سيليكا مدخنة كارهة للماء من HIFULL® (معالجة بـ DDS): الخصائص والتطبيقات
مدخنة السيليكاتُنتج مادة [اسم المادة]، باعتبارها مادة مالئة وظيفية مهمة، عن طريق التحلل المائي للكلوروسيلانات المتطايرة في لهب الهيدروجين والأكسجين. وتتميز بجزيئات أولية نانوية الحجم (عادةً ما يتراوح حجمها بين 7 و40 نانومترًا)، ومساحة سطحية نوعية عالية (تتراوح بين 30 و450 مترًا مربعًا/غرامًا)، وبنية متكتلة متطورة للغاية.
مع ذلك، فإن السيليكا المدخنة المحبة للماء غنية بمجموعات السيلانول السطحية (-OH)، مما يمنحها قطبية عالية وقدرة كبيرة على امتصاص الرطوبة. في الأنظمة العضوية شديدة القطبية أو البيئات الحساسة للرطوبة، تميل هذه السيليكا إلى امتصاص الرطوبة والتكتل، مما يؤدي إلى انخفاض قابليتها للتشتت ومشاكل في استقرار المنتج. وللتغلب على هذه القيود، ظهرت السيليكا المدخنة الكارهة للماء، معالجة ثنائي ميثيل ثنائي كلورو سيلان (DDS) أصبحت التكنولوجيا إحدى الطرق المهمة لتحقيق تعديل الأسطح لتصبح كارهة للماء.
HIFULL® سيليكا مدخنة كارهة للماء يتم تحضيره عن طريق تعديل سطح السيليكا المدخنة المحبة للماء. تشمل المواد المعدلة الشائعة ثنائي ميثيل ثنائي كلورو سيلان (DDS)، وسداسي ميثيل ثنائي سيلازان (HMDS)، وبولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS)، من بين مواد أخرى.
بعد تعديل السطح، تتفاعل مجموعات الهيدروكسيل الموجودة على سطح السيليكا أو يتم حجبها، مما يجعل المادة كارهة للماء.
الممتلكات
تعتمد تقنية تعديل DDS على مبدأ عمل تفاعل السيلنة، حيث تتفاعل مجموعات السيلانول (-OH) الموجودة على سطح السيليكا المدخنة المحبة للماء كيميائيًا مع ثنائي ميثيل ثنائي كلورو سيلان. يؤدي ذلك إلى حجب قطبية السطح بشكل فعال، مما يقلل بشكل كبير من طاقة السطح ويكسب المادة خاصية كراهية الماء والتوافق مع المواد العضوية.
لا يقتصر هذا التعديل على تقليل استرطابية المادة فحسب، بل يُحسّن أيضًا من قابليتها للتشتت وقدراتها على التحكم في خواصها الريولوجية في الأوساط العضوية. ومن الجدير بالذكر أن المعالجة الكارهة للماء لا تقتصر على "إخفاء" القطبية، بل تتعداها إلى تحقيق ضبط دقيق لطاقة السطح من خلال التصميم الجزيئي، ما يسمح بالتكيف مع الأنظمة ذات القطبية المختلفة.
خصائص واختلافات المنتجات المعدلة بتقنية DDS
من خلال عملية معالجة DDS، يمكن الحصول على مواصفات مختلفة من منتجات السيليكا المدخنة الكارهة للماء، ومن بينها HB-151 و HB-152 تُعدّ المنتجات التي تنتجها شركة هوبي هويفو للمواد النانوية المحدودة أمثلة نموذجية.
يتم الحصول على السيليكا المدخنة الكارهة للماء HIFULL® HB-151 عن طريق معالجة السيليكا المدخنة المحبة للماء ذات مساحة سطحية محددة تبلغ 150 م²/غ عبر نظام توصيل الأدوية المباشربينما يتم معالجة السيليكا المدخنة المحبة للماء ذات مساحة سطحية محددة من 200 م²/غ عبر نظام توصيل الأدوية المباشر ينتج السيليكا المدخنة الكارهة للماء HB-152.
يُظهر هذان النموذجان من المنتجات اختلافات كبيرة في المعايير الرئيسية: تبلغ مساحة السطح النوعية لـ HB-152 170±30 م²/غ، مع محتوى كربوني يتراوح بين 0.8-1.6%؛ بينما تبلغ مساحة السطح النوعية لـ HB-151 120±30 م²/غ، مع محتوى كربوني يتراوح بين 0.6-1.2%.
إن هذه الاختلافات في المعايير الهيكلية هي التي تجعل HB-152 يتمتع بخصائص كراهية الماء، والتكثيف، والانسيابية، والشفافية، وخصائص التقوية أعلى مقارنة بـ HB-151.
من حيث الخصائص الفيزيائية والكيميائية، تُظهر السيليكا المدخنة الكارهة للماء والمعالجة بـ DDS استقرارًا ممتازًا. فعلى سبيل المثال، عند استخدام HB-152، فإن نسبة الفقد عند التجفيف (عند 105 درجة مئوية لمدة ساعتين) لا تتجاوز 0.7%، ونسبة الفقد عند الاحتراق لا تتجاوز 2.5%، ومحتوى السيليكا فيها لا يقل عن 99.8%، وقيمة الرقم الهيدروجيني للمُعلق (4%) لا تقل عن 3.9.
التحكم الريولوجي وأداء التطبيق
وجد باحثون في شركة هوبي هويفو للمواد النانوية المحدودة أن السيليكا المدخنة الكارهة للماء المعالجة بـ DDS تؤثر بشكل رئيسي على أداء التطبيق الخصائص الرومولوجية من خلال الترابط الهيدروجيني لمجموعات السيلانول السطحية وتشابك جزيئات عامل المعالجة.
بسبب خاصية كره الماء، فإنه يتفاعل بسهولة أكبر مع الجزيئات العضوية غير القطبية في أنظمة الطلاء، مما يشكل بنية شبكية فضفاضة.
استخدام الطلاءات المقاومة للأشعة فوق البنفسجية على سبيل المثال، عندما تزداد كمية السيليكا المدخنة الكارهة للماء HB-151 من 0.5% إلى 2%، عند معدلات القص المنخفضة، يمكن أن تزداد اللزوجة من 400 باسكال.ثانية إلى 2800 باسكال.ثانية، أي بزيادة قدرها 600%؛ وعند معدلات القص العالية، تزداد اللزوجة أيضًا من 420 باسكال.ثانية إلى 1050 باسكال.ثانية، أي بزيادة قدرها 150% - بينما تزداد قيمة الانسيابية من 0.9 إلى 2.8، مع الحفاظ على نمو يبلغ حوالي 210%.
هذه الخصائص الريولوجية الفريدة تجعل السيليكا المدخنة الكارهة للماء والمعالجة بـ DDS قابلة للتطبيق على نطاق واسع في الصناعات مثل مطاط السيليكون المعالج في درجة حرارة الغرفة (RTV)، والمواد اللاصقة لتغليف الإلكترونيات، والمواد اللاصقة والمواد المانعة للتسرب، والطلاءات، والأحبار، والطلاءات المسحوقة.
أنظمة مطابقة القطبية والتطبيقات
وفقًا لمبدأ مطابقة القطبية، فإن المواد ذات الطاقة السطحية المنخفضة تتشتت بسهولة أكبر في الوسائط ذات القطبية المنخفضة، بينما تتطلب الأنظمة ذات القطبية المتوسطة إلى العالية مواد مالئة ذات قطبية معتدلة لتحقيق التوازن في قوى التفاعل.
نظرًا لانخفاض طاقة سطحها بشكلٍ كبير، تُعدّ السيليكا المدخنة الكارهة للماء والمعالجة بـ DDS مناسبةً بشكلٍ خاص للأنظمة منخفضة القطبية، مثل MSPolymer (بولي إيثر مُعدَّل بالسيليان)، وSTP-E، والبولي أكريلات، والبولي سلفيدات. ونظرًا لضعف قوى التجاذب بين جزيئاتها، يُستلزم استخدام السيليكا المدخنة الكارهة للماء ذات طاقة السطح المنخفضة للغاية، مثل HB-151 وHB-152. عادةً ما تخضع هذه المنتجات لتعديل الألكلة العميق، وترتبط جيدًا بالمصفوفة عبر قوى فان دير فالس، مما يُوفر تأثيرات فعّالة في زيادة اللزوجة، والانسيابية، والتقوية.
في المقابل، تتطلب الأنظمة ذات القطبية المتوسطة إلى العالية، مثل البولي يوريثان، والبوليولات، والبولي أميد، وراتنجات الإيبوكسي، وراتنجات الفينيل، اختيار منتجات كارهة للماء تحتفظ بكمية ضئيلة من المواقع القطبية على سطحها. وهذا يمنع التكتل المفرط، ويسمح في الوقت نفسه لمجموعات السيلانول المتبقية أو المجموعات الوظيفية القطبية المصممة بالمشاركة في التفاعلات البينية، بل ويعزز تفاعلات التشابك.
آفاق السوق وتوجهات التطوير المستقبلية
مع تزايد الطلب العالمي المستمر على المواد عالية الأداء، تتسع آفاق سوق السيليكا المدخنة الكارهة للماء بشكل كبير. لا سيما في المجالات التي تتطلب معايير صارمة لأداء اللصق، مثل تغليف الإلكترونيات المتطورة، وربط شفرات توربينات الرياح، والمواد اللاصقة الهيكلية في صناعة الطيران، فإن استخدام السيليكا المدخنة الكارهة للماء والمعالجة بتقنية DDS سيدفع هذه المجالات نحو تطوير أكثر كفاءة وموثوقية.
في صناعة الخلايا الكهروضوئية، يُمكن للسيليكا المدخنة الكارهة للماء أن تُحسّن بشكلٍ ملحوظ مقاومة المواد اللاصقة الكهروضوئية للعوامل الجوية، والأوزون، والتآكل الكيميائي، مما يُتيح لها التكيف مع البيئات الخارجية المعقدة والمتغيرة. وباعتبارها مادة تغليف أساسية لوحدات الخلايا الكهروضوئية الشمسية، فإن أداء المادة اللاصقة الكهروضوئية يؤثر بشكلٍ مباشر على موثوقية هذه الوحدات وعمرها الافتراضي.
مرحباً بالعملاء
اسمي فان، وأنا مدير أعمال شركة HIFULL، وأعمل في صناعة السيليكا المدخنة منذ أكثر من 10 سنوات. لا تتردد في الاتصال بي. يسعدني أن أقدم لك أفضل الخدمات والمنتجات.
