь исчезает не одномоментно. Заметить поломку удаётся не сразу, в итоге вода проникает на солидные, до сотен метров расстояния. Подмокшие участки кабеля требуют замены.

Какими свойствами должен обладать гидрофобный состав?

  1. Инертность как к воде, так и к пластику. Защищая сердечник от воды, гидрофобный состав не должен вызывать набухание резины или пластика – материалов, из которых производится оболочка кабелей.
  2. Высокое удельное сопротивление. Это вполне понятно. Гидрофобный заполнитель – дополнительный кабельный изолятор.
  3. Широкий температурный диапазон применения. Это важно, поскольку кабель должен сохранять работоспособность как во время летней жары, так и зимой, когда температуры опускаются ниже 30°C. Кристаллизация гидрофобного заполнителя при низких температурах во время эксплуатации кабеля или замерзание недопустимо: кристаллы могут повредить волокно и модули. В России принято использовать гидрофобные заполнители, рассчитанные на рабочие температуры от –40 до +70 градусов°C. К примеру, гидрофобный заполнитель, выпускаемый компанией «РУСМА», не замерзает при температуре –50°C и не стекает с поверхности пластика или металла при +50°C.
  4. Особая консистенция. С одной стороны, гидрофобный заполнитель должен оставаться пластичным для обеспечения выполнения различных операций с кабелем, требующих его гибкости, с другой стороны – достаточно плотным, чтобы осуществлять защиту от влаги и не вытекать из кабеля в случае его повреждения.
  5. Невысокая плотность. Наличие заполнителя существенно увеличивает массу кабеля, что, естественно, снижает удобство его укладки. Чем плотнее гидрофобный состав – тем тяжелее кабель. Лёгкий гидрофобный заполнитель – наиболее эффективное решение.

Из чего делают гидрофобные составы?

Гидрофобный состав для кабелей по сути представляет собой загущённые до состояния геля или мази масла: минеральные или синтетические.

Заполнитель гидрофобный «РУСМА» представляет собой смесь минеральных нефтяных масел с низкотемпературными свойствами, загущённую церезином и содержащую адгезионную добавку.

Заполнитель кабельный «РУСМАГЕЛЬ» представляет собой смесь синтетических и алифатических углеводородов высокой степени очистки с добавлением депрессорной и адгезионной присадок.

В качестве межмодульного гидрофобного заполнителя оптических кабелей применяются и традиционные петролатумы – смеси парафина, церезина и масла, получаемые при депарафинизации остаточных нефтяных масел сернокислотной или селективной очистки. Сходные продукты используются и в медных телефонных кабелях.

Наряду с петролатумами для внутримодульного заполнения оптических кабелей могут применяться другие гидрофобные составы в виде гелей, желе. Такие составы обладают пониженной плотностью и позволяют снизить вес кабеля, сохраняя гибкость заполнителя.

Гидрофобное покрытие для авто — виды, технологии, выбор гидрофобных покрытий

Как защитить дорогостоящую краску на кузове нового автомобиля с сиянием бриллианта и мокрого асфальта? Ведь одно неосторожное движение и могут появиться царапины и пятна, а неблагоприятные условия внешней среды в осенне-зимний период способны превратить безупречный внешний вид машины из салона в авто десятилетней давности. Полировка кузова и гидрофобное покрытие способны надежно защитить не только краску цвета бриллиант для автомобиля, но и практически любое покрытие металла. Специальные составы водоотталкивающих веществ могут выпускаться для древесины, пластика, стекла, карбона, камня, кирпича, керамики и других поверхностей.

Новые гидрофобные покрытия выпускаются самых различных видов, которые устойчивы к воздействию влаги, отличаются не токсичным составом, индифферентностью, полностью изолируют поверхность, покрытую краской и лаком, полиролем от неблагоприятных воздействий внешней среды. Объемная ассортиментная линейка современных гидрофобных покрытий включает в себя:

  • силиконовые с ингибиторами коррозии;
  • кремнийорганические твердые покрытия;
  • восковые составы;
  • тефлоновые покрытия;
  • соли жирных кислот и другие вещества.

Уникальная структура, которой обладают водоотталкивающие покрытия, глубоко проникает в поры краски автомобиля или покрытия полировочного состава и создает микро поверхностную оболочку в результате кристаллизации. При этом состав кремниевых гидрофобных покрытий обладает достаточной твердостью и еще одним важным качеством, эластичностью. Покрытие для кузова может наноситься самостоятельно, а некоторые виды лучше доверить опытным специалистам.

Какой вид полировки и защитного покрытия выбрать для кузова своего автомобиля, определяет сам владелец, но современное гидрофобное покрытие – это необходимый способ защиты авто, который позволяет нанести эффективную защиту сравнительно недорого, в минимальные сроки и гарантировать защиту кузова.

Защитная кремниевая или силиконовая пленка позволяет предупредить появление новых царапин и повреждений, а также придает зеркальный блеск автомобилю. При сравнении машины до и после полировки можно отметить полную маскировку следов царапин, проявление цвета, который становится ярче, насыщеннее и приобретает глянцевый блеск. А дополнительное гидрофобное покрытие позволяет еще больше усилить эффект и сохранить безупречный внешний вид автомобиля долгие годы.

Нанести некоторые водоотталкивающие покрытия можно своими руками, а можно доверить работы высококвалифицированным специалистам компании, которая специализируется в данном сегменте современного рынка. Шикарный блеск и безупречный внешний вид автомобиля после полировки и нанесения гидрофобного покрытия может свидетельствовать о том, что владелец действительно заботится о надежной защите своего авто. Какие виды современных покрытий можно заказать на профессиональном уровне?

Технология покрытия защитной пленкой

Представляет собой защитное водоотталкивающее покрытие кузова специальной пленкой из особого состава, который позволяет замаскировать царапины и защитить от нанесения механических воздействий, появления сколов и повреждений. Данный способ защиты представляет собой один из самых доступных на современном рынке, который можно заказать по невысоким ценам.

Гидрофобное покрытие полированной поверхности авто

Полированный кузов автомобиля с глянцевым блеском можно надежно защитить при помощи специального гидрофобного покрытия, в качестве которого могут использоваться гели с высокотехнологичной структурой, создающие на поверхности равномерную и довольно прочную пленку. Гидрофобное покрытие – это не просто защитная пленка, это новый формат твердых эластичных покрытий, в виде микро поверхностной оболочки повышенной твердости, которые обладают важными преимуществами:

  • высокотехнологичным составом;
  • обладают эффектом «лотоса», при котором мелкие капли воды соединяются в крупные и вместе с грязью смываются с поверхности авто;
  • надежно защищают от пыли и грязи;
  • предупреждают запотевание стекол и зеркал;
  • проявляется цвет автомобиля, который становится более ярким и контрастным;
  • появляется эффект глянца, особенно у машин с краской перламутрового спектра или цвета металлик;
  • эстетичность покрытия в любых погодных условиях.

Покрытие «жидкое стекло» для сверкающего блеска автомобиля

Каждый владелец мечтает придать максимальный блеск своему автомобилю, нанесение которого позволяет подчеркнуть стильный и престижный внешний облик нового автомобиля. При этом оптимальным вариантом может стать технология с использованием жидкого стекла, нанесение которого позволяет создавать сверхпрочное защитное покрытие. Жидкое стекло способно восстановить безупречный внешний вид автомобиля и придать ослепительный блеск. Высокотехнологичный состав способен создавать водоотталкивающее покрытие повышенной прочности по сравнению с органическими соединениями и обладает уникальным механизмом действия.

Жидкое стекло по своему нанесению и воздействию кардинально отличается от всех других составов, и проникает внутрь пор лакокрасочного покрытия автомобиля, тем самым усиливает его молекулярную структуру. После полного наполнения пор покрытие образует на поверхности тонкую защитную пленку, которая по своей прочности вряд ли уступает настоящему стеклу. Уникальный вид покрытий создает надежную оболочку кузова и придает автомобилю ослепительный глянцевый блеск.

Важным преимуществом является долговечность покрытия, которое после нанесения долгие годы радует безупречным внешним видом и защитными качествами. Стоимость жидкого стекла на порядок выше гидрофобных покрытий.

Нанокерамика – максимальная защита кузова и сверкающий блеск

Каждый, кто хоть раз воспользовался услугами по нанесению нанокерамики, смог отметить для себя особые удобства при уходе и мойке машины, которая намного легче моется и практически не поддается воздействию химически агрессивных веществ. Водоотталкивающее нанопокрытие кузова – это инновационные технологии по защите автомобиля и приданию сверкающего блеска. Уникальный состав покрытия обусловлен использованием нанотехнологий, которые обеспечивают надежную защиту лакокрасочного покрытия кузова, а также стекол, зеркал, различных элементов и деталей в условиях воздействия влаги.

Нанокерамика позволяет защитить автомобиль от царапин, сколов, повреждений и сохранить шикарный блеск в течение долгих лет эксплуатации.

Купить кремневые гидрофобные покрытия по оптимальным ценам для долгих сроков эксплуатации автомобиля, полного сохранения эстетичного внешнего вида и качества можно в нашей компании.

Как выбрать необходимые гидрофобные покрытия?

Объемная ассортиментная линейка покрытий и услуг позволяет легко выбрать подходящий вариант и купить водоотталкивающее покрытие для своего автомобиля. Более подробно ознакомиться с наличием ассортимента и задать необходимый вопрос по эксплуатации покрытия можно высококвалифицированным менеджерам компании, которые с радостью помогут решить все проблемы, связанные с выбором гидрофобных покрытий.

Оплата и доставка продукции

Оплата за купленный товар может проводиться наличными курьеру при доставке, которая проводится сразу на следующий день или в минимальные сроки, в зависимости от месторасположения клиента. Оплатить за приобретенную продукцию можно платежными картами через терминал или систему клиент-банк, простым перечислением на наш счет. Компания проводит акции, предоставляет скидки, действуют дисконтные и бонусные программы.

Использование гибкой системы скидок позволяет купить новое покрытие с уникальной гидрофобной структурой более выгодно по сравнению с предложениями на современном рынке.

Мы поможем Вам сохранить Ваше авто в первозданном виде многие годы и предлагаем продукцию известных мировых брендов. Обращайтесь!

1. ciquartz.ru
2. carpro.ru

Ultra MIZU COAT.Гидрофобный кварцевый состав 500мл.

Всего за пять минуть защитить автомобиль, получить невероятный блеск и мощный эффект самоочистки поверхности теперь так просто!

Mizu Coat — мощнейший консервант для ЛКП автомобиля с уникальной формулой на основе диоксида кремния.
Благодаря содержанию диоксида кремния состав, в отличие от обычных холодных и горячих восков, устойчив к воздействию щелочного шампуня и служит до 10 раз дольше обычных восковых составов.

Готовая версия предназначена для любительского применения.

Создает мощный гидрофобный эффект на поверхности, одновременно придавая неповторимый глубокий стекловидный блеск.
Снижает вероятность появления царапин благодаря созданию пленки на поверхности ЛКП с эффектом скольжения и гладкости, снижающим трение.

Mizu Coat применяется как в качестве самостоятельного продукта, так и в качестве эффективного продукта для ухода и поддержания рабочих свойств за поверхностью, обработанной любым защитным покрытием. Отлично восстанавливает гидрофобность любого защитного покрытия не только на кузове, но и на стеклах, резине, пластике.

Расход (в готовом виде): 30-60мл в зависимости от стиля нанесения и размера автомобиля.

Инструкция по применению:

Важно знать перед использованием:
1. Использование данного продукта возможно только при условии качественной двухфазной мойки кузова. На кузове не должно оставаться никакой статической грязи, иначе Mizu закрепит оставшуюся грязь на кузове. В этом случае вы увидите на поверхности эффект «реагентной пленки». Смыть ее будет сложно из-за сильных свойств Mizu.
2. Процесс полной полимеризации состава составляет 8 часов. В течение этого времени будет усиливаться эффект блеска, поэтому идеальным моментом для применения состава является вечер, чтобы с утра вы были приятно удивлены эффектом.

  1. Тщательно вымойте автомобиль двумя фазами (предварительная мойка кузова б\к шампунем + ручная мойка кузова).
    2. Равномерно распылите состав при помощи триггера на кузов. Не допускайте высыхания состава на кузове, т.к. возможно образование темных пятен\темных подтеков по окончании работ.
    Если вы работаете в сильно продуваемом помещении или в очень жарких условиях, то наносите не сразу на весь кузов, а на одну-две детали за один раз.
    3. Возьмите увлажненную микрофибру, сделайте на рубочую поверхность микрофибры пару пшиков из триггера составом Mizu. Легкими движениями распределите предварительно распыленный состав (смотри п. 2) по детали.
    4. Смойте состав под давлением из Аппарата Высокого Давления. Смывать состав следует только под давлением для его равномерного распределения по поверхности. Если вы будете смывать просто из шланга, то возможно появление темных пятен после сушки кузова.
    5. Соберите влагу супер сушащим полотенцем Dry Monster.
    6. Для лучшего эффекта гладкости поверхности рекомендуем на финише воспользоваться экстра-мягкой микрофибровой плюшевой тряпкой Plush Monster520.

Водоотталкивающие покрытия для стёкол авто

В-третьих, «антидождь» защищает не только от скопления воды, но и от «замыливания» стекла — образования масляной плёнки. Такая плёнка особенно неприятна при езде в дождь ночью: она рассеивает свет фар встречных машин, а дворники делают только хуже — стекло становится как будто матовым.

Наконец, дворниками оборудовано только лобовое стекло автомобиля (и иногда заднее). А вода скапливается на всех поверхностях: и на боковых стёклах, и на зеркалах, и на фарах. Попытки оснастить их собственными дворниками были, но быстро перешли в разряд автомобильной экзотики. Уповать на подогрев зеркал тоже не стоит: он эффективен против инея, а крупные капли воды испаряет медленно. В сильный дождь и при езде по залитым водой дорогам подогрев зеркал не слишком помогает.

Во всех этих случаях на помощь приходит водоотталкивающее покрытие: оно не даёт воде скапливаться на стёклах и позволяет ветру легко сдувать капли. А также экономит ресурс дворников — чем реже приходится включать их, тем дольше прослужат щётки.

Как работает гидрофобное покрытие

Как и многие технологии, водоотталкивающие покрытия пришли из авиации — нужно было чем-то обрабатывать стёкла самолетов для улучшения обзорности при полётах в дождь.

В состав «антидождя» для стекла автомобиля обычно входит смесь силиконов и полимеров, разведённых органическим растворителем. После нанесения на стекло растворитель быстро испаряется, оставляя на стекле гидрофобную плёнку. Она резко уменьшает смачиваемость поверхности: вода собирается в крупные капли и скатывается вниз, не закрепляясь на стекле. Такая суперспособность называется Эффектом лотоса и часто встречается в природе: например, у водоплавающих птиц, перья которых остаются сухими даже после ныряния под воду, поскольку пропитаны жиром — природным «антидождём».

По принципу действия «антидождь» для авто противоположен «антифогу» — средству от запотевания стёкол. Поэтому наносить их нужно на разные стороны стекла: «антидождь» снаружи, «антифог» внутри.

Гидрофобные покрытия — Справочник химика 21

    Гидрофобное покрытие поверхности. Суть способа в следующем. Кристаллы сульфата кальция теряют гидратную оболочку при температуре около 200° С, т. е. ионы, входящие в состав кристаллов, при рабочих температурах в выпарных аппаратах гидратированы. Гидрофобное покрытие поверхности нагрева способствует скольжению гидратированных ионов накипеобразователей, что [c.16]
    Покрытие — жидкий силиконовый каучук Каучук СКТН-1 Атмосферостойкие гидрофобные покрытия [c. 58]

    Современные направления использования силиконов в нефтяной промышленности освещены в ряде обзоров [31, 37]. Они применяются как противопенные присадки, массы для уплотнения резьбовых соединений в трубопроводах высокого давления, смазочные материалы, изоляция в электрооборудовании повышенной надежности, прокладки, уплотнения, гидрофобные покрытия и лакокрасочные материалы. [c.449]

    Гидрофобизующие вещества можно наносить на поверхность изделий кистью. Этим способом получают гидрофобные покрытия на кузовах автомобилей [9] для защиты их от влаги и атмосферных влияний. В некоторых случаях способ пригоден и для гидрофобизации пластмассовых изделий, особенно больших ровных поверхностей, испытывающих длительное атмосферное воздействие. Гидрофобизующие вещества наносят на предварительно обезжиренную поверхность. После высыхания образуется блестящая защитная пленка, которая должна удовлетворять следующим требованиям  [c.26]

    В ряде случаев требуется снижение смачиваемости поверхности (повышение краевого угла). Вода не должна смачивать ткань зонта, плаща или палатки строительные материалы должны быть по возможности гидрофобными. Большое значение имеет снижение гидрофильности почв, способствующее уменьшению испарения воды из них. Для защиты разнообразных материалов от действия воды широко применяется гидрофобиза-ция поверхности. Для создания гидрофобных покрытий обычно используют органические или кремнийорганические соединения, катионоактивные или содерл ащие полярные функциональные группы. [c.199]

    Поверхностное натяжение имеет важное значение в промышленности. Так, при крашении, стирке, обработке фотоматериалов, нанесении лакокрасочных покрытий, изготовлении прорезиненных тканей и автомобильных шин, склеивании изделий, механической обработке материалов (горных пород, минералов, стекла и т. п.) требуется обеспечить хорошее смачивание. А при получении гидрофобных покрытий, гидроизоляционных материалов и других подобных изделий, стремятся снизить смачиваемость до минимума. На различии гидрофильности различных горных пород основано обогащение руд флотацией. Велика роль поверхностного натяжения в таких технологических процессах, как адсорбция, экстракция, обезвреживание сточных вод и т. д. [c.33]

    На процесс накипеобразования оказывают влияние материал трубок испарителя, чистота обработки их поверхности, температура, скорость движения раствора и пр. В арсенал методов борьбы с накипью можно включить применение зернистых присадок, контактную стабилизацию, стабилизацию подкислением, применение антинакипинов, гидрофобное покрытие поверхности нагрева, умягчение исходного раствора, магнитную и ультразвуковую обработки, применение специальных конструкций аппаратов и др. [c.14]


    Строительный материал с гидрофобным покрытием — «черный» щебень для асфальтовых покрытий также можно получить из нефтешламов [38, 39]. [c.48]

    Характеристики неполярных или гидрофобных покрытий можно получить с помощью газохроматографических измерений. Для определения толщины пленки исследуются времена удерживания н-нонана как стандартного вещества. Для характеристики оставшихся силанольных групп служат времена удерживания различных полярных веществ. [c.72]

    Проникновение раствора между ртутью и стенками сосуда. Это явление особенно нежелательно. Оно может быть предотвращено посредством гидрофобного покрытия внутренних стенок сосуда электрода. Для этой цели пригоден 1% раствор жидкого силикона в четыреххлористом углероде. [c.232]

    Патент США, № 4101346, 1978 г. Гидрофобное покрытие на поверхности алюминия можно получить, обрабатывая его в водном растворе щелочи и алифатической карбоновой кислоты с длинной углеводородной цепью (или карбоксилата), которая содержит одну или несколько коротких вторичных алкильных групп на конце или вблизи неполярного радикала карбоновой кислоты. [c.230]

    Подобно этилену полимеризуется и его фторированный аналог тетрафторэтилен СР2=СРг. Полимер (—СРг—СРг—) называется тефлоном. Он относится к разряду фторопластов — полимеров, получаемых из частично или полностью фторированных зтлево-дородов. Молекулярная масса тефлона достигает 2 10 г/моль, т. е. молекула состоит из 10-20 тысяч звеньев. Плотность тефлона (2,2 г/см ) значительно больше, чем полиэтилена. Это твердое белое чрезвычайно гидрофобное вещество с очень низким коэффициентом трения. По химической стойкости тефлон превосходит все известные материалы — на него не действуют ни кислоты, ни щелочи, он не подвержен окислению или восстановлению и не растворяется ни в одном из растворителей, что обеспечивает тефлону широкое применение. Из него делают антифрикционные детали машин, в химической промышленности тефлоном покрывают внутренние поверхности различных трубопроводов и реакторов, тефлоновые эмульсии используются для создания гидрофобных покрытий кузовов автомашин, обуви, посуды. [c.436]

    ГИДРОФИЛЬНОСТЬ и ГИДРОФОБНОСТЬ — ГИДРОФОБНЫЕ ПОКРЫТИЯ [c. 469]

    В том случае, когда коллоидный кремнезем и поливиниловый спирт присутствуют в водном растворе в определенных соотношениях при pH 2—3, коацервация происходит с выделением вязкой фазы (наподобие масла), содержащей до 40 % кремнезема. Максимальный выход коацервата получается при отношении SIO2 ПВС в коацервате, пропорциональном диаметру частицы. Таким образом, на 1 нм поверхности кремнезема приходится 2,5 СНгСНОН-цепочечных сегмента. Коацерват, содержащий еще некоторое количество воды, по-видимому, состоит из частиц кремнезема, поверхность которых покрыта мономолекулярным слоем ПВС. Гидроксильные группы ПВС ориентируются по направлению к поверхности кремнезема и связываются водородными связями с группами SiOH этой поверхности, поэтому углеводородные цепочки ПВС образуют гидрофобное покрытие. [c.391]

    Однако при более высоком давлении пара воды, когда уже должен был бы сформироваться полислой Н2О на немодифици-рованном кремнеземе Hi-Sil, при наличии триметилсилильного гидрофобного покрытия, тормозящего процесс, наращивание слоя воды не происходит.[c.970]

    Полиорганосилоксановые пленки, нанесенные непосредственно на поверхность металла, не обладают устойчивостью к длительному дождеванию и износостойкостью. Высокое качество гидрофобного покрытия может быть получено при использовании грунта, обладающего хорошей адгезией к оксидированной поверхности металла и к наносимой сверху гидрофобной пленке. Такими свойствами обладает грунт на основе гидролизата тетраэтоксисилана. Продукты частичного гидролиза тетраэтоксисилана (полиэто-ксисилоксаны) должны быть хорошо растворимы в применяемом растворителе, а пленкообразующий раствор должен обладать малой вязкостью я низким поверхностным натяжением, чтобы обеспечить хорошее смачивание. [c.170]

    Условием образования защитного покрытия является быстрое протекание завершающей стадии гидролиза в тонком слое и способность химически связываться с гидрофобным покрытием. Этим требованиям соответствует лидролизованный тетраэтоксисилан в виде раствора в нуклеофильных растворителях (ацетон, диоксан). Пленкообразующие свойства растворы приобретают в процессе частичного гидролиза. Происходящие при этом реакции приводят к образованию олигоэтоксиоилоксанов, устойчивых только в растворе. [c.170]

    Ни многообразие структур, ни многообразие функций липидов перечисленным выше не исчерпываются. Большую роль в качестве гидрофобных покрытий листьев и плодов у растений, кожных покровов у животных имеют воска — этерифицированные жирными спиртами жирные кислоты. Например, главный компонент пчелиного воска — эфир пальмитиновой кислоты и спирта С30Н61ОП  [c.57]

    При работе со всеми капельными ртутными электродами много хлопот приносит проникновение раствора в пространство между ртутью и стенкой капилляра, приводящее к беаюрядочности процесса образования капли. Это также может служить причиной частотной зависимости измеряемого импеданса, в особенности при низких частотах, когда емкостный импеданс велик. Проникновение электролита можно свести к минимуму, обработав капилляр кремнийорганическим соединением. Гидрофобное покрытие стенок капилляра, весьма эффективно устраняющее проникновение растюра, можно получить, пропуская через чистый, сухой капилляр пары димегилдихлорсилана [29]. [c.97]


    Пример. Была приготовлена водная эмульсия, содержащая 1 % (по массе) изостеариновой кислоты, при температуре 80°С. Кислотность водной смеси была отрегулирована с помощью NaOH до pH 9,5. Пластины сплава алюминия 5657 на 30 с погружали в водную эмульсию, промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе. На пластинах образовалось прочное, гидрофобное покрытие, устойчивое к действию полярных органических растворителей. [c.230]

    Полученные результаты свидетельствуют о высокой атмосферостойкос-ти кремнийорганических гидрофобных покрытий, срок службы которых превышает 5 лет. [c.171]

    Датчик погружного типа с дугообразным корпусом из нержавеющей стали (рис. 61). На одном конце корпуса закреплен фоторезистор типа ФСК-Г1, на другом — источник света 5 — лампа типа А-26. И то и другое закрыто хорошо отполированными стеклами с гидрофобным покрытием. Стекла, обработанные таким образом, долго не обрастают биопленкой и не загрязняются. Изменение оптической плотности среды между источником света и светоприемником вызывает изменение фототока и напряжения на нагрузочном сопротивлении фоторезистора. Сигнал, равный разности напряжения на резисторе, поступает на вход двухкаскадного полупроводникового усилителя (измерительный блок)- и вызывает срабатывание исполнительного реле, контакты которого вклю-ченд в схему сигнализации или управления приводом выпускной задвижки или насосов. [c.131]

    Гидрофобными наз. вещества (тела), ие растворимые и не набухающие в воде, а также поверхности, но смачиваемые ею (см. Смачивание). Г. рассматривают как малую степень гидрофильности, поскольку между молекулами воды и любого др. вещества действуют (в большей или меньшей степени) силы притяжения. Таким образом, Г. обусловлена слабым сцеплеппем молекул воды и взаимодействующего с ней вещества (тела). Следовательно, к гидрофобным относятся все тела с низкой поверхностной энергией, т. е. со слабым межмо-лекулярным взаимодействием в поверхностном слое. Особенно высока Г. алифатических (жирного ряда), кремпийорганических и фторугле-родных соединений. Их обычно используют для гидрофобных покрытий в виде пленок или адсорбционных и хемоадсорбциоиных слоев, защищающих гидрофильные и химически реагирующие с водой материалы от нежелательного действия влаги. Обработка материалов и поверхностей тел, приводящая к повышению их Г. (или, что то же, понижению гидрофильности), наз. г и д р о -ф о б и 3 а ц и е й, а используемые при этом вещества — гидрофо- [c.286]

    Г орячая битумная мастика с наполнителем состоит из нефтяных битумов и пылеволокнистых наполнителей. В ней также могут содержаться пластификаторы и соединения, увелич ивающие клеющую способность мастики (минеральные масла, смолы, жировые пеки и т. д.). Она не должна содержать в качестве добавок дегти и пеки, полученные при переработке древесины или каменного угля. Горячая битумная мастика с наполнителем используется для приклеивания рулонных материалов к предварительно загрунтованной поверхности бетона, для склеивания листов этих материалов друг с другом (при многослойной изоляции), для консерсации изоляции из рулонных материалов и как самостоятельное гидрофобное покрытие. Ее можно применять как химически стойкую изоляцию для щелочных сред и нельзя — для кислых (из-за того, что в ней могут содержаться наполнители, разрушаемые кислотами). [c.270]

    Флотация представляет собой метод обогащения или концентрирования, заключающийся в создании олеофильной (гидрофобной) поверхности на неуглеводооодных частицах. Этот процесс высоко избирателен неуглеводородные частицы, приобретающие гидрофобные свойства, могут быть удалены из водной фазы в результате налипания на них пузырьков газа и аэрирования. Для лучшего разделения и сбора целевых минералов смеси при пенной флотации применяют химические реагенты трех типов. Коллекторы, например ксантаты, образуют на частице минерала гидрофобное покрытие, тем самым увеличивая краевой угол между воздуи1ным пузырьком и твердой частицей. Пенообразователи, типичным примером которых могут служить крезолы или тер-пинолы, снижают поверхностное натяжение и увеличивают неоднородность поверхности, что облегчает образование пены. Регуляторы (активаторы, депрессоры и др.), такие, как цианистый натрий или сульфат меди, снижают плавучесть частиц балластных минералов или улучшают обволакивание коллектором частиц ценной породы, облегчая переход их в пену. Помимо горной промышленности флотацию [c.106]

    Нанесение гидрофобного покрытия на бетон и использование паропроницаемых красок для маркировки трубы [c.395]

    Исследованиями установлена способность полисилоксанов сорбироваться на силикатсодержащих породах, слагающих нефтяной пласт, и образовывать на их поверхности тончайшее гидрофобное покрытие, а при смешивании продукта с водой он вступает в реакцию гидролитической поликонденсации с образованием неплавких и нерастворимых полимеров. Вода выступает в роли отвердителя данного реагента. Наиболее удобно использовать полисилоксаны в виде стабильных водных микроэмульсий. [c.572]

    Гидрофильность твердых поверхностей резко понижается в результате адсорбции поверхностно-активных веществ под влиянием ориентированных адсорбционных слоев, их молекул или ионов, особенно резко вследствие хемоадсорбционной связи полярных групп молекул и ориентации углеводородных ценой в окружающую среду. Такое снижение гидрофильности, иаз. гидрофоблзацией, обнаруживается по резкому понижению смачивания водой и лежит в основе действия флотореагентов, а также различных водоотталкивающих обработок волокон, тканей и др. (см. Гидрофобные покрытия). Характерны явлепия гидрофобизации при действии щелочных солей жирных к-т и др. анионактивных органич. веществ на поверхностях ионных кристаллов с химич. фиксацией полярных групп на поли15алентных катионах, а также при действии алкилксантогенатов на поверхности металлов и сульфидов и катионактивных реагентов (алкилами-пов и солей четырехзамещенных аммониевых оснований или алкилпиридинов) на силикатах и двуокиси кремния. Дажо ничтожные примеси поверхностно-активных веществ в виде загрязнений могут сильно понизить гидрофильность, что дает способ оценки чистоты гидрофильных поверхностей, напр, стекла, к-рые нри загрязнении перестают полностью смачиваться водой. [c.469]


⇨ GOLDEN STAR MOTORREINIGER гидрофобный состав для мойки двигателя Gol, Koch Chemie

GOLDEN STAR MOTORREINIGER гидрофобный состав для мойки двигателя Gol, Koch Chemie

Высоко вискозный эмульгаторный состав с растворителем. Действие эмульгаторов основано на способности поверхностно-активных веществ хорошо схватываться в вертикальных местах и очищать поверхности от масел, пыли, грязи, воска и других статичных загрязнений на двигателях, без применения механических сил. Хорошо подходит для очищения агрегатов, трансмиссии, шасси. Служит защитой от ржавчины и хорошо консервирует поверхности. Не требует для смывания напора воды. Идеально подходит для двигателей с моноблочными и индивидуальными катушками зажигания. Хорошо удаляется паром вместе со всеми загрязнениями.

Данный состав является гидрофобным. При попадании на поверхность максимально блокирует доступ воды к электрическим частям. Значительно уменьшает риск не запуска ДВС.

Способ нанесения:
Не разводить. Залить в распрыскиватель (мовильницу). Нанести на двигатель и шумоизоляцию снизу вверх. Подождать от 5 до 10 минут, в зависимости от загрязнений. Смыть обильно водой из шланга. Если используется АВД, то смывать необходимо на расстоянии 1,5-2 метра. Если используется для смывки пар, то ограничения 10 сантиметров от поверхности ДВС.

Расход:
4-5 цилиндровый — 300-400 мл.
6-ти цилиндровый — 500 мл.
8-12 цилиндровый — 600-800 мл.

org/PropertyValue»>
Вес5 кг, 30 кг
Действиемойка, чистка, очистка воска, очистка масел и смазки
Использованиедля шасси, для двигателя
Объём5 л, 30 л
ПроизводительKoch Chemie
Свойствас растворителем

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Заявка на патент США для СУПЕРГИДРОФОБНОЙ КОМПОЗИЦИИ, ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЖЕ И СУПЕРГИДРОФОБНОЙ БУМАГИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к композициям для покрытий. Более конкретно, изобретение относится к супергидрофобной композиции для покрытия подложек, в частности бумаги.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Явления супергидрофобности и ультрагидрофобности поверхностей проявляются на поверхностях, которые имеют краевой угол смачивания водой прибл.115° до прибл. 150° или выше 150°. В природе листья лотоса считаются супергидрофобными, так как капли воды могут свободно перемещаться по их поверхности, собирая на своем пути поверхностную грязь. Считается, что такое поведение является результатом нанотекстуры их поверхности и слоя воска, присутствующего в листе. Однако супергидрофобные поверхности не могут быть получены простым нанесением на поверхность гидрофобного или олеофобного покрытия, а также требуется наличие нанотекстуры, то есть небольших выступов на поверхности, в результате которых получается рельеф порядка от 1 нм до 1000 нм.Когда на поверхность наносится нанотекстура, последняя становится гидрофобной, так что угол контакта с водой увеличивается со 100°-120° до более чем 150°. Не ограничиваясь теорией, считается, что эта нанотекстура создает этот гидрофобный эффект, захватывая воздух в пространствах между структурными элементами поверхности. Капли воды взаимодействуют как с очень мелкими кончиками гидрофильных частиц, так и с более крупными долинами между частицами, где сохраняется воздух. Воздух также обладает высокой гидрофобностью.Вода соприкасается с кончиками частиц и не проникает в воздушные мешки, расположенные в долинах. В результате вода не может оставаться неподвижной на поверхности и перемещается по ней куда угодно в зависимости от своего наклона.

Пример супергидрофобной композиции предшествующего уровня техники описан R. Laurie Lawin и др. в публикации патента США US-2008/0268233A1. Лори демонстрирует супергидрофобную или ультрагидрофобную композицию покрытия, содержащую гидрофобный полимер, который может быть гомополимером или сополимером полиалкилена, полиакрилата, полиметилакрилата, полиэфира, полиамида, полиуретана, поливиниларилена, поливинилового эфира, сополимера поливиниларилена/алкилена, полиалкиленоксида или их комбинации с частицами, имеющими средний размер от 1 нм до 25 мкм.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ввиду вышеизложенного и с целью решения возникших ограничений целью изобретения является создание супергидрофобной композиции для покрытия подложки, образованной по меньшей мере одним гидрофобным агентом комплекса хрома. и неорганические наночастицы.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа приготовления супергидрофобной композиции для покрытия полученной смесью, который включает смешивание по меньшей мере одного гидрофобного агента комплекса хрома и неорганических наночастиц.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение применения супергидрофобной композиции, которая содержит по меньшей мере один гидрофобный агент комплекса хрома и неорганические наночастицы для производства супергидрофобной бумаги.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Характерные детали изобретения описаны в следующих параграфах, которые предназначены для определения изобретения, но не ограничивают его объем.

Композиция покрытия по изобретению применима к широкому спектру подложек, включая, помимо прочего, пластмассы (полиэтилен, полипропилен, нейлон, силиконовый каучук, ПВХ, полистирол, полиуретан и т. д.), стекло, природные полимеры, такие как древесина (целлюлоза), полисахариды, белки, бумага, керамика, металлы и композиты.

Композиция покрытия согласно изобретению содержит компоненты, которые, в свою очередь, могут состоять из множества компонентов. Компоненты описаны ниже по отдельности, не обязательно в порядке важности.

Свойство быть «гидрофильным» относится к конституционному свойству молекулы или функциональной группы проникать в водную фазу или оставаться в ней.Следовательно, «гидрофобное» свойство относится к конституционному свойству молекулы или функциональной группы вести себя экзофильно по отношению к воде, т. е. иметь тенденцию не проникать в воду или покидать водную фазу. Дополнительную информацию см. Rompp Lexikon Lacke and Druckfarben, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, Nueva York, 1998, «hydrophilicity», «hydrophobocity», стр. 294 и 295.

Гидрофобный агент комплекса хрома

один гидрофобный агент комплекса хрома, который может быть представлен (исключая ассоциированные молекулы растворителя, такие как молекулы воды и/или спирта) формулой:

, где R представляет собой углеводородную цепь, состоящую по меньшей мере из 7 и более предпочтительно по меньшей мере из 12 атомов углерода, и X представляет собой галоген, отличный от фтора.

В водном или спиртовом растворе молекулы и растворитель могут быть скоординированы, например:

, где R’ представляет собой воду или спирт. Последующий гидролиз/нейтрализация высвобождает анионы X и координирует их с другими растворителями; группы растворителей могут затем терять протоны и реагировать с соседними объектами, которые поддерживают -ОН, путем координации с последующим удалением воды, обеспечивая связи -О- с соседними комплексами или субстратами и с гидрофобными наночастицами, которые более подробно описаны ниже.

Предпочтительные условия реакции используют гидрофобный агент комплекса хрома в растворе, например, спиртовом, водном или водно-спиртовом, отрегулированном для получения степени предварительной ассоциации или полимеризации гидрофобного агента комплекса хрома в растворе, но без осаждения.

Гидрофобные агенты комплекса хрома, подходящие для изобретения, имеются в продаже, например, комплекс жирная кислота/гидрокси/хлорид хрома (III), распространяемый Dupont под торговым названием Quilon®, или альтернатива стеариловой кислоте на растительной основе, выпускаемая Northern Products Инк. под торговой маркой NECCOPLEX®.

Эти комплексы хрома, содержащиеся в растворах изопропанола, которые можно разбавлять водой, будут соответствовать формуле:

, где R представляет собой алкил C14-C18, а R’OH представляет собой изопропанол. Материалы, обработанные ими, одобрены для использования в контакте с пищевыми продуктами и лекарствами.

Как правило, композицию по настоящему изобретению получают путем контактирования гидрофобных наночастиц с раствором гидрофобного агента комплекса хрома, необязательно с последующим влажным нагреванием.Гидрофобные наночастицы можно обрабатывать в больших количествах. В некоторых случаях следует проявлять осторожность (например, использовать перемешивание, псевдоожижение и т. д.) для предотвращения слипания или агломерации гидрофобных наночастиц друг с другом.

Quilon® доступен в пяти классах. Каждая степень содержит разное количество хрома, хлора и жирных кислот. Жирные кислоты также используются в цепочках разной длины. Quilon® C представляет собой пентагидрокси(тетрадеканоат)дихром.

Марки H и M представляют собой тетрадеканоат гидроксида хлорида хрома (1:2:4:1), но отличаются концентрациями активных ингредиентов (выше в марке H).

Марки S и L представляют собой октадеканоат гидроксида хлорида хрома (1:2:4:1), и опять же они различаются по силе, будучи выше в степени L.

Содержание хрома, хлора и жирных кислот пяти марок (включая растворитель изопропанол) показаны в таблице 1 ниже (взято из информации о продукте, предоставленной Du Pont®).

ТАБЛИЦА 1 Градус ХЛМС Содержание в % масс.812.612.77.87.8Жирная кислота11.819.021.211.714.8

Реакционная способность гидрофобизатора комплексной части хрома определяется степенью гидролиза и полимеризации. Степени H, L, M и S Quilon® являются мономерами и быстро реагируют с отрицательно заряженными материалами. Комплекс хрома в Quilon® класса C более полимеризован и связывается с поверхностью подложки и гидрофобными наночастицами при более низких температурах отверждения; комплекс также быстрее связывается с органическими растворителями.

Гидрофобизатор комплекса хрома используется в количестве прибл. 0,01% до прибл. 50% по массе в расчете на массу композиции. В одном варианте осуществления гидрофобный агент комплекса хрома используется в количестве от примерно 3% до примерно 30% по весу.

Гидрофобные или гидрофильные неорганические наночастицы

Супергидрофобная композиция по настоящему изобретению использует гидрофобные, гидрофильные неорганические наночастицы или их комбинации.Предпочтительно используют гидрофобные наночастицы из-за их сродства с гидрофобным агентом комплекса хрома, однако использование гидрофильных наночастиц в сочетании с гидрофобным агентом комплекса хрома и другими соединениями приводит к тому, что указанные гидрофильные наночастицы приобретают гидрофобную способность.

Неорганические наночастицы, используемые в композиции по настоящему изобретению, имеют средний размер частиц от примерно 1 нм до примерно 35 нм и предпочтительно от примерно 5 нм до примерно 20 нм.

Неорганические наночастицы используются в количестве прибл. 0,01% до прибл. 50% по массе в расчете на массу композиции. В одном варианте осуществления неорганические частицы используются в количестве от прибл. от 5% до прибл. 35% по массе.

Гидрофобные наночастицы предпочтительно получают путем модификации поверхности пирогенного диоксида кремния соединениями, содержащими гидрофобные группы.

Подходящие гидрофобные наночастицы предпочтительно включают неорганические наночастицы, которые могут нести на своей поверхности гидрофобные группы.Примеры подходящих гидрофобных наночастиц получают реакцией неорганических гидрофильных наночастиц с соединениями, имеющими гидрофобные группы, в частности, с органофункциональными соединениями кремния, имеющими по меньшей мере одну функциональную группу, которая взаимодействует с гидрофильными группами гидрофильных неорганических наночастиц, которые представляют собой по меньшей мере один гидрофобный радикал.

Примерами гидрофильных неорганических наночастиц, используемых для производства гидрофобных наночастиц, являются частицы на основе оксидов и/или смешанных оксидов, включая гидрат оксида по крайней мере одного металла или полуметалла из основных групп два и шесть и переходных групп с первой по восемь элементов Периодической таблицы химических элементов или лантаноидов, в частности, оксиды и/или смешанные оксиды, включая гидраты оксидов, выбранные из группы элементов Si, Al, Ti, Zr и/или Ce. Примерами являются наночастицы на основе SiO 2 , например, пирогенно приготовленный диоксид кремния, силикаты, Al 2 O 3 , гидроксид алюминия, алюмосиликаты, TiO 2 , титанаты, ZrO 2 , или сирконаты, особенно пирогенный кремнезем, CeO наночастицы на основе.

В качестве соединений, содержащих гидрофобные группы, особенно предпочтительно использовать органофункциональные соединения кремния, которые имеют по крайней мере одну алкильную группу, имеющую от 1 до 50 атомов углерода, в частности, имеющую от 1 до 10 атомов углерода и имеющую по крайней мере одну гидролизуемую группу и/или или по меньшей мере одну группу ОН и/или группу NH. Примерами соединений, имеющих гидрофобные группы, являются алкилалкоксисиланы, особенно диалкилдиалкоксисиланы и алкилтриоалкоксисиланы, предпочтительно триалкилхлорсиланы и диалкилдихлорсиланы, алкилполисилоксаны, диалкилполисилоксаны и алкилдисилозаны и т.п.В качестве соединений, имеющих гидрофобные группы, также пригодны: различные мономерные и/или олигомерные сложные эфиры кремниевой кислоты, имеющие метокси-, этокси- или н-пропози- и/или изопропокси-группы и имеющие степень олигомеризации от 1 до 50, в частности от 2 до 10, предпочтительно от 3 до 5.

Дополнительными примерами органических функциональных соединений являются соединения органического функционального диоксида кремния, раскрытые в патенте Германии DE-10049628, который полностью включен посредством ссылки.

Дополнительными примерами соединений, содержащих гидрофобные группы, являются продукты, известные и коммерчески доступные под торговым названием DYNASILAN® и продаваемые Hüls.

В качестве соединений, имеющих гидрофобные группы, особенно предпочтительно использовать диметилдихлорсилан, и/или гексаметилдисилазан, и/или октилтриметоксисилан, и/или диметилполисилоксан.

Особенно предпочтительными гидрофобными наночастицами являются наночастицы на основе продуктов реакции SiO2 и диметилдихлорсилана и гексаметилдисилазана, в частности продуктов реакции SiO2 и диметилдихлорсилана.

Примерами гидрофобных наночастиц, которые можно использовать, являются стандартные продукты, продаваемые Degussa под торговой маркой Aerosil®, особенно Aerosil® 8200, R106, R202, R972, R972V, R974, R974V, R805 или R812, или Wacker, под торговой маркой Aerosil®. товарный знак или обозначение типа HDK, особенно HDK h25, H 18, h30, h40 или 2000.

В случае кремнеземов, которые могут быть использованы, см., например, брошюру «Pyrogen Kiesselsauren—Areosil®» от Silvento, Degussa-Hüls AG.

Другими примерами коммерчески доступных гидрофобных наночастиц являются CMP HB215, HB220, HB615, HB620, HB630, HB720.

Примерами неорганических гидрофильных наночастиц, используемых для производства супергидрофобных наночастиц по настоящему изобретению, являются частицы на основе оксидов и/или смешанных оксидов, включая гидраты оксидов по меньшей мере одного металла или полуметалла из двух и шестой основных групп , и переходные группы с первой по восьмую Периодической таблицы химических элементов или лантаноидов, особенно оксидов и/или смешанных оксидов, включая гидраты оксидов, выбранных из группы элементов Si, Al, Ti, Zr и/или Ce . Примерами являются наночастицы на основе SiO 2 , например, пирогенно приготовленный кремнезем, силикаты, Al 2 O 3 , гидроксид алюминия, алюмосиликаты, TiO 2 , титанаты, ZrO 2 , или сирконаты 2O2 , 2 , особенно пирогенные наночастицы на основе диоксида кремния.

Неорганические наночастицы могут быть выбраны из наночастиц оксида алюминия, наночастиц диоксида кремния, наночастиц оксида титана, наночастиц оксида циркония, наночастиц золота, наночастиц серебра, наночастиц никеля, наночастиц оксида никеля, наночастиц оксида железа, наночастиц сплавов и их комбинаций.

Смазка на основе соли металла

Композиция по настоящему изобретению дополнительно включает по меньшей мере одну смазку на основе соли металла, которая действует как разделительное средство.

Для получения смазки на основе солей металлов используют органические карбоновые кислоты, предпочтительно органические монокарбоновые кислоты с 8-24 атомами углерода, предпочтительно с 16-20 атомами углерода, например, лауриновую кислоту, пальмитиновую кислоту, олеиновую кислоту, изостеариловую кислоту и предпочтительно стеариловую кислоту. кислота. Он показал очень хорошую эффективность, и поэтому стеариловая кислота предпочтительно используется в торговле, и она может содержать до 10% по весу, предпочтительно до 5% по весу других карбоновых кислот, при необходимости ненасыщенных, с более чем 8 атомы углерода.

В качестве металлов для образования смазки на основе солей металлов используют металлы групп IA, IB, IIA или IIB Периодической таблицы химических элементов, а также алюминий, хром, молибден, железо, кобальт, никель, цинк, свинец , сурьма или висмут. Предпочтительно используют щелочные металлы, особенно натрий и калий, щелочноземельные металлы, особенно магний и кальций.

В качестве солей металлов предпочтительно используют соли изостеариловой кислоты и/или особенно стеариловой кислоты, причем предпочтительными являются стеарат кальция, стеарат натрия, стеарат калия, стеарат аммония, стеарат цинка, изостеарат цинка или смесь по меньшей мере двух стеаратов из перечисленных .

Смазка на основе соли металла используется в количестве прибл. 0,01% до прибл. 10% по массе в расчете на массу композиции. В одном варианте осуществления смазка на основе соли металла используется в количестве от прибл. от 1% до прибл. 5% по массе.

Лецитин

Композиция по настоящему изобретению дополнительно включает по меньшей мере один лецитин. Чистый лецитин представляет собой фосфатидилхолин, замещенный жирной кислотой, имеющий общую структурную формулу:

Однако на практике лецитин редко доступен в чистом виде, и, вообще говоря, термин лецитин относится к сложной смеси, присутствующей в природе, фосфатиды, триглицериды, углеводы, стеролы и другие вторичные ингредиенты.

Лецитин обычно получают из растительного масла, основным источником которого является соевое масло. Другие источники лецитина включают яичный желток, молоко и мозг животных. Фосфатиды, присутствующие в лецитине, аналогичны, за исключением того, что их пропорции различаются. Точно так же другие вторичные составляющие лецитина варьируются в зависимости от конкретного источника.

Типичные профили жирных кислот коммерчески доступного лецитина, показаны в следующей таблице 2:

Таблица 2CommercialNumber из carbonsCommerciallecithinand двойного bondsSoy lecithinlecithinwithout масло SaturatedC16: 0C16: 0555Total142924UnsaturatedC16: 0261710C16: 0535559C16: 0878Total868076

Типичный состав соевого лецитина, который является наиболее распространенным коммерческим продуктом, показан в следующей таблице 3:

III) 20 Фосфатные кислоты и другие 5 фосфаты Гидрогидраты углерода, стеролы 5 Триглицериды 35

Имеющие следующие I, II и III:

В настоящем изобретении может быть использована любая из этих форм природного лецитина.Кроме того, лецитин не обязательно должен быть чистым, и его можно использовать в качестве стабилизатора и понизителя вязкости либо коммерчески доступных марок лецитина, которые обычно представляют собой смеси фосфатидилхолина, фосфатидилэтаноламина, фосфатидилинозитола (фосфатидов) и триглицеридов, независимо от источник, например, яичный желток, соевые бобы и т. д. Однако обычно предпочтительно использовать форму лецитина, дважды отбеленную, чтобы свести к минимуму любые запахи, которые могут возникнуть из-за использования натуральных продуктов.

Некоторые коммерческие образцы соевого лецитина: ALCOLEC® S, представляющий собой жидкий соевый лецитин, ALCOLEC® F 100, представляющий собой порошкообразный соевый лецитин, и ALCOLEC® Z3, представляющий собой гидроксилированный лецитин, все доступны от American Lecithin Company.

Лецитин используется в любом количестве. Как правило, лецитин используют в количестве от прибл. 0,01% до прибл. 10% по массе в расчете на массу композиции. В одном варианте осуществления лецитин используют в количестве от прибл. 0,3% до прибл. 2% по массе.

Другие соединения

Композиция по настоящему изобретению также включает воду для облегчения нанесения, а также служит водной фазой для диспергирования других соединений. Он также может включать по меньшей мере один другой диспергатор на основе спирта, такой как этиловый спирт, изопропиловый спирт, н-пропиловый спирт, н-бутиловый спирт, стеариловый спирт и бутанол или сорбит. С другой стороны, он может содержать латекс или мочевину, хитозан и ПВА.

Кроме того, он может дополнительно содержать крахмал, катионоактивный крахмал, катионоактивный амилопектиновый крахмал, ацетилированный крахмал, этилированный крахмал, полезный для применения в субстрате целлюлозы в клеильном прессе, как описано ниже.

Способ получения супергидрофобной бумаги

В одном варианте осуществления настоящего изобретения супергидрофобную композицию готовят из водного базового раствора по меньшей мере одного из следующих соединений: спирта, лецитина, мочевины, латекса и воды в отношение 0.от 01% до 40% по массе, предпочтительно от 3% до 30% по массе. Затем добавляют неорганические наночастицы, будь то гидрофобные, гидрофильные или их комбинации в соотношении от 0,01% до 50% по весу, предпочтительно от 5% до 35% по весу, медленно при постоянном перемешивании, в течение этого времени гидрофобный агент хрома сложные условия отношения в соотношении от 0,01% до 50% по весу вместе с другим диспергатором, таким как этиловый спирт, изопропиловый спирт при постоянном перемешивании в течение подходящего периода. Таким образом, полученная смесь содержит смесь гидрофобизатора комплекса хрома и неорганических частиц.

Процесс получения супергидрофобной бумаги

Термин «бумага» или «целлюлозная подложка», используемый здесь, включает не только бумагу и ее производство, но также и другие продукты, такие как картон и картон, и их производство.

В одном варианте осуществления изобретения целлюлозная подложка покрывается с обеих сторон супергидрофобной композицией изобретения в клеильном прессе в непрерывном процессе изготовления бумаги.

Целлюлозный субстрат формируется из целлюлозной композиции, которая содержит смесь целлюлозных волокон, обычно называемых волокнами древесной целлюлозы, полученной из сырья, содержащего целлюлозу с короткими волокнами, целлюлозу с длинными волокнами или их комбинации. Термины «целлюлоза с короткими волокнами» и «целлюлоза с длинными волокнами» относятся к видам деревьев, из которых получают древесину, которая служит сырьем для бумаги; таким образом, целлюлозу с короткими волокнами получают в основном из голосеменных деревьев или хвойных пород, таких как сосна или пихта, в то время как целлюлозу с длинными волокнами получают из деревьев покрытосеменных или цветущих деревьев, таких как дуб, береза ​​или клен. Длина волокон коротковолокнистой целлюлозы колеблется от 0,2 мм до 0,8 мм, а волокна длинноволокнистой целлюлозы колеблется от 0,8 мм до 4,5 мм.

Целлюлозный субстрат по настоящему изобретению может также включать смесь вторичной бумаги, бывшей в употреблении, и восстановленной белой бумаги. Термин «восстановленная бывшая в употреблении бумага» в контексте настоящего раскрытия относится к роли бумаги или предметов, которые использовались потребителем и были возвращены на фабрику для переработки.Примерами переработанной бумаги, которая может быть использована в изобретении, являются: картон, твердый картон, гофрированный картон (OCC), простой гофрированный картон, односторонний гофрированный картон, двусторонний гофрированный картон, картон, намотанный (водный картон), дуплексный, триплексный или мультиплексный картон, ДСП, твердый картон, бумажный картон, крафт-бумага, смесь мягкой бумаги (СМП), смесь твердой бумаги (СМП), обрезки картона, фабричная упаковка, механическая бумага, газетная бумага, газетная краска Качество (#7 ONP), чернила специального качества для газетной бумаги (#8 ONP), излишки газетной бумаги (OI или OIN), журнальная бумага (OMG), новая крафт-бумага с двойным гофрированием (DLK), использованная коричневая крафт-бумага, смешанная крафт-бумага, крафт цветной новый, мешки для супермаркетов (КГБ), мешки для мусора многослойная крафт-бумага, конверты вырезаны из новой коричневой крафт-бумаги, смешанная бумажная стружка механическая или полумеханическая, механическая бумага для компьютерной распечатки (GWCPO), бумажные обрезки новые для цветной упаковки, бумага срезы полуотбеленные, у бумага офисная неклассифицированная (УОП), бумага офисная сортовая (СОП), бумага цветная и копировальная бухгалтерская (МКЛ), отрезки мелованной механической бумаги (КГМ), отрезы картона беленого и печатного, картона беленого и с опечатками, картона беленого непечатного, и их комбинации.

Термин «регенерированная бумага, бывшая в употреблении» в контексте настоящего раскрытия относится к белой бумаге, полученной из обычной макулатуры, используемой при производстве указанной бумаги, или к бумаге или бумажным предметам, потребителя и которые были возвращены на завод для переработки. Некоторыми примерами регенерированной белой бумаги, которая может быть использована в этом изобретении с целлюлозным покрытием, являются: белая бумага для бумаги — белые пустые новости (WBN), бумага для публикаций — заготовки для публикаций (CPB), мягкая белая стружка (SWS), твердая белая стружка ( HWS), вырезки из твердых белых конвертов (HWEC), белая классифицированная бумага для бухгалтерских книг (CMS), белая бумага для главной бухгалтерской книги (LMM), бумага для компьютерной распечатки (CPO), мелованная книжная бумага (CBS) и их комбинации.

Целлюлозный субстрат по настоящему изобретению может дополнительно содержать проклеивающие агенты, такие как димер алкилкетена и его производные, алкенилянтарный ангидрид, стеарат кальция, стеарат магния, целлюлозу и их комбинации. В соответствии со стадиями процесса изготовления бумаги предшествующего уровня техники, внутреннюю проклейку бумаги по изобретению можно проводить во время или после стадии рафинирования целлюлозы путем нанесения димера и производных алкилкетена и алкенилянтарного ангидрида, а также поверхностной проклейки. Стадия проклейки может быть выполнена во время стадии склеивания прессованием путем применения димера алкилкетена и его производных, ангидрида алкенилянтарной кислоты, стеарата кальция, стеарата целлюлозы и их комбинаций.Для эффективной проклейки желательно, чтобы проклеивающий агент равномерно распределялся по волокнам целлюлозы, поэтому предпочтительно готовить эмульсии или дисперсии, содержащие водную фазу и мелкодисперсные частицы, диспергированные в ее проклеивающих агентах, и использовать стабилизаторы эмульсий. . Стабилизаторы эмульсий или связующие агенты, обычно используемые для приготовления этих эмульсий, представляют собой, например, крахмалы и катионные полимеры, описанные ниже.

Целлюлозная подложка по настоящему изобретению, кроме того, может дополнительно содержать один или несколько наполнителей для повышения термостойкости бумаги по настоящему изобретению и служить в качестве герметика для указанной бумаги, так что могут быть включены микрочастицы большого количества карбоната кальция , из гранулированного карбоната кальция, из осажденного карбоната кальция, каолин, диоксид титана, рутиловый диоксид титана, анатазный диоксид титана, гидратированный силикат алюминия, тальк и их комбинации.В способе изготовления бумаги в соответствии с предшествующим уровнем техники наполнители можно добавлять при приготовлении и рафинировании бумажной массы, а также после формирования бумаги на стадии склеивания путем прессования.

Целлюлозная подложка по настоящему изобретению может дополнительно содержать одно или несколько связующих веществ с целью увеличения прочности бумаги по настоящему изобретению и служить в качестве герметика, препятствующего прохождению жидкостей, таких как крахмал, катионоактивный крахмал, катионоактивный амилопектиновый крахмал, ацетилированный крахмал, этилированный крахмал, поливиниловый спирт, карбоксиметилцеллюлоза, анионный полиакриламид, катионный полиакриламид, эпихлоргидринполиамин, поливинилацетат, полиакрилаты, полиакриловая кислота, полистирол, хлорид 2-гидрокси-3-(триметиламмонио)пропиламилопектина и их комбинации . Катионоактивный амилопектиновый крахмал можно добавлять в любой момент процесса изготовления бумаги, например, во время или после этапа рафинирования бумажной массы. Если желательно, помимо катионоактивного амилопектинового крахмала, в целлюлозу также можно добавить катионоактивный крахмал.

В одном варианте осуществления слои покрытия, образованные супергидрофобной композицией по настоящему изобретению и нанесенные клеильным прессом, покрывают обе поверхности целлюлозной подложки. Слой покрытия минимально проникает в целлюлозную подложку или вообще не проникает в нее.Следовательно, супергидрофобная композиция может практически отсутствовать в целлюлозном субстрате. В идеале контроль пенетрации достигается при нанесении покрытия в клеильном прессе с дозирующим устройством, так что можно точно контролировать толщину внешней пленки. Уровни пористости бумаги также влияют на проникновение покрытия. Контроль толщины и проникновения является ключом к созданию трех отдельных смежных слоев, образующих структуру, которая имеет высокопрочное внешнее покрытие вокруг сердцевины небольшой плотности.

В одном варианте осуществления процесса, используемого для изготовления целлюлозной подложки или супергидрофобной бумаги по настоящему изобретению. Известны различные типы бумагоделательного оборудования, многие из которых имеют варианты типичного типа машины от мокрой части до сухой части. Таким образом, настоящее изобретение не ограничено конкретным типом бумагоделательной машины.

Мокрая часть может включать рафинер для механической обработки целлюлозы, бак машины, напорный ящик, выпускающий широкую струю производственной композиции на участок ткани с образованием волокнистого бумажного полотна, участок ткани, имеющий чрезвычайно тонкое подвижное сито, секцию прессования и секцию сушки, содержащую множество опорных роликов, которые сушат волокнистое полотно и транспортируют его к клеильному прессу.

Супергидрофобную композицию для покрытия согласно изобретению смешивают в смесительном баке. Супергидрофобная смешанная композиция транспортируется в бак клеильного пресса и затем прижимается к полотну целлюлозной подложки, покрывая одну или обе стороны ленты. Слои покрытия могут быть добавлены одновременно или поэтапно в соответствии с одним из двух методов, обычно используемых в промышленности. Толщина, вес, жесткость и устойчивость к скручиванию в основном идентичны для любого из двух методов.

Используемая обработка клеильным прессом предпочтительно представляет собой применение с дозирующим клеильным прессом. Благодаря характеру клеильного пресса с дозирующим устройством нанесение твердых частиц можно контролировать и стандартизировать. Следовательно, проникновение покрытия из супергидрофобного состава в целлюлозную подложку минимально при сохранении эффекта единой листовой структуры из трех слоев. Тем не менее, можно использовать клеильные прессы, известные в данной области техники, такие как нанесение покрытия заливкой между валками.В этом случае возможности нанесения растворов крахмала на наружные слои не такие, как для клеевых агрегатов с дозированием из-за присущего им более глубокого проникновения в лист в аппарате заливки между валками.

Затем полотно с покрытием с целлюлозной подложкой, покрытой супергидрофобной композицией, транспортируется для обработки клеильным прессом на сухом конце бумагоделательной машины, где сухой конец обычно содержит множество вращающихся цилиндров, нагреваемых паром под конструкция кожуха с теплом, ограниченным рядом с маршрутом, за которым следует бумажное полотно для дальнейшей сушки бумаги после применения клеильного пресса.

В другом варианте осуществления изобретения целлюлозная подложка, предварительно приготовленная в рамках непрерывного процесса изготовления бумаги из предшествующего уровня техники, помещается на валик, который питает машину для нанесения покрытий, которая будет наносить супергидрофобную композицию изобретения в одном или обеих сторон целлюлозной подложки до момента ее разматывания.

Полученная бумажная подложка в обоих вариантах, описанных выше, проявляет одно или несколько улучшенных свойств по сравнению с подложками, которые не включают супергидрофобную композицию изобретения. Например, для некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения целлюлозная подложка проявляет улучшенную способность к высвобождению или антиадгезии (способность отделять бумагу от пищевых продуктов или форм) и супер водоотталкивающие и медоотталкивающие свойства, т.е. быстро и идеально вытесняет воду и мед. по тесту TAPPI на водоотталкивающие свойства по методу RC-212.

ПРИМЕРЫ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение теперь будет описано в отношении следующих примеров, которые предназначены исключительно для представления способа осуществления принципов изобретения.Следующие примеры не предназначены для исчерпывающего представления изобретения и не предназначены для ограничения его объема.

В этом приложении все единицы измерения представлены в метрической системе, а все количества и проценты указаны по весу, если не указано иное.

Пример 1

Супергидрофобная композиция с 16 кг Quilon®, 16 кг Aerosil® R972 и 948 литрами воды.

Пример 2

Супергидрофобная композиция с 16 кг Quilon®, 16 кг Aerosil® R972, 10 кг соевого лецитина, 50 кг стеарата кальция и 888 литров воды.

Пример 3

Супергидрофобная композиция, содержащая 16 кг Quilon®, 16 кг Aerosil® R972, 300 литров этилового спирта, 15 кг латекса, 10 кг Celvol® 350 и 623 литра воды.

Пример 4

Супергидрофобная композиция, содержащая 16 кг Quilon®, 16 кг Aerosil® R972, 200 литров изопропилового спирта, 15 кг латекса, 10 кг Celvol® 350 и 723 литра воды.

Пример 5

Супергидрофобная композиция с 16 кг Quilon®, 16 кг Aerosil® R972, 300 л этилового спирта, 15 л стеарилового спирта, 15 кг латекса, 10 кг Celvol® 350 и 608 литров воды.

Пример 6

Супергидрофобная композиция с 16 кг Quilon®, 16 кг Aerosil® R972, 300 л этилового спирта, 15 кг латекса, 10 кг Celvol® 350, 10 кг хитозана, 10 кг ацетилированного крахмала и 603 л воды.

Пример 7

Супергидрофобная композиция с 16 кг Quilon®, 16 кг Aerosil® R972, 10 кг соевого лецитина, 10 кг латекса, 10 кг Celvol® 350, 10 кг ацетилированного крахмала, 10 литров стеарилового спирта и 898 литров воды.

Пример 8

Супергидрофобная композиция с 16 кг Quilon®, 16 кг Aerosil® R972, 10 кг соевого лецитина, 10 кг латекса, 10 кг Celvol® 350, 10 кг этилированного крахмала и 908 литров воды.

Пример 9

Супергидрофобная композиция с 16 кг Quilon®, 16 кг Aerosil® R972, 50 кг стеарата кальция, 10 кг латекса, 10 кг Celvol® 350, 10 кг ацетилированного крахмала и 868 литров воды.

Пример 10

Супергидрофобная композиция с 16 кг Quilon®, 16 кг Aerosil® R972, 50 кг стеарата кальция, 10 кг латекса, 10 кг Celvol® 350, 10 кг атилированного крахмала и 868 литров воды.

Пример 11

Супергидрофобная композиция с 16 кг Quilon®, 16 кг Aerosil® R972, 50 кг стеарата кальция, 300 литров этилового спирта, 15 кг латекса, 10 кг Celvol® 350, 20 кг хитозана и 553 л воды.

Пример 12

Супергидрофобная композиция с 16 кг Quilon®, 16 кг Aerosil® R972, 50 кг стеарата кальция, 300 л изопропилового спирта, 15 кг латекса, 10 кг Celvol® 350, 20 кг хитозана и 553 л воды.

Каждую из композиций, описанных в примерах с 1 по 12, наносили с обеих сторон на 3 образца листов целлюлозной подложки (бумаги), которые подвергали физическим испытаниям для определения визуальной оценкой, обонятельной и осязательной, их термостойкости, невосприимчивости. липкие свойства и водо- или медоотталкивающие свойства.

Испытание на водоотталкивающие свойства или медоотталкивающие свойства заключалось в размещении образцов листов в соответствии с тем, что описано в испытании TAPPI на водоотталкивающие свойства по методу RC-212.Затем на них капали водой или медом, наблюдая за их соответствующим смещением.

Испытания заключались в том, что в центр контрольного листа 1 помещали сырое печенье, в центр контрольного листа 2 — печенье с избытком воды, а в центр контрольного листа 3 — печенье с избытком сахара или меда. Каждый из трех образцов для каждого из примеров с 1 по 12 помещали на пластиковый лоток и помещали отдельно в печь путем сочетания горячего воздуха, микроволнового и инфракрасного нагрева марки TurboChef®, модель Tornado® производства TurboChef Technologies, Inc. .при температуре обжига примерно от 260°С до 345°С в течение 20 секунд и предварительно включали на три часа. Затем каждый образец извлекали из печи, а затем извлекали печенье для оценки степени термостойкости и антиадгезионных свойств каждого из образцов для каждого из примеров. Кроме того, образцы листов 1, 2 и 3 для каждого из примеров с 1 по 12 были повторно использованы несколько раз, для чего на каждом листе в его центре было сырое печенье, печенье с избытком воды и печенье с избытком сахара или мёда помещали, соответственно, для того, чтобы проверить способность сохранять или поддерживать свойства термостойкости, антиадгезивные свойства и водоотталкивающие или мёдоотталкивающие свойства даже при повторном использовании бумаги.

Результаты, полученные в ходе предыдущих испытаний, представлены в таблицах 4 и 5, где указано значение степени водоотталкивания или медоотталкивания, основанное на шкале от «А» до «Н» теста TAPPI на водоотталкивание с метод RC-212, где «A» — идеальное смещение, «B» — несколько круглых капель по пути, «C» круглые капли покрывают ¼ пути, овальные капли покрывают 1/4 пути, «E» 1/2 пути влажный, «F» неравномерно влажный, уже, чем капля, «G» сплошной влажный, немного уже, чем капля, и «H» сплошной влажный, такой же широкий, как капля.Также показаны краевой угол смачивания водой или медом и значения степени термостойкости и антипригарных свойств по шкале от 0 до 5, где:

Для испытания на антиадгезивность:

    • 0 означает очень плохое, т.е. жир полностью проходит через бумагу, а печенье остается на ней.
    • 1 означает плохой, то есть жир проходит через бумагу и ¾ бисквита примерно прилипает к бумаге, с которой он был в контакте.
    • 2 означает обычный, то есть жир немного проходит сквозь бумагу и 2/4 бисквита примерно прилипает к бумаге, с которой он был в контакте.
    • 3 означает хорошее, т.е. на бумаге есть небольшое жирное пятно и следы прилипшего к бумаге печенья.
    • 4 означает очень хорошее, т. е. на бумаге есть очень небольшое жирное пятно и нет следов прилипшего к бумаге печенья.
    • 5 означает отлично, то есть на бумаге нет жирного пятна и нет следов прилипшего к бумаге бисквита.

Для испытания на термостойкость:

    • 0 очень плохо, то есть весь образец бумаги имеет темно-коричневый цвет по сравнению с образцом бумаги, не подвергавшимся испытаниям.
    • 1 означает плохое, то есть поверхность образца бумаги наблюдается примерно на 80% темно-коричневой, а оставшаяся часть светло-коричневой по сравнению с образцом бумаги, не прошедшим испытания.
    • 2 означает регулярную, то есть поверхность образца бумаги наблюдается примерно на 50% темно-коричневой, а оставшаяся часть светло-коричневой по сравнению с образцом бумаги, не подвергавшимся испытаниям.
    • 3 означает хорошее, то есть поверхность образца бумаги наблюдается примерно на 30% светло-коричневой, а оставшаяся часть желтовато-коричневой, по сравнению с образцом бумаги, не подвергавшимся испытаниям.
    • 4 означает очень хорошо, то есть поверхность образца бумаги наблюдается примерно на 20% желтоватой, а оставшаяся часть очень светло-желтой по сравнению с образцом бумаги, не подвергавшимся тестированию.
    • 5 является превосходным, т. е. образец бумаги не демонстрирует ухудшения цвета по сравнению с образцом бумаги, который не подвергался испытаниям.

Таблица 4examplexamplexamplexamplexamplexamplexamplexample23456 TAPPI MODESTRCOAAAAAAAA (TAPPI MODICRC212) Repellence (TAPPI MODICRC212) Repellency And Honeyaaaaaa (Tappi Methodrc212) Угол воды 115-120115-15011-15011-15011-150115-150 (°) biscuitAnti-adhesion555555Heat Resistance555554Paper в печи withbiscuit с excesswaterAnti-adhesion555444Heat Resistance555444Paper в печи withbiscuit с excesssugar или honeyAnti-adhesion555444Heat Resistance555333Paper повторно использовать infurnace с rawbiscuitNumber раз the453433paper был повторно usedAnti-adhesion555545Heat Resistance544443Re-paperbaking используется бисквит withexcess waterNumber раз the453434paper был повторно б/уАнтиадгезия553434Термостойкость543333Бумага в печи, повторно использованная с печеньем с избытком сахараКоличество раз443323бумага была повторно использованаАнтиадгезионная554454Термостойкость543333

ТАБЛИЦА 5ПримерПримерЭкзамен pleExampleExampleExample78

12

Испытания на paperWater repellencyAAAAAA (TAPPI methodRC212) репеллентность к honeyAAAAAA контакта angle115-150115-150115-150115-150115-150115-150 (TAPPI methodRC212) Вода (°) Бумага в печи withraw biscuitAnti-adhesion555555Heat Resistance444444Paper в печи с withbiscuit excesswaterAnti-adhesion333444Heat Resistance445545Paper в печи withbiscuit с excesssugar или honeyAnti-adhesion544344Heat Resistance444434Paper повторно использовать infurnace с rawbiscuitNumber раз the333443paper был повторно usedAnti-adhesion455444Heat Resistance334444Paper в печи повторного использования с biscuitwith избытком waterNumber раз the333443paper был повторно usedAnti-adhesion333443Heat Resistance334444Paper в печь повторно использовалась с печеньем с избытком сахараКоличество раз322332бумага была повторно использованаАнтиадгезионная544444Термостойкость334444

Хотя изобретение было описано в отношении предпочтительного варианта осуществления, специалисты в данной области В данной области техники будет понятно, что могут быть внесены различные изменения и эквиваленты могут быть заменены ее элементами без выхода за пределы объема изобретения. Кроме того, можно сделать множество модификаций, чтобы адаптировать конкретную ситуацию или материал к содержанию изобретения, не выходя за рамки его основного объема. Таким образом, изобретение не предназначено для ограничения конкретным вариантом осуществления, раскрытым как наилучший предполагаемый способ осуществления этого изобретения, но изобретение будет включать все варианты осуществления, подпадающие под объем прилагаемой формулы изобретения.

Эффект состав и термодинамика на поверхности морфологии

Tehila Nahum, 1 Hanna Dodiuk, 2 Samuel Kenig, 2 Artee Panwar, 1 Carol Barry, 1 Joey Mead, 1

1 Факультет инженерии пластмасс Массачусетского университета в Лоуэлле, Лоуэлл, Массачусетс, США; 2 Факультет полимеров и пластмасс, Шенкарский колледж инженерного дизайна и искусства, Рамат-Ган, Израиль

Реферат: Прочные супергидрофобные покрытия были синтезированы с использованием системы наночастиц диоксида кремния (НЧ) для придания наноразмерной шероховатости, фторсилана для придания гидрофобная химия и три различных полимерных связующих: уретанакрилат, этил-2-цианоакрилат и эпоксидная смола. Покрытия, состоящие из различных связующих, содержащих НЧ в различных концентрациях, проявляли различные супергидрофобные свойства при нанесении на поликарбонатные (ПК) и стеклянные подложки, а также в зависимости от состава покрытия. Было обнаружено, что характеристики поверхности подложки и ее смачиваемость влияют на супергидрофобные характеристики покрытий. Параметры межфазного натяжения и коэффициента растекания (термодинамика) компонентов покрытия использовались для прогнозирования локализации НЧ для различных концентраций связующего.Термодинамический анализ локализации НЧ хорошо согласуется с экспериментальными наблюдениями. На основании термодинамического анализа и результатов экспериментальной сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, профилометрии и атомно-силовой микроскопии сделан вывод о критической важности локализации НЧ на поверхности для обеспечения необходимой шероховатости и обусловленной этим супергидрофобности. Долговечность, оцененная тестированием лентой эпоксидных композиций, была наилучшей как для стекла, так и для поликарбоната. Несколько композиций покрытия сохранили свою супергидрофобность после испытания лентой. Таким образом, был сделан вывод, что термодинамический анализ является мощным инструментом для прогнозирования шероховатости покрытия из-за расположения НЧ на поверхности и, следовательно, может использоваться при разработке супергидрофобных покрытий.

Ключевые слова: супергидрофобное покрытие, долговечность, термодинамика, наночастицы кремнезема, морфология

Введение

Супергидрофобные поверхности были изучены для различных применений, таких как самоочищение, 1,2 защита от коррозии, 3 защита от загрязнения, 4 отделение масла/воды, 5,6 самовосстановление, 7 противообрастающие, 8 и ледоотталкивающие поверхности. 7,9–12 Супергидрофобные поверхности имеют статические краевые углы >150° и углы скольжения <10°, что позволяет каплям воды легко катиться по поверхности.

Два ключевых параметра супергидрофобности включают гидрофобный химический состав и нано/микроиерархическую структуру поверхности. Гидрофобная химия может быть обеспечена различными материалами с низкой поверхностной энергией, такими как фторированные соединения и соединения с длинной алкильной цепью. 13 Было показано, что самоорганизующийся монослой алкилтрихлорсилана (ATS) изменяет поверхностную энергию подложек W 18 O 49 нанопроволок путем изменения длины углерода ATS.Результаты показали увеличение контактного угла с увеличением количества атомов углерода в ATS. 14 Смачиваемость массива нанопроволок оксида цинка монотонно менялась с гидрофильной на гидрофобную за счет увеличения длины углеродной цепи хемосорбированной жирной кислоты (ЖК). 15 Самособирающаяся пленка жирных кислот с различной длиной углеродной цепи на поверхности дисков из гидроксиапатита показала, что краевые углы значительно увеличиваются с увеличением длины углеродной цепи ЖК. 16 Кроме того, для получения супергидрофобных характеристик необходима иерархическая структура, состоящая из наноразмерной текстуры на микромасштабной текстуре. Шероховатая структура может поддерживать каплю жидкости в состоянии Кэсси-Бакстера и демонстрировать высокие краевые углы, поскольку между шероховатыми выступами задерживается воздух. Такая шероховатость может также обеспечивать меньшие углы скольжения, поскольку небольшая площадь контакта приводит к уменьшению застревания капель (меньшему сопротивлению движению капель). Шероховатость может уменьшить кажущуюся свободную поверхностную энергию (SFE) супергидрофобной поверхности из-за уменьшенной площади контакта между каплей жидкости и поверхностью. 17 Эта шероховатость может повысить способность супергидрофобных поверхностей отталкивать жидкости с низким поверхностным натяжением, такие как масла.

Для подготовки супергидрофобных поверхностей использовались различные материалы и методы, включая методы «сверху вниз», такие как литография 18–21 и плазменное травление, 22 и методы «снизу вверх» с использованием различных наночастиц (НЧ), например, диоксид кремния, 23–25 диоксид кремния/полиэдрический олигомерный силсесквиоксан, 26 НЧ функционализированного оксида алюминия, 27,28 диоксид титана, 29,30 углеродные нанотрубки, 31–34 частицы ZnO599, 9039 –37 и силанизированный карбонат кальция. 38–41 Независимо от используемого метода или подложек, каждый метод обеспечивал микро- и нанометровые характеристики шероховатости и химии с низкой поверхностной энергией.

Хотя супергидрофобные поверхности изучались ранее, их применение ограничено из-за высоких производственных затрат и низкой стойкости к истиранию. 26,30 Особенно привлекательным подходом является покрытие, которое можно наносить на самые разные поверхности. Следует отметить, что во многих исследованиях покрытия ограничивались конкретными подложками из-за специфического состава и/или методов подготовки. 42–48 Взаимодействия между поверхностью/подложкой и покрытием, а также между связующим/наночастицами влияют на структуру покрытия и любую результирующую иерархическую структуру, необходимую для создания супергидрофобности в дополнение к долговечности покрытий. Таким образом, фундаментальное исследование этих параметров необходимо для понимания влияния свойств подложки и покрытия для получения новых покрытий на широком спектре подложек в будущем.

Еще одним ключевым свойством является долговечность, благодаря которой поверхность сохраняет свои супергидрофобные характеристики, несмотря на истирание или износ.Предыдущее исследование 22 показало, что стабильное супергидрофобное уретанакрилатное (UA) покрытие было получено с использованием НЧ диоксида кремния различного диаметра, привитых фотореактивными бензофеноновыми группами, и НЧ метилированного пирогенного диоксида кремния с верхним слоем из фторсилана. Покрытия показали хорошую стойкость к истиранию в воздушном потоке и хорошую стойкость в условиях ускоренного атмосферного воздействия. Следовательно, данная работа направлена ​​на исследование термодинамики системы на основе параметров межфазного натяжения и коэффициента растекания.Таким образом, было изучено влияние типа связующего, концентрации связующего и смачивающих свойств подложки на свойства и морфологию покрытия. Две подложки, поликарбонат (ПК; гидрофобный) и стекло (гидрофильное), покрытые различными составами, включающими гидрофобные НЧ кремнезема, диспергированные в трех различных связующих: этилцианоакрилат (ЭКА), эпоксидная смола и уретанакрилат (УА), были исследованы для образование супергидрофобных покрытий, обладающих хорошей износостойкостью. В данном случае, когда использовались связующие с низкой вязкостью, процессы смешивания и нанесения покрытия управляются термодинамически, и кинетика не играет роли в термодинамике, которая приводит к локализации НЧ.

Методы

Были исследованы три различных связующих и пять различных соотношений связующих и диоксида кремния. Каждый состав был нанесен центрифугированием на стекло и поликарбонат соответственно. Всего было исследовано 30 составов. Термодинамический анализ состоял из нескольких этапов. На первом этапе рассчитывали поверхностное натяжение чистых и разбавленных неотвержденных вяжущих для анализа влияния растворителя на поверхностное натяжение. На втором этапе было проанализировано влияние диспергированных НЧ на межфазное натяжение между растворенными связующими и диспергированными НЧ двумя разными методами.На третьем этапе межфазное натяжение использовалось для расчета коэффициентов растекания на стадии смешивания для анализа процесса смешивания растворенных вяжущих и диспергированных НЧ. На четвертом этапе изучался коэффициент растекания на этапе покрытия для определения окончательной локализации НЧ. Наконец, смачивание подложек связующим определяли путем сравнения межфазного натяжения между растворителем и подложкой и межфазного натяжения между разбавленными неотвержденными вяжущими и подложкой.Для поддержки термодинамического анализа топография всех 30 покрытий была изучена с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Наконец, характеристики смачивания отвержденных твердых образцов были изучены с помощью измерений краевого угла и угла скольжения. Поскольку супергидрофобность достигается за счет низкой поверхностной энергии (приписываемой химическому составу и шероховатости), SFE покрытий сравнивали с чистыми отвержденными связующими. На последнем этапе исследования долговечность оценивалась с помощью рулетки.

Материалы и методы

На протяжении всего исследования использовали

НЧ пирогенного диоксида кремния (CAB-O-SIL ® TS-720; Cabot Corporation, Биллерика, Массачусетс, США). Частицы смешивали с фторалкилсиланом (FAS) (Dynasylan ® F8263; Evonik, Эссен, Германия) в изопропиловом спирте (IPA). Фторалкильная функциональность обеспечивает низкую поверхностную энергию. Средний диаметр частиц (агрегатов) составлял 0,2–0,3 мкм.

Использовались три связующих: смола ECA (Loctite ® Super Glue; Henkel Corporation, Seabrook, NH, USA), двухкомпонентная эпоксидная смола (EPO-TEK ® 301; Epoxy Technologies, Billerica, MA, USA) и однокомпонентная смола UA, отверждаемая ультрафиолетом (УФ) (NOA 61; Norland Products Incorporated, Крэнбери, Нью-Джерси, США).Растворителем-носителем для покрытия был ацетон (Sigma Aldrich, Сент-Луис, Миссури, США). Физические свойства вяжущих, полученные из их паспортов безопасности, приведены в таблице 1.

Таблица 1 Физические свойства вяжущих

Примечание : *На основе значения Sigma-Aldrich для мономера меркаптоэфира.

Сокращения : ЭКА, этилцианоакрилат; UA, уретанакрилат.

НЧ кремнезема (постоянная концентрация 2.5 мас.%) диспергировали в растворе фторалкилсилана (в ИПС) и перемешивали при комнатной температуре в течение 10 минут. Каждое связующее растворяли в ацетоне и перемешивали в течение 10 минут при комнатной температуре. Затем два раствора смешивали вместе и перемешивали еще 10 минут. Для каждого состава концентрация связующего составляла от 5 до 25 мас.%. Всего было приготовлено 15 составов.

Подготовка покрытия

Предметные стекла микроскопа

и лист поликарбоната, нарезанный на квадраты размером 2,54 см × 2,54 см, служили подложками для покрытия.Подложки промывали этанолом и сушили под давлением воздуха. Один миллилитр раствора наносили методом центрифугирования на подложку при 1250 об/мин в течение 1 минуты. ЭКА и эпоксидные составы отверждались при 110°C в течение 2 часов. UA отверждали под воздействием УФ-излучения в течение 2 минут. Для УФ-отверждения использовали ртутную лампу среднего давления (Heraeus Noblelight America LLC; Heraus, Gaithersburg, MD, USA) с длиной волны 365 нм при 100% интенсивности.

Характеристика

Контактный угол (CA) был измерен по методу неподвижной капли с использованием коммерческого анализатора контактного угла с видеосистемой, управляемого программным обеспечением (DSA 100; KRUSS GmbH, Гамбург, Германия).Для измерений использовалась деионизированная вода. Угол скольжения измеряли с помощью устройства наклона, встроенного в анализатор контактного угла. Сначала капля наносилась на горизонтальную подложку, а после достижения равновесия плоскость подложки наклонялась до начала движения капли. Контактный угол и угол скольжения измеряли с помощью капли воды объемом 5 мкл. Поверхностное натяжение разбавленных вяжущих и дисперсных НЧ кремнезема рассчитывали методом висячей капли. Поверхностное натяжение висящей капли жидкости в воздухе определяли методом Юнга-Лапласа с учетом характерной формы капли под действием силы тяжести. SFE супергидрофобных поверхностей определяли методом Зисмана, 49 , который определяет критическое поверхностное натяжение (γ c ). Чтобы получить значение γ c , были измерены краевые углы неполярных жидкостей, поверхностное натяжение которых постепенно уменьшалось. В настоящей работе использовали дийодметан, н -гексадекан и н -октан с поверхностным натяжением 50,8, 27,47 и 21,62 мН/м (из базы данных программы DSA-100) соответственно.Поверхностное натяжение этих жидкостей коррелировали с краевыми углами (косинусом угла), что давало примерно прямые линии. Экстраполяция к cosθ=1 дала значение γ c . Сочетание уравнения Юнга для краевого угла и метода Зисмана приводит к соотношению между γ c и γ s – поверхностным натяжением поверхности следующим образом:

903


(1)

Откуда B — тангенс измерений γ C .

Для супергидрофобных поверхностей с очень низким SFE (незначительными полярными взаимодействиями) обычно используется метод Зисмана, поскольку учитываются только дисперсионные взаимодействия. Для чистых связующих и поликарбонатной подложки, которые имеют полярные вклады, SFE измеряли с использованием метода Лифшица-Ван-дер-Ваальса/кислотно-основного (LW/AB). В методе LW / AB предполагается, что SFE состоит из двух основных вкладов: неполярного компонента и кислотно-основного компонента, где кислотно-основной компонент, в свою очередь, состоит из компонентов донора и акцептора электронов.Общий SFE равен

.

(2)

Для получения и значений для твердого вещества необходимо измерить углы контакта трех разных жидкостей, из которых по меньшей мере два должны быть полярным. В настоящей работе в качестве полярных жидкостей использовались вода и формамид (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA), а неполярной жидкостью был дийодметан.

Межфазное натяжение между различными компонентами в растворенном состоянии было рассчитано двумя методами, правило Антонова для несмешивающихся систем:

(3)

и Giirifalco и хороший метод 50 для смешиваемых систем:

(4)

, где γ A и γ B — это межфабрикальное натяжение связующего (аккуратного или разбавленного) и диспергированные НЧ соответственно.Молярный объем (ϕ) равен


(5)

    6

(5)

Где V A — это молярный объем компонента A и V B — молярный объем компонента B. girifalco и метод Гуда действителен для веществ, взаимодействующих с дисперсионными силами. В настоящей системе, основанной на гидрофобной химии, полярные взаимодействия незначительны.

Коэффициент растекания (S AB ), который определяет, будет ли жидкость B растекаться по жидкости A или твердому веществу A, был рассчитан с использованием

.

02

(6)

При поиске S AB > 0 будет происходить спонтанное распространение, что приводит к снижению SFE; однако, когда S AB <0, не происходит никакого или частичного расширения.

СЭМ

использовали для исследования морфологии поверхности. Для этой работы использовался автоэмиссионный РЭМ (FESEM) (JEOL JSM 7401F) при ускоряющем напряжении 10 кВ. Перед визуализацией все подложки напылялись золотом в течение 180 секунд (Leica SCD500).

Для химического анализа использовали рентгеновскую фотоэлектронную спектрометрию (XPS)

(VG Scientific ESCALAB MKII). XPS предоставляет информацию о химическом составе нескольких верхних атомных слоев (до 100Å).

Адгезию покрытий к подложкам определяли с помощью теста с липкой лентой (ASTM D3359).Острым лезвием бритвы делали 1 мм 2 надрезов от покрытия до подложки. Центр ленты помещали на покрытие и приклеивали под давлением карандашного ластика, чтобы обеспечить хороший контакт ленты. Затем ленту быстро удаляли как можно ближе к 180°.

Результаты и обсуждение

Термодинамический анализ

Для этого исследования были использованы гидрофобные НЧ кремнезема и три низкомолекулярных связующих ЭКА, эпоксидная смола и УК. Поскольку присутствие НЧ на поверхности имеет решающее значение для получения наноразмерной шероховатости и, следовательно, супергидрофобных поверхностей, была исследована термодинамика в жидком состоянии различных составов, чтобы объяснить локализацию НЧ в различных связующих составах. В идеальной эмульсии с низкой молекулярной массой и, следовательно, низкой вязкостью локализация в равновесии частиц кремнезема регулируется термодинамикой, поскольку кинетические эффекты не играют существенной роли. 51,52 Таким образом, в этой системе (дисперсные НЧ в разбавленных связующих) локализация НЧ будет термодинамически доведена до самого низкого энергетического состояния. Следовательно, при условии, что взаимодействие диспергированных НЧ в разбавленном связующем будет снижать общую свободную энергию системы, будет достигнуто лучшее растекание и расположение НЧ в фазе связующего.Если взаимодействие диспергированных НЧ в разбавленном вяжущем увеличит общую свободную энергию системы, растекания не произойдет и будет способствовать расположению НЧ на поверхности вяжущего. Чтобы исследовать локализацию NP в результате растекания, поверхностное натяжение чистых и разбавленных связующих (неотвержденных) было измерено с использованием метода подвесной капли и показано в таблицах 1 и S1. В случае чистого ЭХА поверхностное натяжение было трудно измерить из-за его быстрой полимеризации во влажных условиях, поэтому оно было принято равным 26.67 мН/м с использованием экстраполяции линии тренда (таблица S1).

Результаты в Таблице S1 показывают, что поверхностное натяжение разбавленных вяжущих ниже по сравнению с неразбавленными. Однако существенного изменения поверхностного натяжения не наблюдалось при увеличении концентрации ацетона с 50 до 90 мас.%.

Добавление диспергированных наночастиц в разбавленные вяжущие вещества является важным шагом для обеспечения хорошего смешивания и совместимости между наночастицами и вяжущим. Если добавление термодинамически благоприятно, то НЧ будут смешиваться самопроизвольно; однако, если смешивание не является термодинамически благоприятным, то НЧ не будут хорошо распределяться и останутся на поверхности связующего.В этой системе (содержащей связующий полимер, НЧ и два растворителя) было рассчитано межфазное натяжение (γ AB ) между растворенными или чистыми связующими (γ A ) и диспергированными НЧ (γ B ) и сравнивали с использованием как правила Антонова (несмешивающаяся система), так и метода Гирифалько и Гуда (смешиваемая система с дисперсионным притяжением). Результаты представлены в таблице 2. Среднее поверхностное натяжение для диспергированных НЧ в ИПС составило 21,45 мН/м при измерении подвесной капли.

Таблица 2 Межфазное натяжение, рассчитанное с использованием методов Антонова и Гирифалько и Гуда для связующих и диспергированных НЧ

Сокращения : ЭКА, этилцианоакрилат; ИПС, изопропиловый спирт; НЧ, наночастицы; UA, уретанакрилат.

И правило Антонова, и метод Гирифалько и Гуда показали снижение межфазного натяжения (IFT) для разбавленного связующего по сравнению с чистым связующим.Однако метод Гирифалько и Гуда показал более низкие значения межфазного натяжения по сравнению с правилом Антоноффа, вероятно, потому, что ацетон и ИПС смешиваются друг с другом. Сравнение межфазного натяжения между различными связующими показало, что система UA показала самые низкие значения межфазного натяжения, тогда как эпоксидная смола имела самые высокие значения межфазного натяжения. Однако значения межфазного натяжения не отражают полного энергетического баланса системы. Если система (связующее и растворитель) находится в состоянии с высокой свободной энергией (высокое поверхностное натяжение) и добавление второго компонента уменьшит общую свободную энергию системы, это будет способствовать самопроизвольному растеканию.Напротив, если система (связующее и растворитель) находится в состоянии с низкой свободной энергией (низкое поверхностное натяжение) и добавление второго компонента увеличивает общую свободную энергию системы, добавление второго компонента нежелательно. Для количественной оценки явления растекания были определены параметры коэффициента растекания. Соответственно, если поверхностное натяжение компонента А больше, чем сумма поверхностного натяжения компонента В и межфазного натяжения АВ, то коэффициент растекания будет положительным, и общая свободная энергия будет уменьшена, что приведет к самопроизвольному растеканию.Если поверхностное натяжение компонента А меньше, чем сумма поверхностного натяжения компонента В и межфазного натяжения АВ, то растекание отрицательное, так как полная свободная энергия системы увеличивается, и растекание будет частичным или вообще не произойдет. Нулевой коэффициент растекания означает, что полная свободная энергия системы до и после добавления компонента В не изменилась и растекание будет происходить при условии непрерывного перемешивания.

Как упоминалось ранее, поскольку важно полное смачивание между диспергированными НЧ и разбавленными вяжущими, коэффициент растекания на этапе смешивания должен быть положительным, чтобы обеспечить спонтанное растекание и хорошее перемешивание системы.Коэффициент растекания по правилу Антонова был равен нулю для НЧ, содержащих составы, что указывало на то, что эти системы не являются несмешиваемыми. Таким образом, рассчитанные коэффициенты рассеивания были основаны на методе Гирифалько и Гуда и представлены в таблице 3.

Таблица 3 Коэффициенты растекания чистых и разбавленных вяжущих с диспергированными НЧ в ИПС

Сокращения: ЭКА, этилцианоакрилат; ИПС, изопропиловый спирт; НЧ, наночастицы; UA, уретанакрилат.

Все составы показали положительный коэффициент растекания; эпоксидная смола, однако, показала значительно более высокие значения по сравнению с UA и ECA. Коэффициент растекания уменьшался с увеличением массы ацетона (растворителя связующего). Чем положительнее значение коэффициента растекания, тем в большей степени в связующем будет проявляться тенденция к самопроизвольному растеканию диспергированных в ИПС НЧ. Такое поведение предполагает хорошее смачивание между раствором связующего и диспергированными НЧ и способствует локализации НЧ в фазе связующего, что является важным этапом перед нанесением покрытия.Частичное растекание или его отсутствие на этапе смешивания может повлиять на локализацию НЧ в окончательном процессе нанесения покрытия.

Наконец, была изучена термодинамика этапа нанесения покрытия. В процессе нанесения покрытия разбавленные составы наносились на подложку центрифугированием, в то время как ацетон (связующий растворитель) и IPA (растворитель-носитель НЧ) вытекали на поверхность и испарялись. Поскольку ацетон имеет более высокую скорость испарения по сравнению с ИПС (5,6 и 1,5, 53 соответственно), он испарится первым, а ИПС завершит испарение последним.Этот динамический процесс имеет решающее значение для определения окончательной локализации НЧ. При испарении ИПС специфическое связующее может либо растекаться по НЧ, либо нет. Если растекание приведет к уменьшению полной свободной энергии, то коэффициент растекания будет положительным, и ожидается, что НЧ будут располагаться в связующей фазе. Если же растекание приводит к увеличению полной свободной энергии, то коэффициент растекания будет отрицательным и ожидается, что НЧ будут располагаться на поверхности.Для расчета межфазного натяжения между вяжущими и твердыми НЧ был использован специальный экспериментальный этап. Соответственно, предметные стекла покрывали диспергированными НЧ в ИПС и нагревали в течение 1 часа для обеспечения полного испарения ИПС. Затем измеряли краевые углы между поверхностью, покрытой NP (γ s ), и чистыми связующими (γ L ). Межфазное натяжение рассчитывали по уравнению Юнга. Результаты суммированы в таблице 4. SFE твердых НЧ была принята равной 22.4 мН/м (обсуждается позже).

Таблица 4 Коэффициент растекания чистых вяжущих и твердых НЧ

Сокращения: ЭКА, этилцианоакрилат; НЧ, наночастицы; UA, уретанакрилат.

Результаты в Таблице 4 показывают, что все вяжущие имеют отрицательный коэффициент растекания. Коэффициент растекания между ЭХА и НЧ был чрезвычайно низким и указывает на то, что НЧ будет локализован на поверхности для системы ЭХА/НЧ.Это приводит к образованию супергидрофобности, если получается «правильная» шероховатость. Для UA и эпоксидной смолы коэффициенты растекания были умеренно отрицательными, однако могли достигать нуля при подаче энергии, такой как тепло (для отверждения). Эти результаты предсказывают локализацию НЧ внутри связующего и потерю наношероховатости, необходимой для супергидрофобности. Следовательно, можно было бы ожидать, что только система ЭХА может давать супергидрофобное покрытие. Следует подчеркнуть, что загрузка связующим, помимо смачивания подложки, будет влиять на окончательное поведение покрытия и предельную супергидрофобность за счет развития специфической морфологии поверхности.Для изучения влияния загрузки вяжущего были приготовлены разные весовые % вяжущего в диапазоне от 5 до 25. Все составы были нанесены центрифугированием на стеклянные (гидрофильные) и поликарбонатные (гидрофобные) подложки, чтобы понять влияние поведения смачивания подложки на супергидрофобность. СЭМ использовали для изучения топографии покрытий с разным весовым процентом связующего на двух разных подложках (рис. 1–3).

Рис. 1 РЭМ морфологии поверхности с увеличением % масс. ЭХА на двух разных подложках.

Примечания: ( A E ) 5, 10, 15, 20 и 25 % масс. ЭКА на стекле; ( F J ) 5, 10, 15, 20 и 25 мас. % ЭКА на подложке ПК. Масштабная линейка составляет 5 мкм.

Сокращения: ЭКА, этилцианоакрилат; ПК, поликарбонат; SEM, сканирующая электронная микроскопия; SH, супергидрофобный.

Рис. 2 Сканирующая электронная микроскопия морфологии поверхности с увеличением мас.% эпоксидной смолы на двух разных подложках.

Примечания: ( A E ) 5, 10, 15, 20 и 25 мас.% эпоксидной смолы на стекле; ( F J ) 5, 10, 15, 20 и 25 мас.% эпоксидной смолы на подложке из поликарбоната. Масштабная линейка составляет 5 мкм.

Сокращения: ПК, поликарбонат; SH, супергидрофобный.

Рисунок 3 РЭМ морфологии поверхности с увеличением % масс. UA на двух разных подложках.

Примечание: ( A E ) 5, 10, 15, 20 и 25 % масс. UA на стекле; ( F J ) 5, 10, 15, 20 и 25 % масс. UA на подложке ПК.Масштабная линейка составляет 5 мкм.

Сокращения: ПК, поликарбонат; SEM, сканирующая электронная микроскопия; UA, уретанакрилат; SH, супергидрофобный.

СЭМ-изображения показывают, что в отношении расположения НЧ в покрытиях развиваются различные иерархические структуры; эти изменения были обусловлены изменением взаимодействия между связующим и НЧ, подложкой и системой покрытия, а также концентрацией связующего. Для композиций ЭКА на стекле при всех концентрациях связующего гидрофобные НЧ, по-видимому, располагались на верхнем слое покрытия, как указано в анализе.На ПК результаты также подтвердили предсказание, и оказалось, что NP расположены на верхнем слое; однако ЭКА не полностью смачивал поверхность подложки, что приводило к непокрытым областям. В случае эпоксидного связующего на стекле, >10 мас.% эпоксидной смолы, НЧ в основном находились в связующем, как и предполагалось. При содержании связующего менее 10 мас.% на поверхности были идентифицированы НЧ, вероятно, из-за отсутствия достаточного количества связующего для полного окружения частиц. На ПК, как и предполагалось, большинство наночастиц были встроены в эпоксидное связующее.Покрытия со связующим UA продемонстрировали тенденции, аналогичные тем, которые наблюдались для покрытий с эпоксидным связующим, где НЧ оказывались внедренными в случаях высоких концентраций UA. В отличие от двух других вяжущих, НЧ не растекались по поверхности, а оставались на граничной поверхности вяжущего.

Основанные на термодинамике прогнозы местоположения НЧ для системы ЭХА согласовывались с изображениями СЭМ, показывающими, что НЧ в основном располагались на поверхности для всех концентраций ЭХА.Для УА и эпоксидных систем, где коэффициент растекания был близок к нулю, взаимодействия между связующим и НЧ помимо тепла достаточно для локализации в связующих при 15–25 мас. % связующего. При содержании связующего 5 и 10 мас. %, хотя коэффициент растекания был отрицательным, НЧ находились на поверхности из-за отсутствия достаточного количества связующего для смачивания НЧ.

Смачиваемость подложки влияет на смачивание связующих. Все три связующих продемонстрировали полное смачивание стекла, как и ожидалось, так как стекло имеет более высокий SFE по сравнению со связующими.На поликарбонатных подложках с более низким SFE эпоксидная смола показала полное смачивание; однако ECA и UA не смачивали поверхность даже при более высоком весовом % связующего, и наблюдались участки без покрытия.

Рассчитанные значения поверхностного натяжения (γ t — общее поверхностное натяжение, γ d — дисперсионная составляющая поверхностного натяжения, γ p — полярная составляющая поверхностного натяжения) методом подвесной капли, чистых неотвержденных связующих приведены в таблице 1. Для количественного определения SFE подложки из поликарбоната использовались как методы Zisman 49 , так и методы LW/AB (таблица 5). Поверхностное натяжение стекла (высокая поверхностная энергия) было принято равным 146 мН/м (на основе литературных данных для предметных стекол с натронной известью). 54

Таблица 5 поверхностное натяжение, γ p – полярная составляющая поверхностного натяжения.

Сокращения : LW/AB, Лифшица-ван-дер-Ваальса/кислотно-щелочной; ПК, поликарбонат.

Сравнение значений SFE показывает, что метод Зисмана имеет более низкое значение для PC, чем метод LW/AB. Поскольку метод Зисмана использует только неполярные жидкости, а LW/AB использует как полярные, так и неполярные жидкости, полярные взаимодействия в методе Зисмана не учитываются. Поскольку ПК имеет два ароматических кольца и карбонильную группу, которые являются донорами электронов, SFE был принят равным 44,36 мН/м.

Все три связующих продемонстрировали более низкие значения SFE, чем стекло, что может быть связано с полным смачиванием стекла связующими, как это ранее наблюдалось с помощью СЭМ (рис. 1–3). Для ПК наблюдались смешанные результаты, поскольку СЭМ показала только полное смачивание ПК эпоксидной смолой, в то время как ЭКА и UA не смачивали ПК. Чтобы объяснить, почему ЭХА и УА, имеющие меньшую поверхностную энергию, чем ПК, не полностью смачивали поверхность, дальнейшая работа была проведена следующим образом.

При центрифугировании, когда энергия взаимодействия между подложкой и растворителем превышает энергию взаимодействия между подложкой и полимером, пленки становятся шероховатыми и расслаиваются.Наоборот, когда энергия взаимодействия между подложкой и полимером больше, чем между подложкой и растворителем, или когда обе энергии взаимодействия слабы, получаемые пленки получаются однородными и плоскими. 55 Таким образом, рассчитанная энергия взаимодействия между субстратом/связующим и субстратом/растворителем может объяснить экспериментальные результаты. Чем выше межфазное натяжение, тем меньше взаимодействие между жидкостью и твердым телом. Впоследствии межфазные натяжения были рассчитаны с использованием уравнения Юнга для измерения краевого угла. Поскольку в качестве растворителя связующих использовался ацетон, тем же методом измеряли межфазное натяжение между ацетоном и подложками. Результаты представлены в таблицах 6 и 7.

Таблица 6 Межфазное натяжение для ацетонового растворителя и неотвержденных связующих со стеклом СА, контактный угол; IFT, межфазное натяжение; UA, уретанакрилат. Таблица 7 Межфазное натяжение для ацетонового растворителя и неотвержденных связующих с ПХ

Сокращения: ПК, поликарбонат; UA, уретанакрилат; СА, контактный угол; IFT, межфазное натяжение; UA, уретанакрилат.

Результаты в таблице 6 для стеклянной подложки показывают очень высокие значения поверхностного натяжения как для ацетона/стекла, так и для связующих веществ/стекла. Поскольку высокие значения межфазного натяжения означают слабое взаимодействие, растворитель и связующие вещества демонстрируют слабые энергии взаимодействия, в результате чего получается сглаженная и более однородная пленка, о чем свидетельствует соответствующий СЭМ. Результаты в Таблице 7 могут объяснить, почему ЭКА и УК не полностью смачивали подложку ПК. Межфазное натяжение между ECA/PC и UA/PC было выше (более низкое взаимодействие), чем межфазное натяжение ацетон/PC, что приводило к сегрегации и непокрытым областям, как показано на соответствующей СЭМ.Для эпоксидной смолы энергия взаимодействия с ПК была ниже, чем при взаимодействии ацетон/ПК, что означает более сильную энергию взаимодействия, что приводило к более плоской и более однородной пленке, как показано на соответствующем РЭМ.

Исследование супергидрофобности

Супергидрофобность подложек из стекла и поликарбоната, покрытых НЧ кремнезема, диспергированных в различных связующих, оценивали путем измерения контактного угла и угла скольжения. Для каждого состава было приготовлено по три образца, и средние значения показаны на рисунках 4 и 5.

Рис. 4 Характеристики смачивания стекла с использованием измерений контактного угла и угла скольжения для трех различных составов вяжущего в зависимости от увеличения веса % связующего.

Сокращения: ЭКА, этилцианоакрилат; UA, уретанакрилат.

Сокращения: ЭКА, этилцианоакрилат; ПК, поликарбонат; UA, уретанакрилат.

Результаты по краевому углу хорошо коррелируют с изображениями СЭМ и с образованием наношероховатости, как показано на рисунках 4 и 5. Система ЭХА показала супергидрофобность для всех мас.% ЭХА на стекле из-за присутствия гидрофобных НЧ на стекле. верхний слой, как показано на соответствующем SEM. Однако на ПК супергидрофобность не была достигнута, когда концентрация ЭКА была >10 мас.%.СЭМ показала НЧ, расположенные в верхнем слое; однако ЭКА не полностью смачивал поверхность подложки, что приводило к непокрытым областям. Наличие покрытых и непокрытых областей на ПК может объяснить высокие стандартные отклонения результатов краевого угла для высоких концентраций ЭХА, то есть некоторые области были супергидрофобными, а некоторые нет. Эпоксидная смола проявляла супергидрофобность при покрытии стекла от 5 до 10 мас.% связующего, но супергидрофобность терялась при более высоком мас.% эпоксидной смолы. СЭМ показала, что с увеличением мас.% связующего оказалось, что большее количество НЧ проникло в связующее, что привело к потере наношероховатости и, следовательно, к уменьшению значений контактного угла.В случае ПК-подложки краевые углы увеличивались с уменьшением мас.% эпоксидной смолы из-за появления НЧ на поверхности; однако ни один из эпоксидных составов не был супергидрофобным. Вероятно, это связано с тем, что не удалось получить соответствующую шероховатость из-за отсутствия достаточного количества НЧ на поверхности. Состав UA показал супергидрофобность при 5 и 10 мас.% связующего как для стекла, так и для поликарбоната. СЭМ показала, что <10 мас.% UA, НЧ находились на поверхности. В целом стеклянные подложки обеспечивали супергидрофобность в более широком диапазоне составов по сравнению с ПК.

Поскольку формирование наношероховатости необходимо для супергидрофобности, необходимо было лучше охарактеризовать локализацию НЧ на поверхности покрытия, поскольку они придают поверхности наношероховатость. Следовательно, была проведена XPS, чтобы проанализировать, были ли НЧ расположены на поверхности, как они выглядели на изображениях СЭМ. Сначала на углеродную ленту наносили и анализировали исходные НЧ пирогенного кремнезема (контрольный образец) и модифицированные (с помощью FAS) НЧ кремнезема. Результаты показаны на рисунке 6A.Спектры XPS выявили присутствие кремния, кислорода, углерода и фтора на поверхности, в то время как для дымящихся наночастиц в состоянии поставки фтор не был обнаружен. Таким образом, обнаружение ФАС через атомы фтора можно использовать для определения того, находятся ли обработанные НЧ на поверхности или встроены в матрицу. Поскольку покрытие НЧ на углеродной ленте было неполным, обнаружение углерода на поставляемых НЧ коллоидального кремнезема также было связано с углеродной лентой. На рисунках 6B, C представлены данные XPS для всех образцов стекла и поликарбоната, покрытых связующим в концентрации 5 мас.%.Данные РФЭС подтвердили наличие НЧ с ФАС на поверхности покрытия, что также было подтверждено соответствующим анализом СЭМ. Следует подчеркнуть, что все эти покрытия были супергидрофобными, за исключением 5 мас.% эпоксидной смолы на ПК, хотя и для этого состава на поверхности присутствовали НЧ. Эта несупергидрофобная поверхность может быть связана с отсутствием достаточного количества НЧ для создания соответствующей шероховатости поверхности для супергидрофобности.

Рисунок 6 XPS кремнезема, связующие на стекле и поликарбонате.

Примечания: ( A ) Сканирование методом XPS состава поверхности сухих наночастиц кремнезема в состоянии поставки и в присутствии FAS; ( B ) Обзорное сканирование методом XPS всех композиций связующего вещества с содержанием связующего 5 мас.% на стекле; и ( C ) обзорное сканирование методом XPS всех композиций с 5 мас.% связующего на ПК. Красный кружок указывает положение пика фтора.

Сокращения: ЭКА, этилцианоакрилат; НЧ, наночастицы; ПК, поликарбонат; UA, уретанакрилат; XPS, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия; ФАС, фторалкилсилан.

В завершение этой части работы расчет коэффициента растекания может предсказать локализацию НЧ для составов с высоким массовым % связующего (≥15) на подложках с высокой поверхностной энергией, таких как стекло. При низкой загрузке связующего (15 мас.%) и подложках с низкой поверхностной энергией локализация НЧ не соответствовала нашему прогнозу. Вышеупомянутый термодинамический анализ показал, что разные связующие системы демонстрируют различное поведение из-за разных коэффициентов растекания, что оказалось эффективным инструментом для прогнозирования локализации НЧ в используемом связующем.Это позволяет потенциально предсказать, какие связующие системы будут создавать супергидрофобные поверхности в сочетании с НЧ.

Свободная поверхностная энергия (SFE)

Термодинамический анализ был использован для изучения SFE различных отвержденных покрытий, что привело к множеству иерархических структур в отношении расположения NP в покрытиях. SFE выражает тенденцию системы к увеличению площади поверхности, что приводит к снижению SFE. Следовательно, присутствие НЧ на поверхности увеличивает площадь поверхности и вызывает снижение SFE.SFE дополнительно снижается за счет присутствия на поверхности фторсодержащих групп. Для количественной оценки взаимодействий SFE материалов компонентов были рассчитаны с использованием методов Зисмана и LW/AB (таблица 8). Поверхностное натяжение стекла (высокая поверхностная энергия) было принято равным 146 мН/м (на основе литературных данных для предметных стекол с натронной известью). 44

Таблица 8 компонента поверхностного натяжения, а γ p – полярная составляющая поверхностного натяжения.

Сокращения: ЭКА, этилцианоакрилат; LW/AB, Лифшиц–ван-дер-Ваальс/кислотно-основной; ПК, поликарбонат; SFE, свободная поверхностная энергия; UA, уретанакрилат.

Сравнение значений SFE показывает, что метод Зисмана имеет наилучшую корреляцию с методом LW/AB для эпоксидного связующего. Поскольку в методе Зисмана используются неполярные жидкости, а в методе LW/AB используются полярные и неполярные жидкости, эти значения указывают на то, что полярные взаимодействия для эпоксидной смолы незначительны.Значения SFE по Зисману для PC, ECA и UA были ниже, чем значения LW/AB, что указывает на значительное полярное взаимодействие в этих случаях. PC имеет два ароматических кольца и карбонильную группу, ECA имеет цианогруппу и сложноэфирную группу, а UA имеет уретановую и акрилатную группы, которые являются донорами электронов, поэтому их SFE были приняты равными 44, 34 и 46 мН/м соответственно. Для сравнения использовали значения LW/AB.

Аналогичная процедура использовалась для определения SFE для композиций связующего (отвержденное связующее, НЧ и фторалкилсилан).В этом случае определенные значения LW/AB не подходили для сильно гидрофобных поверхностей, поэтому был использован метод Зисмана. Значения Зисмана для всех составов связующего на стекле и поликарбонате приведены в таблице 9, а графики показаны на рисунках S1–S4.

Таблица 9 Значения SFE для всех составов связующих на стекле и поликарбонате по методу Зисмана

Сокращения: ЭКА, этилцианоакрилат; ПК, поликарбонат; SH, супергидрофобный; SFE, свободная поверхностная энергия; UA, уретанакрилат.

Как и ожидалось, все поверхности показали более низкий SFE по сравнению с чистыми связующими (таблица 5). Однако результаты SFE не показали четкого различия между супергидрофобными и несупергидрофобными поверхностями. Фактически, некоторые несупергидрофобные поверхности демонстрировали более низкую SFE, чем супергидрофобные. Эти результаты подтвердили, что одних только низких значений SFE недостаточно для определения супергидрофобности и что морфология поверхности играет важную роль в достижении супергидрофобности.

Как видно из таблицы 9, для составов ЭКА, нанесенных на стекло, не было получено значительного изменения SFE из-за присутствия NP на поверхности (как показано на изображениях SEM). Для ПК было получено небольшое изменение SFE между составами из-за некоторых областей без покрытия и воздействия на подложку из PC, которая имеет более низкое значение SFE. Поскольку капля, используемая для измерения краевых углов, была достаточно большой (диаметром 1 мм), чтобы охватить как области без покрытия, так и области с покрытием, необходимо учитывать размер областей без покрытия и их структуру.В случае эпоксидных составов, нанесенных на стекло, более высокие значения SFE были обнаружены для супергидрофобных составов с НЧ на верхней поверхности по сравнению с несупергидрофобными составами. Для PC не было значительного изменения SFE для всех составов, за исключением 5 мас.% (где НЧ находились на поверхности и, таким образом, давали более высокое значение SFE). Как и ожидалось, супергидрофобные составы UA (5 и 10 мас.%) на стекле и ПК показали более высокие значения SFE, чем несупергидрофобные.

Следует отметить, что поверхностное натяжение чистых ECA и UA, измеренное методом подвесной капли, не соответствовало расчетному SFE отвержденных связующих с использованием метода LW/AB; 25 и 27 мН/м по сравнению с 34 и 47 мН/м соответственно. Это различие объясняется низкой молекулярной массой мономеров по сравнению с отвержденным связующим, поскольку поверхностное натяжение полимеров имеет тенденцию к увеличению с увеличением молекулярной массы. 56 В случае двухкомпонентной эпоксидной смолы не наблюдалось существенного изменения между поверхностным натяжением и SFE отвержденного связующего, 38 и 39 мН/м соответственно. Этот результат указывает на то, что неотвержденные эпоксидные олигомеры могут иметь достаточно высокую молекулярную массу.

Оценка и анализ долговечности

Супергидрофобные покрытия могут терять свою наношероховатость под действием сил сдвига вследствие истирания или других механических воздействий.Поскольку долговечность имеет решающее значение для реальных применений, механическая целостность покрытий была изучена с помощью теста с лентой. Была определена супергидрофобность после теста с лентой, и результаты показаны на рисунках 7 и 8.

Рис. 7 Характеристики смачивания после испытания ленты на стекле с использованием измерений контактного угла и угла скольжения для трех различных составов вяжущего с увеличением % массы вяжущего.

Сокращения: ЭКА, этилцианоакрилат; UA, уретанакрилат.

Сокращения: ЭКА, этилцианоакрилат; ПК, поликарбонат; UA, уретанакрилат.

В качестве предварительного метода для оценки адгезии и долговечности супергидрофобности использовались ленточные тесты, которые часто используются для изучения адгезии покрытий.Отслаивания покрытия после испытания лентой визуально не наблюдалось. Результаты показали, что эпоксидная смола показала самую высокую стойкость на стекле и поликарбонате по сравнению с ECA и UA. Все составы эпоксидных смол (супергидрофобные и несупергидрофобные) показали лишь небольшие изменения в значениях краевого угла и угла скольжения до (рис. 7 и 8) и после испытания лентой. Эта долговечность объясняется отрицательными значениями межфазного натяжения между наночастицами и эпоксидной смолой (рассчитано в таблице 4), что приводит к хорошей адгезии.Результаты испытаний ленты для системы ЭКА/стекло показали низкую износостойкость при низком весовом % связующего. Такое поведение было связано с избытком НЧ на верхнем поверхностном слое, который можно легко отделить. При более высоком весовом % связующего высокие углы смачивания и низкие углы скольжения не изменились после испытания с лентой из-за низкого межфазного натяжения 4,14 мН/м между ЭКА и наночастицами, что привело к хорошей адгезии. Для поликарбонатной подложки с увеличением весового % связующего вещества некоторые области были покрыты, а некоторые нет (рис. 3), что привело к высоким стандартным отклонениям измеренных краевых углов.Покрытия UA продемонстрировали низкую стойкость даже при внедрении НЧ в связующее. Эта плохая долговечность может быть связана с повышенным SFE отвержденного UA (46 мН/м) по сравнению с неотвержденным UA (27 мН/м), что привело к более высокому межфазному натяжению и низкой адгезии между связующим и наночастицами.

Интересен тот факт, что некоторые покрытия способны сохранять свои супергидрофобные свойства после испытаний на долговечность. Составы ЭКА хорошо сохраняют супергидрофобные свойства на стекле.Очевидно, что для улучшения поведения на ПК требуется дальнейшая работа.

Заключение

Чтобы получить необходимую морфологию поверхности для супергидрофобности (открытые наночастицы) в сочетании с долговечностью (встроенные наночастицы), необходимо достичь баланса между смачиванием наночастиц связующим и миграцией наночастиц на поверхность. Таким образом, использование термодинамического анализа в качестве аналитического инструмента для прогнозирования локализации НЧ имеет важное значение для выбора связующих, НЧ и субстратов для различных систем.

В исследование были включены три различных связующих: ЭКА, эпоксидная смола и UA, а также две подложки: поликарбонат и стекло. Межфазное натяжение и коэффициенты растекания свежеприготовленных растворов, а также испарение во время центрифугирования были рассчитаны для прогнозирования локализации НЧ. Термодинамическое исследование хорошо согласуется с анализом СЭМ в отношении локализации НЧ в зависимости от концентрации связующего и типа подложки. ECA показал высокое отрицательное значение коэффициента растекания с НЧ, что привело к локализации НЧ на поверхности.Эпоксидная смола и UA показали умеренно отрицательные значения коэффициента растекания, которые могут быть преодолены при нагревании во время отверждения. Во всех трех системах с 5 и 10 вес.% связующего, несмотря на положительный коэффициент растекания, НЧ находились на поверхности из-за отсутствия достаточного количества связующего для смачивания НЧ.

В то время как составы ЭКА проявляли супергидрофобность на стекле от 5 до 25 мас.% связующего, они проявляли супергидрофобность на поликарбонате только от 5 до 10 мас.% связующего. Эпоксидная смола проявляла супергидрофобность на стекле от 5 до 10 мас.% связующего, но не образовывала супергидрофобных структур на подложках из ПК.Состав UA показал супергидрофобность при 5 и 10 мас. % связующего как для стекла, так и для поликарбоната. В целом стеклянные подложки обеспечивали супергидрофобность в более широком диапазоне составов по сравнению с ПК.

СЭМ-анализ

выявил наличие наношероховатости из-за наличия локализации НЧ на поверхности, что имеет решающее значение для создания супергидрофобных поверхностей. Во всех случаях 5 и 10 мас.% связующего проявляли супергидрофобность из-за недостаточного количества связующего для смачивания НЧ.

Некоторые покрытия сохранили свои супергидрофобные свойства после испытаний на долговечность, демонстрирующих возможность получения долговечных супергидрофобных покрытий для различных областей применения.

Подтверждение

Авторы признательны за поддержку Национального научного фонда (награда № EEC-0832785) и Фонда Дэвиса и Фрэнсиса Перник.

Раскрытие информации

Авторы сообщают об отсутствии конфликта интересов в этой работе.

Ссылки

1.

Риос П.Ф., Додюк Х., Кениг С., Маккарти С., Дотан А. Прочные ультрагидрофобные поверхности для самоочищающихся поверхностей. Полим Ад Технол .2008;19:1684–1691.

2.

Chen Y, Chen S, Yu F, Sun W, Zhu H, Yin Y. Изготовление и антикоррозионные свойства супергидрофобной гибридной пленки на поверхности меди и механизм ее образования. Анальный интерфейс для серфинга . 2009; 41: 872–877.

3.

Ченг Дж., Ян З.Р., Хай Дж., Ян Дж.С. Приготовление и выполнение RTV-покрытия для защиты от загрязнений с супергидрофобностью путем заполнения композитными частицами CaCO 3 /SiO 2 силиконового каучука. Adv Mater Res . 2011; 328–330:1263–1267.

4.

Сео Х.О., Ким К.Д., Чон М.Г. и др. Поверхность супергидрофобного углеродного волокна, полученная путем выращивания углеродных наноструктур и полидиметилсилоксанового покрытия. Макромол Рез . 2011;20(2):216–219.

5.

Wang Z, Li Q, She Z, Chen F, Li L. Недорогой и крупномасштабный метод изготовления экологически безопасного супергидрофобного покрытия на магниевом сплаве. J Mater Chem. 2012;22(1):4097–4105.

6.

Дикич Т., Минг В., Ван Бентем Р.А., Эстевес А.С., де С Г. Самовосстанавливающиеся поверхности. Adv Mater . 2012;24(27):3701–3704.

7.

Ализаде А., Ямада М., Ли Р. и др. Динамика образования льда на водоотталкивающих поверхностях. Ленгмюр . 2012;28(6):3180–3186.

8.

Хёлькен И., Хоппе М., Мишра Ю.К., Горб С.Н., Аделунг Р., Баум М.Дж. Полимерные композиты сложной формы на основе нано- и микроструктуры ZnO: механически стабильные и экологически безопасные покрытия для потенциальных противообрастающих применений. Физ Хим Хим Физ . 2016;18(10):7114–7123.

9.

Дотан А., Додюк Х., Лафорте С., Кениг С. Взаимосвязь между смачиванием водой и сцеплением со льдом. J Adhes Sci Technol .2009; 23(15):1907–1915.

10.

Кулинич С.А., Фархади С., Нос К., Ду XW. Супергидрофобные поверхности: действительно ли они льдоотталкивающие? Ленгмюр . 2011;27(1):25–29.

11.

Фархади С., Фарзане М., Кулинич С.А. Противообледенительные свойства супергидрофобных поверхностей. Appl Surf Sci . 2011;257(14):6264–6269.

12.

Арианпур Ф. Водо- и ледоотталкивающие свойства нанокомпозитных покрытий на основе силиконового каучука [магистерская диссертация]. Ванкувер, Канада: Квебекский университет; 2010. Французский.

13.

Мэн Л.И., Парк С.Дж. Супергидрофобные материалы на основе углерода: обзор синтеза, структуры и применения. углеродные буквы . 2014;15(2):89–104.

14.

Ли Дж., Йонг К. Поверхностная химия контролирует супергидрофобную стабильность массивов нанопроволок W 18 O 49 , погруженных под воду. J Mater Chem . 2012;22:20250–20256.

15.

Квак Г., Сеол М., Так Ю., Йонг К. Супергидрофобная поверхность нанопроволоки ZnO: химическая модификация и воздействие УФ-облучения. J Phys Chem C . 2009;113(28):12085–12089.

16.

Wang XL, Song WL, Gab YH и др. Супергидрофобная модификация гидроксиапатита уменьшала адгезию стрептококков mutans in vitro и растворение кальция. Чин Дж. Дент Рез . 2009;12(1):15–50.

17.

Баршилия Х.К., Мохан Д.К., Сельвакумар Н., Раджам К.С. Влияние шероховатости подложки на кажущуюся свободную энергию поверхности тонких пленок супергидрофобного политетрафторэтилена, осажденных напылением. Appl Phys Letter . 2009;95:033116.

18.

Ким ТИ, Бэк Ч, Со КЙ, Со С.М., Ли Х.Х. Оптическая литография с печатной металлической маской и простой супергидрофобной поверхностью. Маленький . 2008;4(2):182–185.

19.

Фэн Дж., Туоминен М.Т., Ротштейн Дж.П. Иерархические супергидрофобные поверхности, изготовленные методом двухмасштабной электронно-лучевой литографии с хорошо упорядоченными вторичными наноструктурами. Расширенный функционал. 2001 ; 21(19):3715–3722.

20.

Ким Б.Х., Ли Д.Х., Ким Дж.Й. и др. Блок-сополимерная литография, вдохновленная мидиями, для материалов с низкой поверхностной энергией из тефлона, графена и золота. Adv Mater . 2011;23(47):5618–5622.

21.

Хедрик Дж.Э., Армстронг М., Крэтти Дж., Хаммонд С., Шериф Б.А., Берри CL. Наноразмерное моделирование алкильных монослоев на кремнии с использованием атомно-силового микроскопа. Лангмуй р. 2005;21(9):4117–4122.

22.

Швейкарт А., Зимин Д., Хандж Ю.А., Беннеманн М., Альтштадт В., Фери А., Кох К. Изготовление искусственных лепестковых скульптур путем воспроизведения субмикронных поверхностных морщин. Макромоль Хим Физ . 2010, 211, 259–264.

23.

Нахум Т., Додюк Х., Дотан А., Кениг С., Лелуш Дж.П. Супергидрофобное износостойкое покрытие на основе УФ-фотореактивных наночастиц кремнезема. J Appl Polym Sci. 2014;131:41122.

24.

Латте С.С., Имаи Х., Ганесан В., Венкатешвара Р. Пористые супергидрофобные пленки кремнезема методом золь-гель. Микропор Мезопор Мат . 2010; 130:115–121.

25.

Кармуч Р., Росс Г.Г. Супергидрофобные поверхности лопастей ветряных турбин, полученные простым осаждением наночастиц кремнезема, залитых эпоксидной смолой. Прикладная наука о поверхности . 2010;257(3):665–669.

26.

Риос П.Ф., Додюк Х., Кениг С., Маккарти С., Дотан А. Влияние наноструктуры и состава на гидрофобные свойства твердых поверхностей. J Adhesion Sci Technol . 2006;20(6):563–587.

27.

Александр С., Исто Дж., Лорд А.М., Гиттард Ф. , Бэррон А.Р. Разветвленные углеводородные материалы с низкой поверхностной энергией для поверхностей, полученных из супергидрофобных наночастиц. Интерфейсы приложений ACS . 2016;8(1):660–666.

28.

Lee M, Lee S, Yim C, Jeon S. Смачивание поверхности супергидрофобных наноструктур оксида алюминия исследовано с помощью волоконно-оптического спектрометра и микровесов кварцевого кристалла. Сенсор Actuat B Chem . 2015; 220:799–804.

29.

Картини И., Сантоса С.Дж., Фебриянти Э., Нугрохо О.Р., Ю Х., Ван Л.Гибридная сборка нанозоля диоксида титана и додециламина для супергидрофобного самоочищающегося стекла. J Нанопарт Рез. 2014;16:2514.

30.

Сюй К. Ф., Лю Ю., Линь Ф.Дж., Мондал Б., Лайонс А.М. Супергидрофобный TiO 2 — полимерная нанокомпозитная поверхность с УФ-индуцированной обратимой смачиваемостью и самоочищающимися свойствами. Интерфейсы приложений ACS . 2013;5(18):8915–8924.

31.

Пэн М., Ляо З., Ци Дж., Чжоу З. Неориентированные углеродные нанотрубки, частично встроенные в полимерные матрицы: новый путь к супергидрофобным проводящим поверхностям. Ленгмюр . 2010;26(16):13572–13578.

32.

Jung S, Dorestijn M, Raps D, Das A, Megaridis CM, Poulikakos D. Являются ли супергидрофобные поверхности лучшими для защиты от льда? Ленгмюр . 2011;27(6):3059–3066.

33.

Шринивасан С. , Правин В., Филип Р., Аджаягош А. Биоинспирированные супергидрофобные покрытия из углеродных нанотрубок и линейных пи-систем, основанные на восходящем подходе к самосборке. Angew Chem Int Ed. 2008;47(31):5750 –5754.

34.

Lau KKS, Bico J, Teo KBK, et al. Леса супергидрофобных углеродных нанотрубок. Нано Летт . 2003;3(12):1701–1705.

35.

Джин Х, Дэн М, Капс С и др. Исследование тетраподальных композитов ZnO-PDMS: сравнение форм наполнителей по улучшению жесткости и гидрофобности. PLoS Один. 2014;9(9):e106991.

36.

Ван Б.Б., Фэн Дж.Т., Чжао Ю.П., Ю. Т.Х. Изготовление новых супергидрофобных поверхностей и поведение капель воды подпрыгивая — часть 1: стабильная супергидрофобная поверхность ZnO-PDMS с низким гистерезисом, построенная с использованием наночастиц ZnO. J Adhes Sci Technol . 2010;24(15–16):2693–2705.

37.

Атес Э.С., Уналан Х.Э. Многофункциональные покрытия для хлопчатобумажных тканей, усиленные нанопроволокой оксида цинка. Тонкие твердые пленки. 2012;520(14):4658–4661.

38.

Wang H, Tang L, Wu X, Dai W, Qiu Y. Изготовление и противообледенительные свойства супергидрофобного покрытия на основе модифицированного наноразмерного карбоната кальция и обычного полиакрилата. Appl Surf Sci . 2007; 253:8818–8824.

39.

Zhang H, Zeng H, Gao Y, Shi F, Zhang P, Chen JF. Простой способ получения супергидрофобных покрытий из карбоната кальция. Ind Eng Chem Res . 2011;50(6):3089–3094.

40.

Ван Г.Г., Чжу Л.К., Лю Х.К., Ли В.П. Самособирающееся биомиметическое супергидрофобное покрытие CaCO3, вдохновленное минерализацией обрастания в геотермальной воде. Ленгмюр . 2011;27(20):12275–12279.

41.

Аттаа А.М., Аль-Лохедана Х.А., Эззата АО, Аль-Хусейн С.А. Характеристика супергидрофобных эпоксидных покрытий с добавлением наночастиц модифицированного карбоната кальция. Оболочка Prog Org . 2016; 101: 577–586.

42.

Цянь Б., Шен З. Изготовление супергидрофобных поверхностей дислокационно-селективным химическим травлением на алюминиевых, медных и цинковых подложках. Ленгмюр . 2005;21(20):9007–9009.

43.

Teshima K, Sugimura H, Inoue Y, Takai O, Takano A. Прозрачные сверхводоотталкивающие поли(этилентерефталатные) подложки, изготовленные с помощью кислородно-плазменной обработки и последующего гидрофобного покрытия. Appl Surf Sci . 2005; 244(1–4):619–622.

44.

Бхушан Б. Биоинспирированные структурированные поверхности. Ленгмюр .2012;28(3):1698–1714.

45.

Zhang X, Shi F, Yu X, et al. Полиэлектролитный мультислой как матрица для электрохимического осаждения кластеров золота: к супергидрофобной поверхности. J Am Chem Soc. 2004;126(10):3064–3065.

46.

Rahmawan Y, Xu L, Yang S. Самосборка наноструктур с образованием прозрачных супергидрофобных поверхностей. J Mater Chem A. 2013;1(9):2955–2969.

47.

Xiu Y, Zhu L, Hess DW, Wong CP. Иерархические кремниевые травленые структуры для контролируемой гидрофобности/супергидрофобности. Нано Летт. 2007;7(11):3388–3393.

48.

Скарратт Л.Р., Хоатсон Б.С., Вуд Э.С., Хокетт Б.С., Нето С. Прочные супергидрофобные поверхности благодаря самопроизвольному сморщиванию тефлона AF. Интерфейсы приложений ACS .2016;8(10):6743–6750.

49.

Зисман В.А. Связь равновесного краевого угла с жидким и твердым составом. Adv Chem. 1964; 43: 1–51.

50.

Girifalco LA, Good RJ. Теория оценки поверхностных и межфазных энергий. I. Вывод и приложение к межфазному натяжению. J  Phys Chem. 1957;61(7):904–909.

51.

Губбельс Ф., Джером Р. Кинетический и термодинамический контроль селективной локализации сажи на границе раздела несмешивающихся полимерных смесей. Хим.мастер . 1998;10(5):1227–1235.

52.

Elias L, Fenouillot F, Majeste JC, Cassagnau Ph. Морфология и реология несмешивающихся полимерных смесей, наполненных наночастицами кремнезема. Полимер . 2007;48(20):6029–6040.

53.

Смоллвуд ИМ. Справочник по свойствам органических растворителей . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: John Wdey & Sons; 1996.

54.

Тиллотсон Э. В. О поверхностном натяжении силикатных и боросиликатных стекол. Ind Eng Chem. 1912;4(9):651–652.

55.

Браз Дж. Характеристика полимерных пленок с центрифугированием. Химия .2002;13(5):695–699.

56.

Морейра JC, Демаркетт NR. Влияние температуры, молекулярной массы и дисперсии молекулярной массы на поверхностное натяжение ПС, ПП и ПЭ. I. экспериментальный. J Appl Polym Sci. 2001; 82: 1907–1920.

Дополнительные материалы

Таблица S1 Расчет поверхностного натяжения для чистых и разбавленных вяжущих

Сокращения : ЭКА, этилцианоакрилат; UA, уретанакрилат.

Рисунок S1 Результаты поверхностного натяжения для чистых и разбавленных неотвержденных вяжущих с использованием метода подвесной капли.

Сокращения: ЭКА, этилцианоакрилат; UA, уретанакрилат.

Рисунок S2 График линейной регрессии Zisman для определения критической свободной поверхности для составов ECA ( A 9) на стекле ( A 90)

Сокращения: ЭКА, этилцианоакрилат; ПК, поликарбонат.

Рисунок S3 График линейной регрессии Зисмана для определения критической свободной поверхностной энергии для эпоксидных составов ( A 905 B ) на стекле (

Сокращение: ПК, поликарбонат.

Рисунок S4 График линейной регрессии Зисмана для определения критической свободной поверхностной энергии для композиций UA ( A B ) на стекле и ( A 903 ) на стекле и (

Сокращения: ПК, поликарбонат; UA, уретанакрилат.

Липидный бислой, структура и состав молекулы глицерофосфолипида

Липидный бислой, структура и состав молекулы глицерофосфолипида

(A) Плазматическая мембрана клетки представляет собой бислой молекул глицерофосфолипидов.(B) Одна молекула глицерофосфолипида состоит из двух основных областей: гидрофильной головки (зеленый) и гидрофобных хвостов (фиолетовый). (C) Подобласти молекулы глицерофосфолипида; фосфатидилхолин показан в качестве примера. Гидрофильная головка состоит из холина (синий) и фосфата (оранжевый). Эта головка соединена с глицерином (зеленый) с двумя гидрофобными хвостами (фиолетовый), называемыми жирными кислотами. (D) На этом изображении показаны определенные атомы в различных подобластях молекулы фосфатидилхолина.Обратите внимание, что двойная связь между двумя атомами углерода в одном из углеводородных (жирных кислот) хвостов вызывает небольшой изгиб этой молекулы, поэтому она кажется изогнутой.

Это изображение связано со следующими страницами Scitable:

В клетке имеется множество различных мембран.Узнайте, как они подразделяют участки клетки и как белки в этих мембранах являются привратниками того, что входит и выходит.

2.5: Фосфолипидные бислои — Биология LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  1. Плазматическая мембрана
    1. Phospholipid Bilayer
  2. Summary
  3. Explore подробнее
    1. Explore больше II
    2. Explore More III
    3. обзор

    Все клетки имеют плазматическая мембрана. Эта мембрана окружает клетку. Так какова его роль?

    Могут ли молекулы входить и выходить из клетки? да. Может ли что-нибудь или все войти или выйти? Нет. Итак, что определяет, что может войти или выйти? Это ядро? ДНК? Или плазматическая мембрана?

    Плазматическая мембрана (также известная как клеточная мембрана ) образует барьер между цитоплазмой внутри клетки и внешней средой клетки. Он защищает и поддерживает клетку, а также контролирует все, что входит и выходит из клетки.Он позволяет проходить только определенным веществам, в то время как другие остаются внутри или снаружи. Способность пропускать только определенные молекулы в клетку или из нее называется селективной проницаемостью или полупроницаемостью . Чтобы понять, как плазматическая мембрана контролирует то, что входит в клетку или выходит из нее, вам нужно знать ее состав.

    Плазматическая мембрана обсуждается на http://www.youtube.com/watch?v=-aSfoB8Cmic (6:16).

    A Фосфолипидный бислой

    Плазматическая мембрана состоит в основном из фосфолипидов, состоящих из жирных кислот и спирта.Фосфолипиды в плазматической мембране расположены в два слоя, называемых фосфолипидным бислоем . Как показано на рисунке ниже, каждая молекула фосфолипида имеет головку и два хвоста. Голова «любит» воду ( гидрофильный ), а хвосты «ненавидят» воду ( гидрофобный ). Ненавидящие воду хвосты находятся внутри мембраны, тогда как водолюбивые головки направлены наружу, к цитоплазме или жидкости, окружающей клетку.

    Молекулы, которые являются гидрофобными, могут легко проходить через плазматическую мембрану, если они достаточно малы, потому что они ненавидят воду, как и внутренняя часть мембраны.С другой стороны, гидрофильные молекулы не могут пройти через плазматическую мембрану — по крайней мере, без посторонней помощи, — потому что они водолюбивы, как и внешняя часть мембраны, и поэтому исключены из внутренней части мембраны.

    Фосфолипидный бислой. Фосфолипидный бислой состоит из двух слоев фосфолипидов, с гидрофобным, или водоотталкивающим, внутренним и гидрофильным, или водолюбивым, внешним. Гидрофильная (полярная) головная группа и гидрофобные хвосты (цепи жирных кислот) изображены в одной молекуле фосфолипида.Полярная головная группа и цепи жирных кислот соединены 3-углеродным глицериновым звеном.

    Дополнительную информацию о клеточной мембране см. в документе Insights in the cell мембраны с помощью средства для мытья посуды на http://ed.ted.com/lessons/insights-into-cell-membranes-via-dish-detergent-ethan-perlstein.

    Резюме

    • Плазматическая мембрана образует барьер между цитоплазмой и окружающей средой вне клетки. Плазматическая мембрана обладает избирательной проницаемостью.
    • Плазматическая мембрана в основном состоит из фосфолипидов, расположенных в виде двойного слоя, с гидрофобными хвостами внутри мембраны и гидрофильными головками, направленными наружу.

    Узнать больше

    Используйте эти ресурсы, чтобы ответить на следующие вопросы.

    Подробнее I

    1. Из каких двух основных компонентов состоит клеточная мембрана?
    2. Опишите типы белков, живущих в клеточной мембране.
    3. Опишите ориентацию молекул фосфолипидов в клеточной мембране.

    Узнать больше II

    1. Все ли клетки окружены мембраной?
    2. Почему фосфолипиды считаются амфипатическими молекулами?
    3. Что такое гликолипиды?
    4. Опишите роль холестерина в клеточной мембране.

    Подробнее III

    1. Какова роль плазматической мембраны?
    2. Каковы функции белков, связанных с клеточной мембраной?
    3. Почему структура клеточной мембраны описывается как «жидкостная мозаика»?

    Обзор

    1. Опишите роль плазматической мембраны.
    2. Что понимается под полупроницаемостью?
    3. Опишите состав плазматической мембраны.
    4. Объясните, почему гидрофобные молекулы могут легко проникать через плазматическую мембрану, а гидрофильные – нет.

    Экспериментальное исследование состава поверхностных элементов и гидрофобных свойств DLC-покрытия

    [1] Рави Джетанандани. Разработка и применение алмазоподобных углеродных пленок[J].ДЖОМ. 1997, 2(49): 63-65.

    DOI: 10.1007/bf02

    4

    [2] Чжан Синьи, Шнайдер Рейнхард, Мюллер Эрих, Гертсен Дагмар. Практические аспекты количественного определения sp2-гибридизированных атомов углерода в алмазоподобном углероде с помощью спектроскопии потерь энергии электронов [J]. Углерод. 2016, (102): 198-207.

    DOI: 10.1016/j.carbon.2016.02.020

    [3] Робертсон Дж.Diamond-like amorphous carbon[J]. Materials Science and Engineering R: Reports. 2002, 37 (4-6): 129-282.

    [4] Akira Shirakura, Masaki Nakaya, Yoshinori Koga, Hideyuki Kodama, Terumitsu Hasebe, Tetsuya Suzuki. Алмазоподобные углеродные пленки для ПЭТ-бутылок и медицинского применения[J]. Тонкие твердые пленки, 2005, 1(494): 84-91.

    DOI: 10.1016/j.tsf.2005.08.366

    [5] Цзян, Дж.Л. Чен, Д. Ян, Х. Дизайн и синтез DLC-пленок с различными отношениями sp3/sp2 с помощью магнетронного распыления средней частоты [J]. Advanced Materials Research, 2012, 415–417: 1969–(1972).

    DOI: 10. 4028/www.scientific.net/amr.415-417.1969

    [6] Эрилмаз О.Л. Эрдемир А. О механизме (ах) водородной смазки пленок алмазоподобного углерода: исследование визуализации TOF-SIMS [J]. Технология поверхностей и покрытий, 2008, 203(5-7): 750-755.

    DOI: 10.1016/j.surfcoat.2008.06.156

    [7] Колако, Р. Серро, А. П. Эрилмаз, О. Л. Эрдемир, А. Трибоактивность гидрогенизированных DLC-пленок от микро- до нано [J]. Журнал физики D: Прикладная физика, 2009, 42 (8).

    DOI: 10.1088/0022-3727/42/8/085307

    [8] Санчес-Лопес, Х.К. Доннет, К. Фонтейн, Дж. Белин, М. Гриль, А. Патель, В. Янес, К. Алмазоподобный углерод, полученный с помощью плазмы высокой плотности [J]. Алмаз и родственные материалы, 2000, 9(3-6): 638-642.

    DOI: 10. 1016/s0925-9635(99)00362-3

    [9] Пеш, Дэвид Шупп, Норберт Штайер, Филипп Хак, Тео Гашон, Ив Хео, Кристоф Луар, Анн-Софи Санчес-Лопес, Хуан Карлос.Дуплексное покрытие SiCN/DLC в качестве решения для повышения коррозионной стойкости стали к истиранию [J]. Носить, 2009, 266 (7-8): 832-838.

    DOI: 10.1016/j.wear.2008.12.007

    [10] М. Гришке, А. Хайке, Ф. Моргенвек.Изменение смачиваемости DLC-покрытий путем модификации сетки с использованием кремния и кислорода [J]. Diamond and Related Materials, 1998, 7:454-458.

    DOI: 10.1016/s0925-9635(97)00237-9

    [11] ZHANG Lin, LIN Guo-qiang, MA Guo-Jia, et al.Гидрофобные свойства безводородных DLC-пленок, легированных титаном[J]. Материалы и техника редких металлов, 2013, 42(10): 2123—2126.

    [12] Анджелини, Э. Покрытия PECVD для защиты магниевых отливок[J]. Итальянская металлургия. 2006, 98(4): 15-20.

    [13] Musil J, Baroch P, Vlcek J, et al.Реактивное магнетронное распыление тонких пленок: современное состояние и тенденции. Тонкие сплошные пленки. 2005, 1(475): 208-218.

    DOI: 10.1016/j.tsf.2004.07.041

    [14] Р. П. Хоусон, Н. Дэнсон и И. Сафи. Высоко. ускоренное реактивное распыление с использованием пульсации газа: метод создания пленок на больших плоских подложках [J]. Тонкие твердые пленки. 1999, 1(351): 32-36.

    DOI: 10.1016/s0040-6090(99)00081-4

    [15] Юн Сог-Ён, Ли Кван О и др.Сравнение механических свойств слоев покрытия TiN и TiAlN методом AIP [J]. Технология обработки материалов.2002, (130): 260-265.

    DOI: 10. 1016/s0924-0136(02)00746-x

    [16] Саха, Б.Лю, Э. Тор, С.Б. Кхун, Н. В. Хардт, Д. Э. Чун, Дж. Х. Противоприлипающее поведение силиконовых микроформ с DLC-покрытием [J]. Журнал микромеханики и микротехники. 2009, 19(10).

    DOI: 10.1088/0960-1317/19/10/105025

    [17] ГРАММ. К. Ю., Б. К. Тай, З. Сун. Фторированные аморфные алмазоподобные углеродные пленки, осажденные методом химического осаждения из газовой фазы с усилением плазмы [J]. Технология поверхностей и покрытий. 2004, 191(2): 236-241.

    DOI: 10.1016/j.surfcoat.2004.04.060

    [18] Цзюньци Сюй, Хуэйцин Фан, Вейго Лю, Линся Ханг.Однородные безводородные алмазоподобные углеродные пленки большой площади, полученные методом несбалансированного магнетронного напыления для инфракрасных просветляющих покрытий[J]. Алмаз и сопутствующие материалы. 2007, 17(2): 194-198.

    DOI: 10.1016/j.diamond.2007.12.010

    [19] Калин М.Полайнар М. Смачивание стали, DLC-покрытий, керамики и полимеров маслами и водой: важность и взаимосвязь поверхностной энергии, поверхностного натяжения, краевого угла и растекания [J]. Прикладная наука о поверхности.2014, 293: 97-108.

    DOI: 10. 1016/j.apsusc.2013.12.109

    [20] Хатада Р., Баба К.Получение гидрофобных алмазоподобных углеродных пленок с помощью ионной имплантации источника плазмы [J]. Ядерные приборы и методы в физических исследованиях, 1999, 144: 655-658.

    DOI: 10.1016/s0168-583x(98)00745-9

    [21] Приоли Р. , Якобсон Л.Г., Фрейре Ф.Л.Нанотрибологические свойства аморфных углерод-фтористых пленок [J]. Письма по трибологии, 2003, 15: 177-180.

    [22] Сен Ф Г, Ци Ю, Альпас А Т.Выдающийся доклад на симпозиуме: стабильность поверхности и электронная структура водородных и фторсодержащих соединений [J]. Журнал исследования материалов, 2009, 24: 2461-2470.

    Свойства детергентов и применение

    Биологические детергенты обычно используются для разрушения биполярной липидной мембраны клеток с целью высвобождения и растворения белков, связанных с мембраной. Некоторые детергенты можно использовать для растворения рекомбинантных белков, тогда как другие рекомендуются для стабилизации, кристаллизации или денатурации белков. Моющие средства могут выравниваться на границе раздела вода/невода, что приводит к снижению поверхностного натяжения, повышению смешиваемости и стабилизации эмульсий. Дополнительные области применения моющих средств включают:

    • Экстракция ДНК и РНК
    • Солюбилизация образцов для диагностики
    • Лизис клеток
    • Липосомный препарат
    • Предотвращение осаждения реагентов и аналитов из раствора
    • Предотвращение неспецифического связывания в иммуноанализах

    Физические характеристики моющего средства

    Концентрация, при которой начинают образовываться мицеллы, является критической концентрацией мицеллообразования (ККМ).ККМ представляет собой максимальную концентрацию мономера и представляет собой меру свободной энергии образования мицелл. Чем ниже ККМ, тем стабильнее мицелла и тем медленнее молекулы включаются в мицеллу или удаляются из нее. Структура гидрофобной области детергента может влиять на структуру мицеллы. Увеличение длины гидрофобной углеводородной цепи ионных детергентов приводит к увеличению размера мицеллы и снижению ККМ, поскольку для построения мицеллы требуется меньше молекул.

    Среднее число мономеров в мицелле – это число агрегации . Значения ККМ и числа агрегации сильно зависят от таких факторов, как температура, рН, ионная сила, гомогенность и чистота детергента. Незначительные расхождения в сообщаемых значениях CMC и числа агрегации могут быть результатом различий в аналитических методах, используемых для определения значений. Значения числа агрегации также смещаются в зависимости от концентрации, поскольку количество молекул детергента на мицеллу может увеличиться, если концентрация выше ККМ.

    Легкость удаления или замены является важным фактором при выборе моющего средства. Некоторые из наиболее распространенных методов удаления моющих средств включают:

    • Диализ
    • Гель-фильтрационная хроматография
    • Гидрофобная адсорбционная хроматография
    • Белковые осадки

    Значение ККМ, связанное с детергентом, является полезным показателем силы гидрофобного связывания. Моющие средства с более высокими значениями ККМ имеют более слабое связывание и впоследствии легче удаляются методами диализа или вытеснения.Моющие средства с низкими значениями ККМ требуют меньшего количества моющего средства для образования мицелл и солюбилизации белков или липидов.

    Другим полезным параметром при оценке моющих средств для последующего удаления является молекулярная масса мицелл , которая указывает на относительный размер мицелл. Меньшие мицеллы легче удаляются, и обычно они желательны, когда необходимо разделить комплексы белок-детергент на основе молекулярного размера белка. Молекулярную массу мицеллы можно рассчитать путем умножения числа агрегации на молекулярную массу мономера.

    Точка помутнения — это температура, при которой раствор моющего средства вблизи или выше его ККМ разделяется на две фазы. Мицеллы агрегируют, обычно образуя мутную фазу с высокой концентрацией детергента, в то время как остаток раствора обедняется детергентом. Полученный двухфазный раствор можно разделить, при этом экстрагированный белок будет находиться в фазе, богатой детергентом. Детергенты с низкой температурой помутнения, такие как TRITON ® X-114 (температура помутнения ~23 °C), рекомендуются для использования с белками, поскольку высокие температуры помутнения могут денатурировать солюбилизированные белки.На точку помутнения могут влиять изменения концентрации детергента, температуры и добавление соли или полимеров, таких как декстран и полиэтиленгликоль. Обратите внимание, что фаза, богатая детергентом, также зависит от конкретного детергента (детергентов) и концентрации соли; при некоторых условиях фаза может быть прозрачной, а не мутной, и находиться либо в верхней, либо в нижней фазе раствора. В неионогенных детергентах такое поведение применялось при фазовом разделении и очистке мембранных белков. 2

    Типы и выбор моющих средств

    При выборе моющего средства в первую очередь обычно обращают внимание на форму гидрофильной группы.

    В зависимости от структуры моющие средства можно разделить на: 3

    • Ионный
    • Цвиттерионный
    • Неионогенный
    Ионные моющие средства

    Ионные моющие средства содержат анионные или катионные головные группы и обладают суммарным зарядом. Их гидрофобные хвосты представляют собой либо прямые углеводородные цепи, как в додецилсульфате натрия (SDS) и бромиде цетилтриметиламмония (CTAB), либо жесткие стероидные группы, как в солях желчных кислот. 4 Размер мицеллы ионного детергента определяется комбинированным эффектом гидрофобного притяжения боковых цепей и силами отталкивания ионных групп. Следовательно, нейтрализация заряда на головной группе с увеличением концентрации противоиона приводит к увеличению размера мицеллы. Размер мицелл также увеличивается с увеличением длины алкильной цепи. Ионные детергенты чрезвычайно эффективны в солюбилизации мембранных белков, но почти всегда в некоторой степени денатурируют. 5

    Соли желчных кислот представляют собой анионные детергенты со скелетами, состоящими из жестких стероидных групп, например, натриевые соли холевой кислоты и дезоксихолевой кислоты. Из-за своей плоской структуры эти молекулы имеют полярную и неполярную стороны; в результате их ККМ высоки, а мицеллы малы, что облегчает их удаление диализом. 6 Желчные кислоты являются относительно мягкими детергентами и часто менее дезактивируют, чем детергенты с линейной цепью с той же головной группой. 7 Мономеры неконъюгированных желчных кислот имеют значения pKa примерно 5–6 и ограниченную растворимость при низких значениях pH. Однако конъюгация желчных кислот снижает pKa и приводит к большей доле ионизированных молекул при любом заданном значении pH. Поскольку форма ионизированной соли более растворима в воде, чем форма протонированной кислоты, конъюгация увеличивает растворимость при низком рН. 8

    Неионогенные моющие средства

    Неионогенные моющие средства содержат незаряженные гидрофильные головные группы, состоящие либо из полиоксиэтиленовых фрагментов, как в моющих средствах BRIJ ® и TRITON™, либо из гликозидных групп, как в октилглюкозиде и додецилмальтозиде.Поскольку неионогенные детергенты нарушают липид-липидные и липид-белковые, но не белок-белковые взаимодействия, они считаются неденатурирующими. 9 Таким образом, они широко используются при выделении мембранных белков в их биологически активной форме. В отличие от ионных детергентов соли оказывают минимальное влияние на размер мицелл неионогенных детергентов. 5

    Моющие средства с полиоксиэтиленовыми головными группами могут содержать алкилполиэтиленовые эфиры общей формулы Cnh3n+1(OCh3Ch3)xOH или фенильное кольцо между алкильной цепью и эфирной группой.Моющее средство TRITON™ X-100 относится ко второму классу. Следует отметить, что моющие средства, содержащие ароматические кольца, поглощают в ультрафиолетовой области. Они могут мешать спектрофотометрическому мониторингу белков при 280 нм. Доступны гидрогенизированные версии этих моющих средств, в которых ароматические кольца уменьшены, чтобы исключить поглощение УФ-излучения. Однако в таких восстановленных препаратах могут присутствовать небольшие количества непрореагировавшего материала. Альтернативно, коммерчески доступные полиоксиэтиленовые детергенты с алифатическими гидрофобными остатками могут быть заменены некоторыми ароматическими полиоксиэтиленами в определенных применениях.Например, TERGITOL™ 15-S-9, TERGITOL™ TMN-10, лауриловый эфир полиоксиэтилена 10 и тридециловый эфир полиоксиэтилена 10 обычно можно заменить TRITON™ X-100 в применениях, где важна невидимость в УФ-излучении. Эти детергенты обладают алифатическими гидрофобными остатками и, следовательно, не поглощают значительно в ультрафиолетовой области.

    Хотя полиоксиэтилены имеют значительные преимущества по стоимости по сравнению с синтетическими неионогенными моющими средствами, такими как алкилгликозиды, последние остаются предпочтительными моющими средствами во многих областях применения по двум основным причинам. Во-первых, они однородны по своему составу и структуре. Во-вторых, несколько вариантов алкилгликозидов, содержащих различные комбинации углеводородной цепи и полярной сахарной группы, могут быть легко синтезированы в чистых формах. Тонкие различия в физико-химических свойствах алкилгликозидов с различными алкильными цепями, присоединенными к головной группе глюкозы, мальтозы или сахарозы, можно использовать для селективной солюбилизации мембранных белков. 10

    Цвиттерионные моющие средства

    Цвиттерионные моющие средства обладают характеристиками как ионогенного, так и неионогенного типа.Как и неионогенные детергенты, цвиттергенты не обладают суммарным зарядом, им недостает проводимости и электрофоретической подвижности, они не связываются с ионообменными смолами. Однако, подобно ионным детергентам, они эффективно разрушают белок-белковые взаимодействия. Цвиттергенты на основе стероидов, такие как CHAPS, менее денатурируют, чем цвиттерионные детергенты с линейной цепью (например, оксид додецилдиметилдиамина). 7

    Немоющие сульфобетаины

    Недетергентные сульфобетаины, NDSB, представляют собой цвиттерионные соединения.Подобно детергентным сульфобетаинам (SB), таким как линейные SB (например, SB 3-16, SB 3-10, 3-12 и 3-14), 11 CHAPS 12 и амидосульфобетаины (например, N-алкиламидопропил- N,N-диметиламиноалкил-сульфонат) 13 – NDSB содержат гидрофильную головную группу сульфобетаина. Однако, в отличие от SB, гидрофобные группы в NDSB слишком короткие для образования мицелл даже при таких высоких концентрациях, как 1 М. Следовательно, NDSB можно легко удалить диализом, и они могут легко диффундировать в хроматографические матрицы и полиакриламидные гели для электрофоретических применений. .

    NDSB были впервые использованы в экспериментах по естественной изоэлектрической фокусировке для экранирования электростатических взаимодействий без увеличения проводимости. 14 С тех пор они нашли применение в самых разных областях, включая солюбилизацию и кристаллизацию белков 14,15 , а также ренатурацию и рефолдинг химически и термически денатурированных белков. 16 Благодаря своим коротким гидрофобным группам и эффекту экранирования заряда NDSB предотвращают агрегацию и приводят к более высокому выходу мембранных белков.Кроме того, NDSB не мешают ферментативным анализам с участием хромогенных субстратов, содержащих нитрофенильные группы, и не ингибируют активность ферментов, таких как β-галактозидаза и щелочная фосфатаза. 14 Также следует отметить, что NDSB-195, NDSB-211 и NDSB-221 не поглощают при 280 нм; следовательно, они совместимы с процедурами очистки белка, в которых концентрации белка контролируются путем измерения поглощения на этой длине волны. 17

    Рекомендации по выбору моющего средства

    Мембранный белок считается солюбилизированным, если он присутствует в супернатанте после одночасового центрифугирования лизата или гомогената при 100 000 g.В большинстве случаев биологическая активность белка должна сохраняться в супернатанте после солюбилизации детергента. Следовательно, соответствующий детергент должен давать максимальное количество биологически активного белка в супернатанте. Учитывая большое количество моющих средств, доступных сегодня, выбор подходящего моющего средства может быть трудным процессом. Некоторые из пунктов, изложенных ниже, могут быть полезны при выборе подходящего моющего средства.

    • Изучите литературу и попробуйте детергент, который ранее использовался для выделения и характеристики белка с аналогичными биохимическими или энзимологическими свойствами.
    • Учитывайте растворимость моющего средства при рабочей температуре. Например, диметилпальмитиламмонио)пропансульфонат (SB3-16) нерастворим в воде при 4 °C, в то время как детергент TRITON™ X-114 подвергается фазовому разделению при комнатной температуре.
    • Рассмотрим метод удаления моющего средства. Если необходимо использовать диализ, явно предпочтительным является детергент с высокой ККМ. В качестве альтернативы, если используется ионообменная хроматография, более подходящими являются неионогенные или цвиттерионные детергенты.
    • Для сохранения биологической или энзимологической активности может потребоваться экспериментирование с несколькими моющими средствами. На активность белка влияет не только тип, но и количество используемого моющего средства. Для некоторых белков биологическая активность сохраняется в очень узком диапазоне концентраций детергента. Ниже этого диапазона белок не растворяется, а выше определенной концентрации белок инактивируется.
    • Рассмотрите нижестоящие приложения.Поскольку детергент TRITON™ X-100 содержит ароматические кольца, которые поглощают при 260–280 нм, этого детергента следует избегать, если протоколы требуют УФ-мониторинга концентрации белка. Точно так же следует избегать ионных детергентов, если белки должны быть разделены изоэлектрическим фокусированием. Для гель-фильтрации белков следует рассматривать детергенты с меньшим числом агрегации.
    • Учитывайте чистоту моющего средства. Следует использовать моющие средства максимальной чистоты, поскольку известно, что некоторые моющие средства, такие как TRITON™ X-100, содержат пероксиды в качестве загрязнителей.
    • Различные моющие средства класса молекулярной биологии доступны для любых исследований, где загрязнение, такое как ДНКаза, РНКаза и протеазы, является проблематичным.
    • Нетоксичное моющее средство должно быть предпочтительнее, чем токсичное. Например, с дигитонином, сердечным гликозидом, следует обращаться с особой осторожностью.
    • По неизвестным причинам определенные моющие средства часто лучше подходят для определенных процедур изоляции. Например, было обнаружено, что н-додецил-β-D-мальтозид является предпочтительным детергентом для выделения цитохром-с-оксидазы.Следовательно, могут потребоваться некоторые «пробы и ошибки» для определения оптимальных условий выделения мембранного белка в его биологически активной форме.
    • Иногда трудно найти оптимально подходящий детергент как для солюбилизации, так и для анализа данного белка. В таких случаях часто можно солюбилизировать белки с помощью одного детергента, прежде чем заменить его другим, который оказывает наименьшее влияние на анализ.
    • В некоторых случаях было замечено, что включение недетергентных сульфобетаинов (NDSB) с детергентами в буфер для выделения резко повышает выход солюбилизированных мембранных белков.

LEAVE A REPLY

Ваш адрес email не будет опубликован.