بخشی از مقاله
چکیده
روش های مختلفی برای تولید ذرات سرامیکی مانند SiO2 معرفی شده اند که در میان آنها روش سل-ژل به دلایل ارزانی و سادگی فرایند، قابلیت تولید ذرات زیر میکرونی و حتی نانو سایز و واکنش دما پایین مناسب تر میباشد. با این حال، ذرات سرامیکی سلیکا پس از تولید به این روش دارای رفتار هیدروفیلیک - آبدوستی - هستند که این خاصیت کاربرد این ذرات را محدود میکند. در این مقاله روش تک مرحله ای معرفی شده است که در حین فرایند سل ژل توسط عامل سیلان دی کلرو دی متیل سیلان - DDS - نانو ذرات SiO2 به صورت تک مرحله ای و درجا هیدروفوبیک - آبگریز - سنتز میشوند. جهت بررسی تاثیر پارامترهای مختلف سنتز شامل غلظت هیدروکسید آمونیوم، TEOS، DDS، اتانول و همچنین دما از روش طراحی آزمایشات فاکتوریل کسری استفاده شده است. مطالعه سایز و مورفولوژی ذرات به کمک آنالیز اندازه ذرات - PSA - و میکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - نشان میدهد ذرات SiO2 تک سایز با ابعاد 65 نانومتر با موفقیت سنتز شده اند. آنالیزهای تفرق اشعه ایکس - XRD - و تبدیل فوریه مادون قرمز - FTIR - نیز تائید کننده سنتز نانو ذرات SiO2 و تشکیل گروه های عاملی کلرو سیلان بر روی ذرات میباشند. همچنین، آنالیز توزین حرارتی - TGA - و آنالیز حرارتی افتراقی - DTA - به بررسی رفتار حرارتی این نانو ذرات پرداخته اند.
مقدمه
نانو سیلیکا دارای خواص مکانیکی ویژه و پایداری ساختاری میباشد، که این خواص در سرامیک، رنگ، جوهر و حوزه های دیگر صنعت بسیار مهم است. پایداری و تک سایز بودن نانو سلیکا و همچنین عدم آگلومره شدن آن باعث میشود به کیفیت بالاتری از محصول نیز رسید - . - Z. L. Wang, Liu, & Zhang, 2003 نانو سیلیکا کاربردهای متنوعی دارد، از جمله در صنایع رنگ به عنوان مات کننده، افزایش دهنده غلظت و افزایش دهنده مقاومت محیطی و خواص سایشی استفاده میشود . - Kumar, 2011 - همچنین در صنعت لاستیک باعث افزایش استحکام و طول عمر لاستیک میشود . - Niknam, Ranjbar, & Baghshahi, 2009 - روش های مختلفی برای سنتز نانو ذرات سیلیکا گزارش شده است که شامل پلاسما - Hong, Ding, & Li, 2003 - ،رسوب شیمیایی بخار - Awaji et al., 1997 - - CVD - ،سل-ژل ; Martínez, Palomares-Sánchez, Ortega-Zarzosa, Ruiz, & Chumakov, 2006 - - Zhang et al., 2014، رسوب گذاری شیمیایی - Jal, Sudarshan, Saha, Patel, & Mishra, 2004 - و میکروامولسیون - W. Wang, - Fu, Tang, & Jiang, 1993 میباشد. در میان این روش ها، فرایند سل-ژل مورد توجه ترین روش میباشد - Z. L. Wang, et al., . - 2003در این روش پیش ماده مولکولی - معمولاً آلکوکسید فلزی - در آب یا الکل حل شده و با حرارت و همزدن در اثر هیدرولیز/الکلیز به ژل تبدیل میشود. حال باید ژل را خشک کرد که برای محلول الکلی میتواند با سوختن الکل انجام پذیرد. پس از خشک کردن ژل آن را پودر میکنند و پودر حاصله را جهت کلسینه شدن حرارت میدهند - Rodríguez & Fernández-García, . - ; Sakka, 20052007 روش سل-ژل روش ارزانی است و به دلیل دمای پایین واکنش میتوان کنترل مناسبی بر ترکیب شیمیایی محصولات داشت. - - Rodríguez & Fernández -García, 2007 ذرات سیلیکای تولیدی به روش سل-ژل ذاتا دارای خاصیت آبدوستی - هیدروفیلیک - 1 میباشند که باعث عدم حلالیت در محیط های غیر قطبی میشود و این خاصیت کاربرد این ذرات را محدود میکند; Niknam, et al., - Luo, Hong, Xie, & Feng, 2012 . - 2009 استفاده از گروه های عاملی سیلان برای رفع این محدودیت و سنتز نانو ذرات آبگریز - هیدروفوبیک - 2 بسیار موثر شناخته شده است - . - ; Salager, 2002Iijima & Kamiya, 2009 عامل اتصال سیلان3 یک عامل فعال کننده سطح میباشد که جهت ایجاد یک پیوند بین ذرات سیلیکا و محیط های غیر قطبی استفاده میشود که قسمت آبدوست آن با سیلیکا پیوند میدهد و قسمت آبگریزش بصورت آزاد خواهد بود تا با حﻻل های غیر قطبی پیوند دهد . - Iijima & Kamiya, 2009 - بنابراین به تناسب ساختار مولکولی در حلالهای آلی و آب حل میشوند و باعث کاهش کشش سطحی در فصل مشترک هوا-آب و یا روغن-آب میشوند. . - Salager, 2002 -
برای سنتز ذرات سلیکای آبگریز اخیرا روش سل-ژل تک مرحله ای معرفی گردیده است که نسبت به روش قدیمی آسان تر و سریعتر بوده و امکان ساخت ذرات سلیکای نانو سایز را نیز فراهم میسازد ; Lin, Chen, Ji, & Effati & Pourabbas, 2012 - ; Zhang, et al., ; Pourabbas & Pilati, 2010; Marini, Pourabbas, Pilati, & Fabbri, 2008; Luo, et al., 2012Zhang, 2012 . - 2014 افراد مختلفی روی این روش کار کردند. اما شرایط آزمایش متفاوتی داشتند برای مثال از مواد اولیه مختلفی نظیر متانول به جای اتانول به عنوان حﻻل - ; Pourabbas & Pilati, HYPERLINK \l "page15" 2010; Marini, et al., 2008Effati & Pourabbas, 2012 - و ونیل تری اتوکسی سیﻻن به همراه تترا اتوکسی سیلان به عنوان پیش ماده استفاده کردند که نهایتا به ذرات با اندازه کمتری رسیدند -
