Виявлення загальних особливостей термостимульованих хімічних перетворень на поверхні метилсилільованих кремнеземів. Оцінка можливостей кластерного збирання на поверхні частково триметилсилільованих кремнеземів на основі квантовохімічних розрахунків.
Аннотация к работе
Роботу виконано згідно з планами наукових досліджень Інституту хімії поверхні НАН України за темами: “Хімічна фізика поверхні розподілу нанорозмірних гетерогенних кластерно-зібраних систем” (№ держреєстрації 0199U002300), “Синтез, модифікування, фізико-хімічні дослідження систем пониженої розмірності та композитів на їх основі” (№ держреєстрації 0102U000875) та “Закономірності адсорбційної взаємодії та хімічних перетворень на поверхні дисперсних оксидів в суспензіях біоактивних молекул, полімерів, клітин та мікроорганізмів” (№ держреєстрації 0103U006286). Мета роботи полягає у вивченні впливу ступеня метилсилілювання поверхні пірогенного кремнезему на процеси змочування та структуроутворення у полярному та неполярному середовищах (вода і декан, відповідно), а також на адсорбційну взаємодію з вітаміном В1 у водному середовищі. Методи дослідження: ІЧ спектроскопія (визначення ступеня хімічного модифікування поверхні кремнезему і термічної стабільності прищеплених метилсилільних груп), термопрограмована десорбційна мас-спектрометрія (дослідження термічної стабільності прищеплених метилсилільних груп і термолізу вітаміну В1 на поверхні модифікованих кремнеземів), молекулярна механіка та квантова хімія (оцінка можливостей кластерного збирання на частково триметилсилільованій поверхні кремнезему), адсорбція з газової фази та з розчинів (визначення спорідненості поверхні модифікованих кремнеземів по відношенню до води, гексану та вітаміну В1), мікрокалориметрія (визначення теплот змочування водою), капілярне поглинання рідин (дослідження процесу змочування модифікованих кремнеземів водою та деканом), реологія та структурна механіка (визначення модулів еластичної деформації в суспензіях модифікованих кремнеземів у декані та воді, а також вязкості цих суспензій). Досліджено зміни структурно-механічних та реологічних показників дисперсій модифікованих кремнеземів у воді та в декані від ступеня метилсилілювання поверхні. Результати дисертаційної роботи можуть становити підгрунтя для розробки технології направленого синтезу метилсилільованих пірогенних кремнеземів з різним ступенем гідрофобізації поверхні, всебічного дослідження властивостей таких кремнеземів як загусників дисперсійних середовищ, наповнювачів полімерів, піногасників, стабілізаторів суспензій та емульсій (у тому числі лікарських форм), нових ефективних сорбентів, носіїв біологічно активних речовин і виявлення оптимального співвідношення гідроксильних та метилсилільних груп, при якому в кожному конкретному випадку вдасться досягти максимально бажаного ефекту.У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету й задачі досліджень, подано наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.Для дослідження було взято пірогенний високодисперсний кремнезем (ВДК) - аеросил з питомою поверхнею 200 м2/г (надалі - А-200), а також кремнеземи різного ступеня метилсилілювання, синтезовані здобувачем шляхом газофазного хімічного модифікування поверхні А-200 диметилдихлорсиланом (ДМДХС) (надалі - АМД) та триметилхлорсиланом (ТМХС) (надалі - АМТ).Третій розділ відображає дослідження особливостей процесу одержання метилсилільованих пірогенних кремнеземів шляхом як газофазного хімічного модифікування вихідної поверхні за кількома варіантами, так і термічної деструкції метилсилільованих покривів. При модифікуванні в ІЧ спектрах фіксували зменшення інтенсивності смуг поглинання, які відповідають валентним коливанням ?Si-ОН груп (3750 см-1) і появу смуг поглинання, які відповідають валентним коливанням метильних груп (2980 см-1) що підтверджує перебіг реакцій ди-і триметилсилілювання. На основі одержаних експериментальних результатів мас-спектрометричних досліджень летких продуктів термолізу АМД і АМТ у вакуумі показано, що термічна стабільність диметил-і триметилсилільованих покрить на кремнеземі відрізняються: при термолізі АМТ в мас-спектрах реєструється лінія з 75 а.о.м., віднесена до утворення триметилсиланолу, яка відсутня у випадку термолізу АМД. На основі аналізу одержаних експериментальних результатів термолізу метилсилільованих ВДК та із залученням літературних даних показано, що на термічну стабільність триметилсилільного покриття, на відміну від диметилсилільного, суттєво впливає температура підготовки поверхні кремнезему перед модифікуванням; Запропонована схема хімічних процесів полягає в тому, що початкова стадія виділення метану обумовлена взаємодією метильних груп з гідроксильними групами, а із збільшенням температури до 900 К починає переважати інший механізм реакції утворення метану: донорами водню в цьому випадку є в основному метильні групи.У четвертому розділі наведено результати досліджень деяких фізико-хімічних властивостей кремнеземів з різним ступенем модифікування поверхні, а саме - адсорбції води та гексану з газової фази, змочування водою та деканом, структурно-механічних властивостей у воді та декані. Встановлено залежність константи швидкості змочування диметил-і триметилсилільованих ВДК водою та деканом ві