Модифицирование наночастиц SiO2 бифункциональными силанами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Получены наночастицы SiO2, модифицированные тремя бифункциональными силанами: 3-(триметоксисилилпропил)метакрилатом, бис[3-(триметоксисилил)пропил]амином и винилтриэтоксисиланом. Успешное прохождение модификации было подтверждено методами ИК-спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии. С целью получения покрытий с повышенной гидрофобностью модифицированные наночастицы SiO2 были введены в циклоалифатическую эпоксидную смолу. Для улучшения физико-механических свойств в состав покрытия с 30 мас. % модифицированных наночастиц SiO2 были введены наполнители: слюда-мусковит и диоксид титана. Показано, что наиболее перспективной добавкой для получения гидрофобных покрытий являются модифицированные бис[3-(триметоксисилил)пропил]амином наночастицы SiO2. При их введении в эпоксидно-полиметилметоксисилсесквиоксановую матрицу в количестве 40 мас. % наблюдался наибольший краевой угол смачивания – 116°.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Н. Евдокимова

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН; Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: Ekaterin4-evdokimova@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Т. А. Кочина

Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН

Email: Ekaterin4-evdokimova@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Sethi S.K., Manik G., Sahoo S.K. Fundamentals of superhydrophobic surfaces // Superhydrophobic Polymer Coatings. Elsevier, 2019. P. 3–29.
  2. Ji Y.Y., Hong Y.C., Lee S.H., Kim S.D., Kim S.S. Formation of super-hydrophobic and water-repellency surface with hexamethyldisiloxane (HMDSO) coating on polyethyleneteraphtalate fiber by atmosperic pressure plasma polymerization // Surface and Coatings Technology. 2008. V. 202. № 22-23. P. 5663–5667.
  3. Kumar D., Wu X., Fu Q., Ho J.W. C., Kanhere P.D., Li L., Chen Z. Hydrophobic sol–gel coatings based on polydimethylsiloxane for self-cleaning applications // Materials & Design. 2015. V. 86. P. 855–862.
  4. Kapridaki C., Maravelaki-Kalaitzaki P. TiO2–SiO2–PDMS nano-composite hydrophobic coating with self-cleaning properties for marble protection // Progress in Organic Coatings. 2013. V. 76. № 2-3. P. 400–410.
  5. He Z., Lan X., Hu Q., Li H., Li L., Mao J. Antifouling strategies based on super-phobic polymer materials // Progress in Organic Coatings. 2021. V. 157. P. 106285.
  6. Vejar N.D., Azocar M.I., Tamayo L.A., Gonzalez E., Pavez J., Gulppi M., Zagal J.H., Zhou X., Santibañez F., Thompson G.E., Paez M.A. Antibiofouling properties of sol-gel type polymers for aluminium alloys: biocorrosion protection against Pseudomonas Aeruginosa // International Journal of Electrochemical Science. 2013. V. 8. № 11. P. 12062–12077.
  7. Razavi S.M.R., Oh J., Haasch R.T., Kim K., Masoomi M., Bagheri R., Slauch J.M., Miljkovic N. Environment-Friendly Anti-Biofouling Superhydrophobic Coatings // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2019. V. 7. № 17. P. 14509–14520.
  8. Boinovich L.В., Emelyanenko A.M., Modestov A.D., Domantovsky A.G., Emelyanenko K.A. Not simply repel water: the diversified nature of corrosion protection by superhydrophobic coatings // Mendeleev Communications. 2017. V. 27. P. 254–256.
  9. Liu J., Yu Q., Yu M., Li S., Zhao K., Xue B., Zu H. Silane modification of titanium dioxide-decorated graphene oxide nanocomposite for enhancing anticorrosion performance of epoxy coatings on AA-2024 // Journal of Alloys and Compounds. 2018. V. 744. P. 728–739.
  10. Wei R., Liu Z., Wei W., Wang S., Lv Y.J., Han G.C. Anticorrosion performance of hydrophobic acid-modified-MOFs/ epoxy coatings // Colloid and Interface Science Communications. 2022. V. 46. P. 100580.
  11. Wu X., Xiao M., Zhang J., Tan G., Pan Y., Lai Y., Chen Z. An underwater stable superhydrophobic surface for robust ultra-long-lasting anti-biofouling performance // Chemical Engineering Journal. 2023. V. 462. P. 142091.
  12. Zheng S., Bellido-Aguilar D.A., Huang Y., Zeng X., Zhang Q., Chen Z. Mechanically robust hydrophobic bio-based epoxy coatings for anti-corrosion application // Surface and Coatings Technology. 2019. V. 363. P. 43–50.
  13. Бойнович Л.Б., Емельяненко А.М. Гидрофобные материалы и покрытия: принципы создания, свойства и применение // Успехи химии. 2008. Т. 77. № 7. С. 619–638.
  14. Nakajima A., Hashimoto K., Watanabe T., Takai K., Yamauchi G., Fujishima A. Transparent superhydrophobic thin films with self-cleaning properties // Langmuir. 2000. V. 16. P. 7044–7047.
  15. Иржак В.И. Эпоксидные полимеры и нанокомпозиты. Черноголовка: Редакционно-издательский отдел ИПХФ РАН, 2021. C. 10–27.
  16. Кондратенко Ю.А., Голубева Н.К., Иванова А.Г., Уголков В.Л., Кочина Т.А., Шилова О.А. Улучшение физико-химических и антикоррозионных свойств покрытий на основе циклоалифатической эпоксидной матрицы // Журнал прикладной химии. 2021. T. 94. № 10–11. C. 1309–1319.
  17. Харламова А.В. Защитные покрытия на основе полиметилметоксисилсесквиоксана и циклоалифатической эпоксидной смолы // Сборник тезисов IX научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых “Неделя науки-2021”. СПб: Издательство Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета), 2021. C. 159.
  18. Li G.Z., Wang L., Toghiani H., Daulton T.L., Koyama K., Pittman C.U. Viscoelastic and mechanical properties of epoxy/multifunctional polyhedral oligomeric silsesquioxane nanocomposites and epoxy/ladderlike polyphenylsilsesquioxane blends // Macromolecules. 2001. V. 34. № 25. P. 8686–8693.
  19. Марченко С.А., Железняк В.Г., Кузнецова В.А. Применение и модификация частиц для создания супергидрофобных покрытий (обзор) // Труды ВИАМ. 2023. № 5(123). С. 94–110.
  20. Ерофеев Д.А., Машляковский Л.Н. Получение и применение гидрофобных полиуретановых кремнийсодержащих покрытий. Часть 2. (Обзор) // Известия СПбГТИ(ТУ). 2023. № 64(90). C. 40–51.
  21. Su H.L., Hsu J.M., Pan J.P., Chern C.S. Silica nanoparticles modified with vinyltriethoxysilane and their copolymerization with N, N′-bismaleimide-4,4′-diphenylmethane // Journal of Applied Polymer Science. 2007. V. 103. № 6. P. 3600–3608.
  22. Shin Y., Lee D., Lee K., Ahn K.H., Kim B. Surface properties of silica nanoparticles modified with polymers for polymer nanocomposite applications // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. V. 14. № 4. P. 515–519.
  23. Macan J., Paljar K., Burmas B., Špehar G., Leskovac M., Gajović A. Epoxy-matrix composites filled with surface-modified SiO2 nanoparticles // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2016. V. 127. № 1. P. 399–408.
  24. Effati E., Pourabbas B. One-pot synthesis of sub-50 nm vinyl- and acrylate-modified silica nanoparticles // Powder Technology. 2012. V. 219. P. 276–283.
  25. Gharehbash N., Shakeri A. Preparation and thermal and physical properties of nano-silica modified and unmodified // Oriental Journal of Chemistry. 2015. V. 31. P. 207–212.
  26. Wang X., Li X., Lei Q., Wu Y., Li W. Fabrication of superhydrophobic composite coating based on fluorosilicone resin and silica nanoparticles // Royal Society Open Science. 2018. V. 5. № 7. P. 180598.
  27. Yan Y.L., Cai Y.X., Liu X.C., Ma G.W., Lv W., Wang M.X. Hydrophobic modification on the surface of SiO2 nanoparticle: wettability control // Langmuir. 2020. V. 36. № 49. P. 14924–14932.
  28. Xue L., Li J., Fu J., Han Y. Super-hydrophobicity of silica nanoparticles modified with vinyl groups // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2009. V. 338. № 1–3. P. 15–19.
  29. Chruściel J.J., Leśniak E. Modification of epoxy resins with functional silanes, polysiloxanes, silsesquioxanes, silica and silicates // Progress in Polymer Science. 2015. V. 41. P. 67–121.
  30. Konakanchi A., Alla R.K., Guduri V. Silane coupling agents – benevolent binders in composites // Trends in Biomaterials & Artificial Organs. 2017. V. 31. № 3. P. 108–113.
  31. Girones J., Méndez J.A., Boufi S., Vilaseca F., Mutjé P. Effect of silane coupling agents on the properties of pine fibers/polypropylene composites // Journal of Applied Polymer Science. 2007. V. 103. № 6. P. 3706–3717.
  32. Manh V.C., Bach Q.V., Duong L.X., Thai N.V., Thao V.D., Duc P.T., Nguyen D.D., Hoang T., Nguyen V.T. Silane coupling agent with amine group grafted nano/micro-glass fiber as novel toughener for epoxy resin: fabrication and mechanical properties // Composite Interfaces. 2020. V. 27. № 12. P. 1–16.
  33. Li G., Yue J., Guo C., Ji Y. Influences of modified nanoparticles on hydrophobicity of concrete with organic film coating // Construction and Building Materials. 2018. V. 169. P. 1–7.
  34. Ghaee A., Ghadimi A., Sadatnia B., Ismail A.F., Mansourpour Z., Khosravi M. Synthesis and characterization of poly(vinylidene fluoride) membrane containing hydrophobic silica nanoparticles for CO2 absorption from CO2/N2 using membrane contactor // Chemical Engineering Research and Design. 2017. V. 120. P. 47–57.
  35. McConnell M.D., Bassani A.W., Yang S., Composto R.J. Tunable wetting of nanoparticle-decorated polymer films // Langmuir. 2009. V. 25. № 18. P. 11014–11020.
  36. Mascia L., Tang T. Curing and morphology of epoxy resin-silica hybrids // Journal of materials chemistry. 1998. V. 8. № 11. P. 2417–2421.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема получения наночастиц SiO2-ТМСПМА (a), SiO2-БМСПА (б), SiO2-ВТЭОС (в).

Скачать (149KB)
Метаданные
3. Рис. 2. ИК-спектры немодифицированных и модифицированных наночастиц, модификатора: а – SiO2; б – SiO2–ТМСП МА; в – ТМСП МА.

Скачать (153KB)
Метаданные
4. Рис. 3. ИК-спектры немодифицированных и модифицированных наночастиц, модификатора: а – SiO2; б – SiO2–БТМСПА; в – БТМСПА.

Скачать (137KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ИК-спектры немодифицированных и модифицированных наночастиц, модификатора: а – SiO2; б – SiO2–ВТЭОС; в – ВТЭОС.

Скачать (149KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Электронные изображения поверхности наночастиц SiO2: немодифицированных (а), модифицированных ТМСПМА (б), БТМСПА (в), ВТЭОС (г).

Скачать (316KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025