Влияние технологических параметров получения золя этилсиликата на его волокнообразующие свойства и морфологию частиц кремнеземистых порошков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние технологических параметров получения золя этилсиликата на его волокнообразующие свойства и морфологию частиц кремнеземистых порошков

На сегодняшний день в связи с активным развитием рынка стоматологических услуг особо актуальным является изготовление качественных пломбировочных материалов, способных составить конкуренцию заграничным аналогам.

Украинский рынок представлен небольшим количеством композиционных материалов для стоматологии, которые к тому же не всегда обладают высоким качеством и приемлемой ценой [1, 3].

Новейшие разработки стоматологических композитов заключаются в получении материалов, обладающих высокими прочностными, механическими и оптическими характеристиками [3].

Как известно [1,2] наполнители в значительной степени определяют физико-механические и оптические свойства композиционных пломбировочных материалов. Использование волокнистых кремнеземистых наполнителей придает пломбе необходимую прочность, твердость, малую усадку. Для придания пломбе необходимой естественной прозрачности показатель преломления матрицы должен совпадать с показателем преломления наполнителя. Частицы менее 2 мкм за cчет многократного преломления света по границам зерен, становятся оптически прозрачными в полимерной матрице, вследствие чего отпадет необходимость достижения полного совпадения показателя преломления матрицы и наполнителя.

Наиболее эффективно использовать для получения волокнистых кремнеземистых наполнителей золь-гель технологию [4]. Основной проблемой при получении волокон является необходимость корректировки нескольких технологических параметров проведения гидролиза, от которых зависит степень однородности геля, длительность формирования волокнообразующих свойств, морфологические характеристики и дисперсность волокон [5,6]. Поэтому особо актуальным является изучение влияния условий проведения гидролиза этилсиликата на процесс созревания золя, формирования волокнообразующих свойств и старения геля.

Цель работы - исследование влияния технологических параметров проведения гидролиза на продолжительность периода созревания золя и морфологические характеристики полученных волокон.

Исследования проводили с помощью ИК-спектроскопии (инфракрасный Фурье спектрометр Tensor 27), а также микроскопического метода анализа (оптический микроскоп МИН-8).

Гидролиз проводили в кислой водной среде с использованием технического этилсиликата - 40. В целях улучшения смешивания воды и этилсиликата использовали органический растворитель - этилацетат [6].

Приготовление золя с нагревом проводилось по нескольким технологиям:

1. горячий гидролиз в закрытом объеме;

2. горячий гидролиз в закрытом объеме с последующей выпаркой;

3. горячий гидролиз в открытом объеме.

Из золя, набравшего необходимую вязкость, вытягивали волокна вручную или центробежным способом. Нетермообработанные волокна исследовали с помощью ИК-спектроскопии.

Известно [3], что интенсивность полосы колебаний Si-O при 1080 см^-1 характеризует количество образующихся связей Si-O, а уширение полосы сопровождает процесс удлинения силоксановой цепи. По отношению интенсивности полосы к ее ширине (I/d) определяли, по какому пути идет поликонденсация: с образованием сетчатого полимера или силоксановой цепи.

Как видно из рис. 1, наименьшее значение I/d имеет образец, полученный при гидролизе в открытом объеме. Это объясняется тем, что при гидролизе с нагревом в закрытом объёме не испаряется растворитель, увеличивающий поверхность реакции гидролиза этилсиликата, а значит, и ее скорость. Наличие кислотного катализатора и нагрева активизирует процесс поликонденсации, способствуя образованию силоксановых сеток и замедляя при этом рост силоксановой цепи.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Холодный гидролиз проводили без нагрева с последующим выпариванием при разных условиях:

1. в открытом объеме 8 часов;

2. в закрытом объеме 8 часов;

3. в закрытом 5 ч 30 мин.

Анализируя полученные данные (рис. 2) можно предположить, что на образование линейных силоксановых цепей в золях этилсиликата в равной степени влияют условия проведения (в закрытом и открытом объеме) и продолжительность гидролиза. Наименьшее значение I/d получено при гидролизе, проведенном в закрытом объеме. Это объясняется тем, что без нагрева реакция гидролиза идет медленно, и для ее ускорения необходим растворитель, увеличивающий площадь поверхности взаимодействия фаз и тем самым ускоряющий процесс гидролиза. Наличие крышки препятствует быстрому удалению растворителя из гидролизата, тем самым ускоряя процесс гидролиза и обеспечивая его протекание в полной мере.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

На инициацию процесса поликонденсации влияет кислотный катализатор (HCl) [3, 5]. При перемешивании кислота равномерно распределяется по всему объему гидролизата, поступает ко всем образующимся коллоидным частицам ортокремниевой кислоты и инициирует процесс поликонденсации. Если продолжительность перемешивания раствора будет превышать время прохождения гидролиза, то поликонденсация будет преобладать в параллельно-последовательном цикле «гидролиз-поликонденсация», что приведёт к прошивке силоксановых цепей мостиковыми связями Si-O-Si [6].

Если прекратить перемешивание гидролизата после завершения реакции гидролиза, коллоидные частицы поликремниевой кислоты начинают расти, и тем быстрее, чем больше вблизи них находится кислотного катализатора. При этом создается неоднородность коллоидного раствора, в котором присутствуют ассоциированные коллоидные частицы различного размера, различающиеся степенью поликонденсации: сетчатые полимеры (избыток кислоты) и линейные полимеры (недостаток кислоты) [7].

Сделанные предположения подтверждаются микроскопическим методом анализа (рис. 3): тонкие и эластичные волокна (рис. 3, а) были получены при проведении холодного гидролиза, а использование горячего гидролиза привело к увеличению диаметра волокон и снижению их эластичности.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что технологические параметры приготовления золей в значительной степени влияют на процессы поликонденсации гидролизата этилсиликата. Для получения тонких эластичных волокон необходимо использовать холодный гидролиз в закрытом объеме при продолжительности перемешивания, обеспечивающей завершение реакции гидролиза.

Список литературы

гидролиз золь поликонденсация этилсиликат

1. Борисенко А.В., Композиционные пломбировочные и облицовочные материалы / Борисенко А.В., Неспрядько В.П. - Москва: Книга плюс. - 2002. - 224 с.

2. Седунов А.А. Исследование структуры силикатных стоматологических материалов/ Седунов А.А. Коган Г.В. // Стоматология. - 1990. - т. 69 №4.-С. 61-65

3. Скородумова О.Б. Морфологические особенности волокнистых кремнеземистых наполнителей композиционных материалов, полученных по золь-гель технологии/ Скородумова О.Б., Гончаренко Я.Н., Шуба И.В. // Сб. научных трудов «Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности», Харьков: Каравелла. - 2009. - №109. - С. 160 - 164

4. Zelinski B.J.J. Gel technology in ceramics/ Zelinski B.J.J, Uhlmann D.R //J. Phys. and Chem. Solids. - 1984. - v. 45. - N10.-p. 1069-1090

5. Скородумова О.Б. Исследование процессов термодеструкции волокнообразующих золей этилсиликпта методом ДТА/ Скородумова О.Б., Шуба, И.Е., Кухарева И.Е. // Вопросы химии и химической технологии. - 2009. - №-6. - С. 148-150

6. Скородумова О.Б. Исследование гибридных органо-неорганических золей SiO₂ - прекурсоров композиционных биокерамических материалов/ Скородумова О.Б., Гончаренко Я.Н., Гонтар Т.Б., Шуба И.В. // Сб. научных трудов «Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности», Харьков: Каравелла. - 2010. - №110.-С. 307-312

7. Шабанова Н.А. Кинетика поликонденсации и коагуляции в гидролизе кремнезема/ Шабанова Н.А. Попов В.В., Фролов Ю.Г. // Коллоидный журнал. - 1984. - №5. - С. - 986-992.

Размещено на Allbest.ru