Хімія, фізика та технологія поверхні, 2019, 10 (3), 238-247.

Дослідження реологічних властивостей суспензій пірогенного кремнезему, модифікованого полідиметилсилоксаном, у вазеліновій олії



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp10.03.238

O. V. Goncharuk, I. Ya. Sulym

Анотація


У роботі проведено дослідження впливу модифікування поверхні пірогенного кремнезему (SiO2) полідиметилсилоксаном (ПДМС) на реологічні властивості його суспензій у вазеліновій олії. Методом рідкофазного адсорбційного модифікування кремнезему лінійним полідиметилсилоксаном ПДМС-1000 (молекулярна маса Мм ≈ 7960, ступінь полімеризації стпол = 105) було синтезовано серію композитів з вмістом полімера від 5 до 40 мас. %. Показано, що структурні і морфологічні характеристики композитів SiO2/ПДМС значно відрізняються від таких для вихідного кремнезему і залежать від концентрації ПДМС. Зокрема, питома поверхня композитів, визначена методом низькотемпературної десорбції аргону, обернено корелює з вмістом полімеру. Морфологія композитів SiO2/ПДМС та агрегація первинних частинок високодисперсного кремнезему значно залежить від їх модифікації при рідкофазній адсорбції: за даними АСМ, вихідному пірогенному SiO2 притаманний більш широкий розподіл агрегатів за розміром, ніж в отриманих полімерних композитах. Суспензії з концентрацією твердої фази (SiO2/ПДМС) 5 мас. % в ліофільному дисперсійному середовищі (вазеліновій олії) демонструють типову тиксотропну поведінку з характерною петлею гістерезису на реограмі, яка відповідає руйнуванню структури суспензії при збільшенні швидкості зсуву та частковому її відновленню при зворотному зменшенні швидкості зсуву. Загальні величини ефективної в’язкості, отримані при високих градієнтах швидкості зсуву, що відповідають максимально зруйнованій структурі суспензії, і значення ефективної в’язкості, що відповідають частковому відновленню структури в режимі зменшення градієнта швидкості зсуву, зменшуються зі збільшенням вмісту полімера в досліджуваних композитах. Однак було виявлено, що початкові значення ефективної в’язкості для досліджуваних суспензій з практично незруйнованою структурою (при низьких градієнтах швидкості зсуву) вищі для дисперсій композитів SiO2/ПДМС з невисокою концентрацією ПДМС (10–20 мас. %) порівняно з аналогічними суспензіями вихідного кремнезему. Показано кореляцію між ефективною в’язкістю суспензій і питомою поверхнею композитів.


Ключові слова


пірогенний кремнезем; полідиметилсилоксан; полімерні нанокомпозити; адсорбційне модифікування; атомно-силова мікроскопія; реологічні властивості

Повний текст:

PDF

Посилання


1. Chuiko A.A. (Ed.) Medical Chemistry and Clinical Application of Silicon Dioxide. (Kyiv: Naukova Dumka, 2003). [in Russian].

2. Iler R.K. The Chemistry of Silica. (New York: Wiley Interscience, 1982).

3. Blitz J.P., Gun'ko V.M. Surface Chemistry in Biomedical and Environmental Science. V. 228. (NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry, Dordrecht: Springer, 2006).

4. Chuiko A.A., Gorlov Yu.I., Lobanov V.V. The Structure and Chemistry of the Surface of Silica. (Kyiv: Naukova Dumka, 2007). [in Russian].

5. Kruglytsky N.N. Essays on physicochemical mechanics. (Kyiv: Naukova Dumka, 1988). [in Russian].

6. Dranis J.V., Goncharuk E.V., Voronin E.F., Pakhlov E.M., Mischenko V.N., Malysheva M.L. Rheological properties of vaseline oil dispersions of silicas modified with trimethylsilyl groups. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2012. 3(2):184. [in Ukranian].

7. Gun'ko V.M., Vedamuthu M.S., Henderson G.L., Blitz J.P. Mechanism and kinetics of hexamethyldisilazane reaction with a fumed silica surface. J. Colloid Interface Sci. 2000. 228(1): 157. https://doi.org/10.1006/jcis.2000.6934

8. Goncharuk O.V., Malysheva M.L., Dranis Yu.V., Pakhlov E.M., Sulym I.Ya., Mischenko V.M. Synthesis and evaluation of hydrophobicity of highly dispersed silica modified with trimethylsilyl groups. Ukrainian Chemistry Journal. 2013. 79(12): 21. [in Ukranian].

9. Klonos P., Sulym I.Ya., Kyriakos K., Vangelidis I., Zidropoulos S., Sternik D., Borysenko M.V., Kyritsis A., Deryło-Marczewska A., Gun'ko V.M., Pissis P. Interfacial phenomena in core-shell nanocomposites of PDMS adsorbed onto low specific surface area fumed silica nanooxides: Effects of surface modification. Polymer. 2015. 68: 158. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2015.05.017

10. Gun'ko V.M., Borysenko M.V., Pissis P., Spanoudaki A., Shinyashiki N., Sulim I.Y., Kulik T.V., Palyanytsya B.B. Polydimethylsiloxane at the interfaces of fumed silica and zirconia/fumed silicas. Appl. Surf. Sci. 2007. 253(17): 7143. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.02.185

11. Tingting M., Ruiquan Y., Zhong Z., Yihu S. Rheology of fumed silica/polydimethylsiloxane suspensions. J. Rheol. 2017. 61(2): 205. https://doi.org/10.1122/1.4973974

12. Paquien J.-N., Galy J., Gerard J.-F. Rheological studies of fumed silica-polydimethylsiloxane suspensions. Colloids Surf. A. 2005. 260(1-3): 165. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2005.03.003

13. Smith J.S., Borodin O., Smith G.D. A molecular dynamics simulation and quantum chemistry study of poly(dimethylsiloxane) - silica nanoparticle interactions. Journal of Polymer Science. Part B. Polymer Physics. 2007. 45(13): 1599. https://doi.org/10.1002/polb.21119

14. Demir M.M., Menceloglu Y.Z., Erman B. Effect of filler amount on thermoelastic properties of poly(dimethylsiloxane) networks. Polymer. 2005. 46(12): 4127. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2005.02.053

15. Kiselev A.V., Dreving V.P. Experimental Methods in Adsorption and Molecular Chromatography. (Moscow: Moscow State University, 1973). [in Russian].




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp10.03.238

Copyright (©) 2019 O. V. Goncharuk, I. Ya. Sulym