CC BY
8
УДК 541.18
Рябов Д.Д., Голубина Е.Н., Кизим Н.Ф.
СМАЧИВАЕМОСТЬ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ДИ-(2-ЭТИЛГЕКСИЛ)ФОСФАТОВ МЕТАЛЛОВ
Рябов Дмитрий Дмитриевич, студент 2 курса химико-технологического факультета; Голубина Елена Николаевна, д.х.н., и.о. профессора кафедры «Фундаментальная химия»; Кизим Николай Федорович, д.х.н., профессор, заведующий кафедрой «Фундаментальная химия», e-mail: nphk@mail.ru
Новомосковский институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Новомосковск, Россия
301665 Тульская область, г. Новомосковск, ул. Дружбы, д. 8.
Изучено влияние природы металла и разбавителя, начальных концентраций металла и экстракционного реагента на величину краевого угла смачивания. Представлены данные по возможности модификации различных поверхностей материалом на основе ди-(2-этилгексил)фосфата металла.
Ключевые слова: гидрофобность, модификация, кислота ди-(2-этилгексил)фосфорная, смачиваемость.
WETTABILITY OF MATERIALS BASED ON DI- (2-ETHYLHEXYL)PHOSPHATES OF METALS
Ryabov D.D., Golubina E.N., Kizim N.F.
Novomoskovsk Institute of D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The influence of the nature of the metal and the diluent, the initial concentrations of the metal and the extragent on the value of the contact angle of wetting was studied. Data are presented on the possibility of modification of various surfaces by a material based on di-(2-ethylhexyl)phosphate metal.
Keywords: hydrophobicity, modification, di-(2-ethylhexyl)phosphoric acid, wettability
Интерес к изучению смачивающей способности материалов связан с необходимостью разработки покрытий, обладающих гидрофобными свойствами. Факторами, ограничивающими применение известных покрытий, являются недостаточная механическая прочность и химическая стойкость. При создании таких покрытий следует учитывать иерархическое структурирование поверхности, включая наноразмерный уровень [1]. Возможности создания различных типов упорядоченных текстур для обеспечения высоких краевых углов смачивания на поверхностях гидрофобных материалов и необходимые условия для термодинамической устойчивости гетерогенного режима смачивания таких поверхностей рассмотрены в обзоре [2].
Для гидрофобизации стекла и других силикатных материалов широко применяются различные мономерные, олигомерные и полимерные кремнийорганические соединения с активными функциональными группами у атома кремния. Выбор конкретных гидрофобизирующих составов зависит от условий эксплуатации соответствующего материала (температура, время, цикличность воздействия воды и др.) [3, 4]. Покрытие на основе нанотрубок нитрида бора обладает гидрофобными свойствами, что обусловлено кривизной и шероховатостью поверхности покрытия из нанотрубок, а также адсорбцией углеводородных загрязнений на поверхности. Такие покрытия
обладают химической стойкостью и механической прочностью [5].
Ранее [6] нами было показано, что материал межфазных образований на основе ди-(2-этилгексил)фосфатов металлов проявляет
гидрофобные свойства. Изменяя природу растворителя, соли металла и числа нанесений можно получить краевой угол смачивания поверхности изделия, модифицированной материалом межфазных образований, достигающий 140°.
В настоящем сообщении приведены новые данные по смачивающей способности материалов на основе солей ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты (Д2ЭГФК) с некоторыми d- и /-элементами.
Методика получения материала и модификации им различных поверхностей описана в [6].
Получения наноматериалов на основе солей Д2ЭГФК основано на межфазном синтезе. В переходном слое двух несмешивающихся жидкостей, иначе динамическом межфазном слое (ДМС), протекает гетерофазная реакция. Катион металла, находящийся в водной фазе, взаимодействуя с молекулами Д2ЭГФК, растворенной в органическом разбавителе М2 + + 7 • HA » MAz + 2Н+
?
образуют соль металла, которая накапливается в переходном слое [7]. Система с образующимся ди-
(2-этилгексил)фосфатом металла способна к структурообразованию, с одной стороны, вследствие понижения агрегативной устойчивости, с другой -ввиду полимеризации. С течением времени имеет место укрупнение агрегатов в результате сцепления частиц при коагуляции, а также вследствие сцепления молекул ди-(2-этилгексил)фосфата металла через металл ввиду наличия у молекул Д2ЭГФК мостиковых РОО-групп.
Величина краевого угла смачивания водой поверхности стеклянной пластинки, покрытой материалом межфазных образований на основе солей ди-(2-этилгексил)фосфата металла зависит от природы металла и разбавителя, начальных концентраций металла и экстракционного реагента, а также кислотности среды.
Влияние природы извлекаемого элемента на величину краевого угла смачивания показано на рис. 1. В случае материала на основе ^-элементов модифицированная стеклянная пластинка, покрытая материалом, обладает гидрофильностью во всем исследованном диапазоне времен синтеза, а для материала на основе /-элементов покрытие с течением времени приобретает гидрофобность. Увеличение гидрофобности покрытия обусловлено более высоким накоплением ди-(2-
этилгексил)фосфата металла в переходном слое [6]. Гидрофильность покрытий на основе ^-элементов объясняется более высоким содержанием воды в составе материала и более низкой долей кристалличности, чем в случае /-элементов. Это подтверждается данными РФА и ИК-спектроскопии [8].
Увеличение начальной концентрации Ln(Ш) в системе приводит к повышению гидрофобности материала (рис. 2), что обусловлено более высоким накоплением ди-(2-этилгексил)фосфата лантаноида в ДМС экстракционной системы. При этом наблюдается область временного диапазона, характеризующаяся постоянством накопления [7] и краевого угла смачивания.
Рис. 1. Влияние природы металла на величину краевого
угла смачивания поверхности стеклянной пластинки, покрытой материалом межфазных образований. Система:
0,1 М водный раствор Си(11) (1), Со(П) (2), N1(11) (3), Ш(Ш) (4), Но(Ш) (5) (рН 5,3) / 0,1 М раствор Д2ЭГФК в гептане
Рис. 2. Влияние начальной концентрации Er(Ш) на краевой угол смачивания поверхности стеклянной пластинки, покрытой материалом межфазных образований. Система: 0,01 М (1), 0,05 М (2) и 0,1 М (3) водный раствор ErCl3 (рН 5,3) / 0,05 М раствор Д2ЭГФК в гептане
Избыточное по сравнению со
стехиометрическим количество Д2ЭГФК в системе приводит к понижению накопления ди-(2-этилгексил)фосфата лантаноида в межфазном слое, что приводит к повышению гидрофильности материала межфазных образований с увеличением начальной концентрации экстрагента (рис. 3).
Рис. 3. Влияние начальной концентрации экстракционного реагента на краевой угол смачивания поверхности стеклянной пластинки, покрытой материалом межфазных образований. Система: 0,05 М водный раствор ЕгС13 (рН 5,3) / 0,01 М (1), 0,03 М (2) и 0,05 М (3) раствор Д2ЭГФК в гептане
В табл. 1 представлены данные по модификации различных поверхностей материалом на основе ди-(2-этилгексил)фосфата металла, при времени его синтеза 60 мин.
Таблица 1. Краевой угол смачивания модифицированных поверхностей
Краевой угол смачивания (9), ° Доля кристалличности, %
Материал на основе ди-(2-этилгексил) фосфата Стекло Ткань из хлопка Провод Кожа
Медный Алюминиевый
Cu(II) 41 ± 2 7 ± 0,5 57 ± 2 67 ± 2 70 ± 2 7,7
Cd(II) 37 ± 2 5 ± 0,2 53 ± 2 62 ± 2 70 ± 2 14,8
Ho(III) 116 ± 3 20 ± 1 110 ± 3 122 ± 3 102 ± 3 25,8
без нанесения 27 - 0 45 48 67
Таким образом, материал на основе солей Д2ЭГФК с редкоземельным элементом обладает гидрофобными свойствами, позволяя
модифицировать твердые поверхности различных изделий и деталей, придавая им водоотталкивающую способность.
Список литературы
1. Marmur A. From Hygrophilic to Superhygrophobic: Theoretical Conditions for Making High-Contact-Angle Surfaces from Low-Contact-Angle Materials // Langmuir. - 2008. - V. 24, № 14. - P. 7573-7579.
2. Бойнович Л.Б., Емельяненко А.М. Гидрофобные материалы и покрытия: принципы создания, свойства и применение // Успехи химии. -2008. - Т. 77, № 7. - С. 619-638.
3. Соболевский М.В., Музовская О.А., Попелева Г.С. Свойства и области применения кремнийорганических продуктов. - М.: Химия. 1975. - С. 166-172.
4. Хананашвили Л.М. Химия и технология элементоорганических мономеров и полимеров. -М.: Химия. 1998. - С. 492-496.
5. Алиев А.Д., Бойнович Л.Б., Буховец В.Л. и др. Супергидрофобные покрытия на основе нанотрубок нитрида бора: механизм супергидрофобности и самовосстановление высокогидрофобных свойств // Российские нанотехнологии. - 2011. Т. 6, № 9 - 10. - С. 57 - 64.
6. Кизим Н.Ф., Голубина Е.Н. Гидрофобные материалы на основе солей ди-(2-этилгексил)фосфорной кислоты // Журнал физической химии. - 2018. - Т. 92, № 3. - С. 457461.
7. Кизим Н.Ф., Голубина Е.Н. Накапливание некоторых редкоземельных элементов в динамическом межфазном слое экстракционной системы // Химическая технология. - 2009. - Т. 10, № 5. - С. 296-301.
8. Golubina E.N., Kizim N.F., Sinyugina E.V., Chernyshev I.N. Self-assembled structure based on rare earth element salts in the interfacial layer of a liquidliquid system // Mendeleev Communication. - 2018. -V.28, № 1. - Р. 110-112.
