книги из ГПНТБ / Алентьев А.А. Кремнийорганические гидрофобизаторы

раствора над пропитываемым изделием, после чего пропит­ ка продолжалась в течение 1 часа. После пропитки в раст-

,воре CH3SiCl3 изделия подвергались термообработке при температуре 200° в течение 2 час.

Была определена также химическая стойкость щелоче­ силикатных сплавов.

Результаты определения химической стойкости щело­ чесиликатных сплавов и краевого угла после гидрофобизадии в зависимости от содержания Na20 в сплаве приве­ дены в табл. 4, из которой видно, что все стекла, независи­

61

Вместе с тем следует отметить, что с повышением хими­ ческой стойкости стекла растет и угол смачивания, т. е. гидрофобность возрастает.

Проведенная нами работа показала, что все технические** стекла могут быть гидрофобизированы силанхлоридами.

Лучшими гидрофобизаторами для стекла являются силанхлориды— метил-, этил- и бутилхлорсиланы типа RSiX3

Гидрофобизация может производиться в парах и раст­ ворах кремнийорганических соединений.

Для гидрофобизации стекла в парах его предварительно обезжиривают, промывая в ацетоне, а затем в дистиллиро­ ванной воде/после чего сушат при температуре 100°. Вы­ сушенное стекло охлаждают на воздухе и затем помещают в гигростат с влажностью 70%, где выдерживают 18—20 час. Подготовленное таким образом стекло помещают в специальные камеры с кислотоустойчивой футеровкой, чтобы обеспечивалось хорошее омывание силанхлоридами. Камеру предварительно нагревают до температуры 40— 50°. Силанхлорид подогревается в колбе до слабого кипе­ ния; пар поступает в камеру для обработки через соеди­

раствор соответствующего силанхлорида в инертном раст­ ворителе. В качестве растворителей силанхлоридов лучше всего применять уайт-спирит, толуол, бензин, керосин или

62

бензол. В приготовленный раствор погружают предвари­ тельно обезжиренное и выдержанное в гигростате сте­ кло.

Обработка в растворе в зависимости от его концентра­ ции длится 1—5 мин. После обработки раствором гидрофобизированные изделия подвергаются нагреву при темпе­

такая обработка менее эффективна и требует закрепления полученной пленки при температуре 250—300°.

При работе с силанхлоридами всегда следует иметь в виду, что эти соединения крайне чувствительны к воде и влаге воздуха. Поэтому хранить их следует в тщательно закупоренной таре, лучше всего в толстостенных стеклян­ ных бутылях с корковыми (но не стеклянными!) пробками, залитыми парафином, или в стальных герметических сосу­ дах без паяных швов.

Приготовлять растворы следует непосредственно перед гидрофобизацией в вытяжном шкафу. Раствор должен готовиться в количестве, не превышающем необходимое для проведения работ. Хранение, растворов силанхлоридов нежелательно.

При работе с силанхлоридами не следует допускать по­ падания этих веществ на кожу или одежду. При попадании раствора на кожу смоченное место надо промыть раствором соды.

Гидрофобизированные поверхности желательно периоди­ чески мыть.

63

3. ГИДРОФОГ.ИЗЛЦИЯ МИКРОПОРИСТЫХ ИЗДЕЛИИ

Пропитку пористых материалов кремнийорганическими соединениями можно вести таким образом, что в резуль-' тате гидролиза и конденсации кремнийорганических соеди­ нений в порах накапливается гель с высоким содержанием кремнезема, плотно закупоривающий поры. Возможен и другой случай, когда пропитка пористых материалов про­ изводится разбавленными растворами кремнийорганичес­ ких соединений в летучих растворителях. При этом, по мере испарения растворителя макро- и микропоры матери­ ала обволакиваются тончайшим слоем гидрофобной пленки. Изделие, оставаясь газопроницаемым, теряет способность смачиваться водой.

Широкое применение микропористых материалов для фильтрации и аэрации, а также для других целей вызывает необходимость их гидрофобизации. Это дает возможность, например, применять гидрофобные микропористые изделия для отделения воды от проходящего газа.

Гидрофобизированные плитки для аэрации порошков не забиваются, срок их службы увеличивается в несколько раз.

Нами изучены процессы гидрофобизации растворами метилтрихлорсилана микропористых изделий, полученных путем спекания при температуре 900°С смеси порошков кварцевого (70°о) и термостойкого (30%) стекла1.

Экспериментально установлено, что угол смачивания монолитного кварцевого стекла после гидрофобизации 7%-ным раствором CH3SiCl3 и выдержки в течение 24 час.

64

того же образца, подвергнутого нагреву до 200°, повышае­ тся до 100°. Для изучения влияния температуры тепловой

кобработки на скорость поликонденсации водоотталкиваю­ щей кремнийорганической пленки микропористые изделия,

пропитанные 7%-ным раствором метилтрихлорсилана в толуоле, подвергались термообработке при температуре 150, 200, 250, 300°. Изучалось изменение краевого угла в процессе тепловой обработки и скорость впитывания объек­ том капли объемом 0,05 мл.

Изменение краевого угла характеризует скорость обра­ зования водоотталкивающей пленки на поверхности, а ско­ рость впитывания — продвижение процесса вглубь изделия.

Соответствующие данные приведены в табл. 5, из которой видно, что с повышением температуры тепловой обработки

воды вплоть до ее полного испарения.

Изучено *гакже влияние концентрации раствора и вре­ мени пропитки на смачиваемость (табл. 6).

Смачиваемость не зависит от времени пропитки, но сильно зависит от концентрации гидрофобизирующего рас­ твора.

При повышении концентрации CH3SiCl3 краевой угол особо заметно снижается, начиная с 40% -ной концентрации силанхлорида. Это явление объясняется образованием на поверхности изделия вторичной пленки, не обладающей ориентированной структурой.

Возможно также образование при термообработке ослаб­ ленных участков при возгонке продуктов неполного гид­ ролиза.

Таблица 5

Влияние температуры термообработки на смачиваемость и скорость закрепления водоотталкивающей пленки

II. в. — не впитывается.

Г

Таким образом, наиболее целесообразной является тем­ пература термообработки, равная 250°, и концентрация гидрофобизирующего раствора 5— 10%.

Как указывалось выше, при перемене знака смачивания P*cosft капиллярное давление тоже меняет знак, препятст­ вуя проникновению воды в поры.

Критическое давление воды, которое могут выдержать гндрофобизированные пористые тела с различным диамет­

Как видно из приведенных данных, при диаметре пор 2 мк гидрофобизированная мембрана может сохранить во­ донепроницаемость на глубине 10 м от поверхности. Одна-, ко воздухопроницаемость при диаметре пор 2 мк весьма низка.

Для достижения нужной производительности воздуш­ ного фильтра площадь его должна быть чрезмерно увели­ чена. При увеличении же диаметра пор до 30—60 мк

погружения в воду на 30—60 см- Если же время пребывания пористого фильтра под дав­

лением воды ограничено, а толщина его и максимальный диаметр пор вполне определенны, то чтобы жидкость прош­ ла через капилляр под давлением, несколько превышаю­ щем критическое, необходимо определенное время, которое может быть вычислено по закону Пуазейля:

Р— давление, дин/см2; для гидрофобизированных из­ делий Р > Р кр;

68

\

г— радиус пор, см;

F— площадь изделия, см2;

-----коэффициент, учитывающий расположение пор в

Нами исследована водонепроницаемость пористых изде­ лий толщиной 0,45 см при краевом угле их поверхности, равном 140°.

Средний расчетный диаметр пор исследованных изделий составлял 20 и 30 мк. Половина изделий подвергалась

той же. концентрации.

69

расчетными, приведенными в табл. 4, нетрудно заметить, что реальные пористые тела имеют более высокую водоне­ проницаемость. Двукратная пропитка сильно повышает водонепроницаемость. При однократной пропитке на по­ верхности пористого материала образуется тонкий.гидро­ фобный слой, а вся внутренняя толща изделия остается гидрофильной. Это интересное явление объясняется тем, что скорость гидролиза CH3SiCl3 значительно больше ско­ рости проникновения раствора внутрь пор.

При этом поверхность материала является своеобраз­ ным фильтром, задерживающим молекулы силанхлсфида. В глубину.материала проникает раствор, обедненный гидрофобизирующим веществом. Распределение концентрации при прохождении гидрофобизирующего раствора вглубь

70