La sílice hidrófoba es una forma de dióxido de silicio (comúnmente conocido como sílice ) que tiene grupos hidrófobos unidos químicamente a la superficie. Los grupos hidrófobos son normalmente cadenas de alquilo o polidimetilsiloxano . La sílice hidrófoba se puede procesar de diferentes maneras; como sílice pirogénica , sílice precipitada y autoensamblaje asistido por aerosol , todas existentes en forma de nanopartículas .
La sílice hidrófoba tiene una estructura cristalina ortorrómbica (su nombre de grupo espacial es Pmna bajo el grupo puntual bipiramidal ). [1] Las estructuras ortorrómbicas son el producto de estirar una red cúbica a lo largo de dos de sus pares ortogonales, lo que da como resultado una estructura cristalina en forma de prisma rectangular.
La sílice hidrófoba muestra propiedades resistentes al agua debido a su nanoestructura y propiedades químicas. Cuando se aplica a la superficie de un material, las nanopartículas se adhieren al material anfitrión y evitan que los líquidos penetren en la textura rugosa. El agua solo entra en contacto con las puntas de las nanopartículas que recubren el exterior del material. Debido a la falta de atracción, el agua es repelida por la sílice hidrófoba. [3]
Inicialmente, la sílice es hidrófila debido a la presencia de grupos silanol (Si-OH) en la superficie de la partícula. Estos grupos silanol pueden reaccionar químicamente con varios reactivos para hacer que la sílice sea hidrófoba. Existen muchos métodos diferentes para procesar la sílice para que se vuelva hidrófoba, principalmente mediante la adición de grupos hidrocarbonados.
La sílice pirogénica puede reaccionar con clorosilanos en un reactor de lecho fluidizado a 400 °C [4]
La sílice precipitada se puede hidrofobizar con, por ejemplo, alquilclorosilanos o trimetilsilanol en la solución precipitada. La sílice hidrofobizada se filtra, se lava, se seca y se templa a 300–400 °C para finalizar la reacción. [5]
Las partículas de sílice pueden volverse hidrófobas mediante la polimerización por plasma . En este proceso, se utiliza 1,7-octadieno (ppOD) polimerizado por plasma (relacionado con los hidrocarburos dieno ) para depositar películas de polímero sobre las partículas de sílice. Las películas de ppOD se depositan mediante el uso de frecuencias de radio, junto con un reactor que contiene una cámara giratoria. Mediante el uso de condiciones de plasma de baja energía específica , las películas de ppOD vuelven químicamente hidrófobas a las partículas de sílice. [6]
Al utilizar películas de ppOD, los grupos polares hidrófilos Si-OH en el propio polímero quedan ocultos por grupos de hidrocarburos C x H y no polares , por lo que cuando se aplica como película a las partículas de sílice, también se vuelven hidrófobas. [7]
El objetivo de este proceso es crear de forma rápida y continua partículas nanoestructuradas derivadas de un precursor coloidal que contiene un disolvente y partículas de sílice. El autoensamblaje asistido por aerosol es un proceso de un solo paso con una alta tasa de producción. El proceso tarda unos segundos en términos de tiempo de reacción y no es necesario calentar ni tratar químicamente las partículas después del desarrollo.
La primera parte del proceso consiste en crear el precursor coloidal, que consiste en las nanopartículas de sílice y el disolvente. Las nanopartículas de sílice iniciales se encuentran en una fase cristalina amorfa y el disolvente está compuesto de cloruro de trimetilsililo (TMCS) y alcohol etílico . Para sintetizar sílice nanoestructurada hidrófoba mediante este método, el precursor coloidal que contiene el disolvente y las partículas de sílice se pulveriza mediante un generador de aerosol. A continuación, las gotitas se transportan mediante un gas portador a un horno donde se calientan. Al entrar en el horno, el alcohol etílico se evapora del precursor coloidal, lo que permite que se produzca el autoensamblaje entre las partículas de sílice y el agente de tratamiento de superficies, TMCS.
Los resultados de este proceso hacen que las partículas de sílice se agrupen para combinarse en partículas nanoestructuradas esféricas. Al agrupar estas nanopartículas de sílice en una partícula nanoestructurada, se desarrolla un cierto porcentaje de porosidad dentro de la nanoestructura relacionada con la cantidad de concentración de TMCS. Aumentar la cantidad de concentración de TMCS reduce el área de superficie específica de las partículas nanoestructuradas de sílice. La hidrofobicidad exhibida es un resultado de la reacción química que ocurre entre las partículas de sílice y el TMCS. Cuando los grupos SiO2-OH originales se reemplazan con grupos Si(CH3) hidrolíticamente estables , esta hidrofobicidad ocurre debido a la prevención de que las partículas de sílice interactúen con el agua. [8]
La sílice hidrófoba se utiliza para resolver problemas técnicos en una serie de productos que incluyen, entre otros, pinturas , tintas , adhesivos , plásticos , revestimientos , tóneres , antiespumantes , caucho de silicona , selladores , cosméticos , aditivos alimentarios , resinas de poliéster , geles para cables y grasas . A menudo se fabrica como compuestos monofásicos y multifásicos para mejorar propiedades como la dispersión, el comportamiento de estabilidad, la resistencia al agua y la funcionalidad. La sílice hidrófoba se ha añadido a los aerogeles para aumentar su capacidad de adsorber contaminantes orgánicos sin alterar la estructura de la red. [9]
La sílice hidrófoba se puede utilizar para tratar otras superficies y hacerlas hidrófobas, esto se debe a la morfología de las partículas de sílice una vez que se adhieren a su material anfitrión. Las partículas de sílice luego alteran la superficie de su material anfitrión, lo que da como resultado una superficie hidrófoba.
La sílice pirogénica agregada se puede aplicar a superficies grandes para hacerlas hidrófobas. Las estructuras a escala micro y nanométrica, que se asemejan a formas de bolas y bloques, se atribuyen a las características hidrófobas. Debido al cambio en la textura de la superficie original, la rugosidad de la superficie hace que su hidrofobicidad aumente. Esto se debe a que cuando el agua entra en contacto con la superficie rugosa, solo toca las puntas de la textura rugosa y no penetra más profundamente a través del resto de la estructura ocupada por aire. El agua no puede extenderse a través de la superficie, lo que produce propiedades hidrófobas. [3]
{{citation}}: Falta o está vacío |title=( ayuda )