كيفية مقارنة خاصية كراهية الماء في السيليكا المدخنة الكارهة للماء

تُعدّ السيليكا المدخنة مادة نانوية غير عضوية بالغة الأهمية، تُستخدم على نطاق واسع في مجالات متنوعة كالطلاءات والمطاط والبلاستيك ومستحضرات التجميل والتغليف الإلكتروني، وذلك بفضل مساحة سطحها النوعية العالية، وقابليتها الممتازة للتشتت، ونشاطها السطحي المتميز. ويُعدّ التحكم في خاصية كراهية الماء للسيليكا المدخنة عاملاً أساسياً في تحسين الأداء العام للمواد. وتُظهر السيليكا المدخنة الكارهة للماء، والمعالجة بمواد مُعدِّلة مختلفة، مقاومةً أكبر للرطوبة والظروف الجوية، فضلاً عن استقرارها.

استخدم خبراء HIFULL قياس زاوية التلامس لتقييم الخصائص الكارهة للماء لثلاثة أنواع من السيليكا المدخنة الكارهة للماء والتي عولجت بعمليات تعديل مختلفة: HB-132 (مُعدِّل سداسي ميثيل ثنائي سيلازان، HMDS), HB-139 (مُعدِّل بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان، PMDS)، و HB-151 (مُعدِّل ثنائي ميثيل ثنائي كلورو سيلان، DDS).

استخدم الفنيون طريقة ضغط الأقراص لضغط الأنواع الثلاثة من السيليكا المدخنة كمياً إلى صفائح رقيقة متجانسة، ثم قاموا بإسقاط قطرات سائلة على أسطح العينات باستخدام مقياس زاوية التلامس. وأظهرت النتائج التجريبية أن HB-139 (126.5°) > HB-132 (122.3°) > HB-151 (120.7°).

تشير زاوية التلامس الأكبر إلى زيادة كراهية الماء لسطح المادة:

  • HB-139 أظهر أقوى كراهية للماء، بزاوية تلامس تتجاوز 126 درجة، وهو ما يقع في نطاق كراهية الماء العالية ويقترب حتى من نطاق كراهية الماء الفائقة (بشكل عام، تعتبر زاوية التلامس >150 درجة كراهية للماء الفائقة، وتعتبر >120 درجة كراهية للماء بشدة).
  • HB-132 ثم جاء بعد ذلك، بزاوية تلامس تبلغ حوالي 122.3 درجة، ولا يزال ضمن فئة المواد الكارهة للماء بشدة، ولكنه أقل قليلاً مقارنة بـ HB-139.
  • HB-151 كانت أقل المواد كراهية للماء نسبياً، بزاوية تلامس تبلغ حوالي 120.7 درجة. ورغم أنها لا تزال تتمتع بكراهية جيدة للماء، إلا أنها كانت أضعف قليلاً من المادتين السابقتين.

يكمن السبب الرئيسي لهذا الاختلاف في كراهية الماء في الاختلافات الجوهرية في تأثيرات التعديل للمعدلات المختلفة على سطح السيليكا المدخنة.

أولاً، يحتوي المعدل المستخدم في HB-139 على سلسلة ألكيل أطول أو تفاعلية أعلى، مما يتيح له استبدال مجموعات الهيدروكسيل على سطح السيليكا بشكل كامل، مما يشكل طبقة كثيفة كارهة للماء تقلل بشكل كبير من طاقة السطح، مما يجعل من الصعب على قطرات السائل الانتشار على السطح.

ثانيًا، يتميز المعدل الخاص بـ HB-132 بتفاعل أضعف قليلاً أو سلسلة جزيئية أقصر، مما يؤدي إلى معدل استبدال أقل قليلاً لمجموعات الهيدروكسيل السطحية مقارنة بـ HB-139، مما يؤدي إلى عدم كفاية تماسك الطبقة الكارهة للماء وانخفاض لاحق في زاوية التلامس.

أما بالنسبة لـ HB-151، فقد يُعاني المُعدِّل المُستخدم من مشاكل مثل انخفاض كفاءة التفاعل وضعف النشاط الكاره للماء للمجموعات الوظيفية، مما يؤدي إلى تغطية جزئية فقط لمجموعات الهيدروكسيل السطحية. ولا تزال مجموعات الهيدروكسيل المتبقية تحتفظ بدرجة معينة من المحبة للماء، مما ينتج عنه في النهاية أصغر زاوية تلامس.

بدءًا من بيانات زاوية التلامس في المختبر وصولًا إلى التطبيقات العملية في البيئات الصناعية، تؤثر خاصية كراهية الماء للمواد بشكل مباشر على الأداء النهائي للمنتجات. في مجالات مثل مواد منع التسرب، والطلاءات، وفواصل بطاريات الليثيوم، يمكن أن تؤدي الاختلافات في أداء السيليكا المدخنة الكارهة للماء إلى تباينات كبيرة في مقاومة الماء، وقابلية التشتت، وعمر الخدمة للمنتجات.

لم توضح هذه التجربة تصنيف كراهية الماء للمواد الثلاث من خلال البيانات الكمية فحسب، بل كشفت أيضًا عن الأسباب الجذرية لاختلافات الأداء من منظور آليات التعديل، مما يوفر أساسًا علميًا للمؤسسات في المراحل اللاحقة في اختيار المواد.

قراءة متعمقة:

  • 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.
    عربة
    مدير اعمال