Как сравнить гидрофобность гидрофобного осажденного диоксида кремния? 

Техники использовали метод прессования для количественного получения трех типов осажденного диоксида кремния в однородные тонкие листы, а затем наносили капли на поверхность образца с помощью измерителя контактного угла. Экспериментальные результаты показали, что HB-139 (126,5°) > HB-132 (122,3°) > HB-151 (120,7°).

Больший контактный угол указывает на более сильную гидрофобность поверхности материала. Таким образом, среди этих трех продуктов HB-139 продемонстрировал самую сильную гидрофобность, с контактным углом, превышающим 126°, что попадает в диапазон высокой гидрофобности и даже приближается к супергидрофобности (как правило, контактный угол >150° считается супергидрофобным, а >120° — сильно гидрофобным). HB-132 занял второе место с контактным углом приблизительно 122,3°, все еще в категории сильно гидрофобных материалов, но немного ниже, чем у HB-139. HB-151 обладал наименьшей гидрофобностью, с углом смачивания приблизительно 120,7°, что, хотя и свидетельствует о хорошей гидрофобности, несколько уступало двум другим образцам.

Основная причина этой разницы в гидрофобности заключается в принципиально различном воздействии различных модификаторов на поверхность осажденного диоксида кремния. Во-первых, модификатор, используемый в HB-139, имеет более длинную алкильную цепь или более высокую реакционную способность, что позволяет ему более полно замещать гидроксильные группы на поверхности диоксида кремния, образуя плотный гидрофобный слой и значительно снижая поверхностную энергию, тем самым затрудняя растекание капель по поверхности. Во-вторых, модификатор, используемый в HB-132, имеет несколько более низкую реакционную способность или более короткую длину молекулярной цепи, что приводит к несколько более низкой скорости замещения поверхностных гидроксильных групп по сравнению с HB-139, вызывая недостаточную плотность гидрофобного слоя и уменьшение угла смачивания. Модификатор, используемый в HB-151, может иметь такие проблемы, как низкая эффективность реакции и слабая гидрофобная активность функциональных групп, лишь частично покрывая поверхностные гидроксильные группы, оставляя остаточные гидроксильные группы с некоторой гидрофильностью, что в конечном итоге приводит к наименьшему углу смачивания.

От лабораторных данных об угле смачивания до практических применений в промышленных условиях, гидрофобность материалов напрямую влияет на конечные характеристики продукции. В таких областях, как герметики, покрытия и сепараторы литиевых батарей, различия в характеристиках гидрофобного осажденного диоксида кремния могут приводить к существенным различиям в водостойкости, диспергируемости и сроке службы продукции. Этот эксперимент не только прояснил ранжирование гидрофобности трех материалов на основе количественных данных, но и выявил первопричину различий в характеристиках с точки зрения механизмов модификации, обеспечивая научную основу для выбора материалов предприятиями, работающими в этой области. В будущем, благодаря непрерывному совершенствованию технологий модификации, гидрофобные свойства осажденного диоксида кремния будут дополнительно оптимизированы, что придаст больший импульс развитию высокотехнологичного производства и будет способствовать переходу от «пригодности» к «простоте использования» наноматериалов в большем количестве сценариев применения.