Что такое гидрофобизация: ГИДРОФОБИЗАЦИЯ. Что такое гидрофобизация? Вопрос-ответ. Гидрофобизация бетона, гидрофобизация фасадов, гидрофобные покрытия

» Что такое гидрофобизаторы для бетона и для чего их используют?

Пористая структура обычного бетона не обладает достаточным уровнем водонепроницаемости. Жидкость проникает через поверхность и приводит к появлению бактерий и выделению вредных веществ, разрушающих изделие. Кроме того, мокрые стены теряют теплоизолирующие свойства. Чтобы этого не происходило, применяют гидрофобизаторы для бетона, придающие конструкции водоотталкивающие свойства.

Что такое гидрофобизатор?

Термином «гидрофобные добавки для бетона» чаще всего называют органические вяжущие вещества, которые при нанесении на поверхность создают плотную защитную пленку. Она запирает поверхностные поры и не допускает попадания влаги внутрь материала.

Наносить такой гидрофобизатор вполне можно своими руками, так как процесс не представляет собой ничего сложного.

В некоторых случаях гидрофобизаторы добавляют в бетон. Таким образом обеспечивается еще большая степень защиты от влаги.

Преимущества использования

Совершенно безопасный для человека гидрофобный раствор практически не восприимчив к ультрафиолетовым лучам, температурным перепадам и атмосферным осадкам. Кроме того, применяя гидрофобизирующие добавки для разного типа бетона, можно получить следующие результаты:

• намного уменьшаются процессы разрушения;
• практически отсутствует коррозия;
• экономятся лакокрасочные покрытия и грунтовки;
• ослабляется водопритягивающий эффект;
• упрощается процесс гидроизоляции бетона;
• на бетонную поверхность невозможно наносить граффити, способные изуродовать фасад здания.

При этом бетон сохраняет паропроницаемость и все остальные характеристики на весь эксплуатационный срок. Период, в течение которого качественный гидрофобизатор повышает водонепроницаемость, равен минимум 30 годам. Если же провести не обычную пропитку, а глубинную (объемную), улучшенные свойства останутся на весь период службы самого бетона.

Основная классификация

На сегодняшний день существует и активно используется при выполнении строительных работ более 100 видов гидрофобизаторов. Они могут разделяться по нескольким характеристикам, однако основная классификация происходит по следующим признакам:

• методу гидрофобизации;
• агрегатному состоянию;
• основе, на которой создана смесь.

Выбор одного из способов и видов зависит от различных факторов, включая условия использования бетона, климат в данной местности и даже стоимость материала. Причем последняя влияет тем больше, чем масштабнее площадь или объем гидроизолируемой конструкции.

Способы гидрофобизации

Основных методик существует три. Чаще всего применяют поверхностную. Если необходима повышенная защита, допускается использование и объемных (инъекционных) способов обработки.

Поверхностная методика

Гидрофобизаторы, которые наносятся на поверхность готовых конструкций, при высыхании образуют очень тонкую пленку.

Рабочий раствор обычно представляет собой жидкую форму основного материала, содержащую до 15% активного компонента.

Чаще всего такой гидрофобный состав применяют для бетона фасадов и других наружных ограждающих конструкций.

Он отличается меньшим сроком службы, хотя через некоторое время поверхность можно снова покрыть раствором, восстановив первоначальные характеристики.

Объемная гидрофобизация

Если гидрофобизатор добавляется еще во время создания конструкции, в процессе выполнения монтажа или ремонта, необходимы специальные материалы. Такая гидрофобизация обеспечивает защиту не только поверхности, но и всего объема. Иногда добавки вводят прямо на предприятиях по изготовлению бетонных конструкций. Отвердевание бетона сопровождается проникновением гидрофобизаторов во все его поры. При этом не происходит образования цементных камней в смеси, а раствор застывает намного равномернее и естественнее.

Объемная гидрофобизация уже готовых бетонных поверхностей на строительной площадке может осуществляться путем просверливания в конструкции отверстий небольшого диаметра и глубиной до 30 мм, в которые заливается смесь. Такой метод называется еще инъекционным. Он более дорогостоящий по сравнению с поверхностным, зато позволяет бетону прослужить несколько десятков лет.

Комбинированный способ

Максимальная защита бетона от влаги обеспечивается применением комбинированного метода, называемого еще поверхностно-объемной обработкой. При этом для бетона создается гидрофобное покрытие и одновременно смесью пропитывается весь объем конструкции. Методика отличается не только гораздо большей степенью водонепроницаемости обработанной конструкции, но и самой высокой стоимостью, за счет чего не всегда целесообразна для использования.

Особенности нанесения

Наносить гидрофобное покрытие для камня, бетона, кирпича и т. д. можно с применением различных инструментов. Так, например, внешняя обработка проводится валиками для широких поверхностей, и кистями – для узких. Средством пропитывают бетонную конструкцию до тех пор, пока она не перестанет впитывать гидрофобизатор. Время высыхания пропитки составляет примерно 24 часа.

После этого можно продолжить обработку конструкции путем ее окраски. Или же, если применялся силиконовый гидрофобизатор, то можно считать работы по обработке поверхности законченными, так как красить уже нельзя. Водоотталкивающие свойства материала не дадут держаться на нем даже краске.

Инъекционный метод осуществляется при помощи алмазного бурения, однако иногда для него применяют и резку алмазными кругами. В бетонную конструкцию смесь вводят специальными строительными шприцами. А гидроизолированная конструкция сохнет 2–3 суток.

Другие классификации

Основными формами, в которых может находиться гидрофобизатор, являются порошкообразная, жидкая и пастовидная. В первом случае материал разводят в жидкости (растворителе). Во втором его можно использовать без каких-либо преобразований. Смесь в виде концентрированной пасты разбавляют водой до нужной консистенции. Выбор в пользу одного из этих трех видов осуществляют, учитывая удобство транспортировки, температуру воздуха при проведении работ и стоимость материалов.

Но независимо от способа обработки бетонных конструкций и формы, в которой находится гидрофобизатор, основным критерием выбора его оптимального варианта является тип основы состава, которая может быть водной или силикатной. Именно характеристики основы больше всего влияют на степень изоляции материала от жидкости.

Выбор лучшего гидрофобизатора

Подбирая гидрофобизатор для бетона и пытаясь определить, какой из них будет лучше в зависимости от основы, выбор стоит делать в пользу силикатных материалов. Их использование позволяет:

• получить более прочную защитную пленку;
• оставить неизменным внешний вид поверхности;
• заметнее улучшить гидроизоляционные свойства.

Также немаловажно учитывать тип обрабатываемой поверхности. Например, для пенобетонов следует использовать одни смеси, для газобетонов – другие.

Что такое гидрофобизатор: свойства, применение, разновидности

Все о гидрофобизаторах

Что это такое
Применение
Как работает
Плюсы и минусы
Разновидности
Советы по выбору

Это специальные вещества, которые используют в строительной индустрии с целью защиты поверхностей от воды и повышенной влажности.

Их еще называют гидростопами. Даже после нанесения гидрофобизатора материалы остаются «дышащими» и сохраняют свои свойства.

В строительной сфере этот метод обработки предназначен для выполнения ряда задач.

• Защищает структуру стройматериалов от разрушительного действия осадков.
• Предотвращает скопление воды и устраняет проблему капиллярного подсоса.
• Улучшает свойства материалов, делая их более стойкими к коррозии.
• Исключает появление грибка, образование грязи, плесени, размножение вредных микроорганизмов.
• Улучшает морозостойкость.
• Увеличивает эксплуатационный срок. Важно исключить скопление воды, поскольку многократное замерзание и оттаивание при перепаде температур разрушают структуру материалов. 
• Обеспечивает лучшее сцепление с лакокрасочными покрытиями.
• Препятствует потемнению поверхностей под воздействием воды.

Гидрофобизация защищает поверхности от воды на протяжении от 3 до 20 лет. Качество отделки и его преимущества зависят от используемого состава. Польза современной технологии в том, что это наиболее результативный способ избавиться от высолов (солевой налет). Особенно актуальна проблема в жилых домах. Помимо того, что выглядит это не эстетично, но еще и приводит к разрушению стен. Избавиться от высолов с помощью металлических щеток или мытья невозможно. Только гидрофобизация способна справиться с этой проблемой. 

Для защиты от воды используют растворы на основе кремнийорганических компонентов. Они обладают отличной водоотталкивающей способностью. При нанесении на поверхность они проникают в структуру конструкций на глубину до 3,5 сантиметров, образовывая защитную пленку и обеспечивая устойчивость к осадкам. Полимерное покрытие не влияет на паропроницаемость поверхности.

Регулярное воздействие осадков способно привести к разрушению даже прочной структуры. Особенно, если речь идет о перепадах температур и замерзании воды. При снижении температуры воздуха ниже 0 градусов, объем воды увеличивается примерно на 10%. Также проникновение влаги приводит к снижению теплозащитных характеристик. 

Гидростопы используют для защиты камня, плитки, кирпича, бетона, штукатурки. При обработке защитными составами вода не проникает внутрь материала.

В работе с химическими материалами можно выделить преимущества и недостатки современной технологии.

Плюсы

• После нанесения раствора основа становится более устойчивой к воздействию осадков.
• Удается дольше сохранить первоначальный внешний вид конструкций.
• Предотвращает размножение микроорганизмов, способствующих появлению плесени и грибковых образований.
• Сохраняется паропроницаемость, поэтому поверхность остается «дышащей».
• Увеличивается срок службы материала.
• Не возникает трудностей с нанесением раствора. Достаточно воспользоваться валиком или малярной кистью. Перед обработкой обязательно нужно очистить от грязи рабочую площадь. Если образовался грибок или плесень, их также устраняют. Просушки поверхности наносят защитную дисперсию.
• Фасад, дорожная плитка, кирпичные постройки и заборы намного быстрее высыхают после дождя. 
• Способ позволяет избавиться от образования наледей, которые часто приводят к травмам.

Минусы

• К минусам относят то, что технология еще малоизвестна. Из-за недобросовестных производителей существуют риски выпуска некачественных консистенций, которые не оправдывают ожиданий покупателей.
• Составы с высокими эксплуатационными свойствами стоят дорого. Нанести защитный слой, например, на кирпичный дом, обойдется недешево. 

Обработка бывает двух типов.

• Объемная. Активные водоотталкивающие компоненты добавляют в состав материала на этапе его производства. Получается, гидрофобизаторы становятся частью структуры изделия. В дальнейшем не понадобится его дополнительная обработка с целью защиты от попадания влаги и разрушения под воздействием осадков. Такой способ применяется при изготовлении кирпичей, кровельных, древесных, гипсоволокнистых материалов. В частных домах объемную гидрофобизацию применяют при заливке фундамента. Гидрофобизатор для бетона или кирпичей в этом случае повысит их водоотталкивающие свойства.
• Поверхностная. Отделка специальными растворами в процессе строительства. Это разновидность защиты, когда раствор наносят снаружи на готовые изделия. 

Вещества отличаются и по составу.

Виды по составу

• С добавлением алкилсиликонатов калия — это растворимые в воде консистенции.
• На основе гидросодержащих силоксанов.
• С применением каучуков и силансилоксанов. Их особенность в глубоком проникновении в структуру поверхности.

Гидростопы отличаются и сроком службы. Например, простые силиконаты гарантируют защиту до 8 лет. Если рассматривать современные силаны, их свойства сохраняются на протяжении 20 лет. В зависимости от этого колеблется и цена.

При выборе состава важно обращать внимание на его назначение и свойства. На рынке встречаются универсальные гидрофобизаторы, но лучше выбирать специализированные. Например, это могут быть составы для кирпича, керамики, клинкерной плитки и другие. 

Также есть разделение растворов по способу применения —для объемной или поверхностной гидрофобизации. То есть одни составы наносятся при изготовлении материалов, а другими обрабатывают снаружи уже в процессе строительства.

Производители обязаны в инструкции указывать расход консистенции и сроки службы. Это важные критерии выбора, которые помогут определиться с наиболее подходящей дисперсией для решения поставленных задач.

что это такое, силиконовый варианты для бетона, камня и дерева, как подготовить шов плитки, «Типром М» с эффектом мокрого камня

Факторы окружающей среды часто пагубно влияют на качество и долговечность строительных материалов. Для того чтобы защитить конструкции и основания от разрушения и продлить срок службы сооружениям, существует целый ряд специализированной продукции. Среди которой можно выделить такое средство, как гидрофобизатор.

Особенности

Далеко не все методы обеспечения защиты строений от влияния явлений окружающей среды эффективны, в особенности когда речь идет о воздействии на материалы влаги. Исходя из практического опыта, строители сходятся во мнении, что гидроизоляцию необходимо проводить в комплексе, сочетая различные методики. Однако применение таких средств, как гидрофобизаторы дает возможность одновременно решать несколько актуальных задач. Подобная возможность средства обусловлена специфическими чертами, присущими составу.

Среди них стоит выделить следующие свойства:

• такая пропитка, как гидрофобизатор может быть использована для обработки любого сырья, например, бетона, асфальта, кирпичной кладки, натурального и искусственного камня, шифера, газобетона, древесины, гипса, плитки и других. Но для каждого строительного материала необходимо приобретать узкоспециализированный состав, предназначенный именно для конкретного основания;
• большая часть защитных средств этого вида, обладая глубоким проникновениям в материал, не блокирует естественную циркуляцию воздуха сквозь обработанную поверхность, как некоторые полиуретановые лаки. Подобная особенность не влияет на уровень паропроницаемости, что исключает риск возникновения и развития грибка и плесени на сырье;

• универсальность гидрофобизатора, а также широкий ассортимент дают возможность использовать средство не только для внешнего нанесения, но и как добавку для разного рода составов, например, для приготовления бетона, что увеличивает срок службы готового изделия и всей конструкции;
• помимо защиты от влаги, продукция повышает некоторые свойства материалов – это касается эластичности и устойчивости к отрицательным температурам.

Исходя из вышеперечисленных особенностей, можно сделать вывод о том, что благодаря современным технологиям появилась возможность применения высокоэффективных средств, которые благотворно влияют на качество строительных материалов, увеличивая некоторые показатели, что, в свою очередь, положительно сказывается на долговечности конструкций.

Гидрофобизатор – это средство, в состав которого входят разного рода органические соединения. Он обладает вяжущей структурой, которую чаще всего наносят на поверхность материала. За счет обработки гидрофобизатором, на основании образуется пленка, препятствующая проникновению жидкости внутрь сырья.

Использование продукции абсолютно безопасно для здоровья человека и окружающей среды. Гидрофобизаторы для большинства материалов устойчивы к ультрафиолету и температурным колебаниям. Кроме того, данная продукция имеет следующие достоинства:

• благодаря такой пропитке минимизируется риск разрушения материала;
• состав обладает эффектом, который препятствует возникновению коррозии поверхностей;
• использование средства дает возможность сэкономить на дополнительном приобретении ЛКМ и грунтовок;

• водоотталкивающие свойства гидрофобизатора сохраняются на протяжении длительного периода времени;
• внешний вид материала после обработки остается на прежнем уровне, в особенности это актуально для натуральных материалов, например, дерева и природного камня;
• устойчивость к атмосферным осадкам подкрепляется стойкостью к разрушительному воздействию щелочи и других кислот, которые могут содержаться в воде;

• средство способно проникать в пористую структуру изделий на глубину до 35 мм, что увеличивает защитную и укрепляющую функцию;
• гидрофобизатор не имеет каких-либо ограничений в сфере применения, поэтому его можно использовать для наружных и внутренних работ;
• средство снижает адгезию льда к основанию, что способствует уменьшению нагрузки на стены конструкции;

• срок службы продукции составляет порядка 15 лет;
• обработка таким средством оснований препятствует скоплению различных загрязнений на материалах;
• благодаря наличию некоторых компонентов в составе на поверхности не получится наносить различные граффити, которые портят внешний вид строений, в частности фасадов.

Для того чтобы иметь полное представление о том, что собой представляет гидрофобизатор, необходимо отметить его минусы. По мнению профессиональных строителей, к недостаткам продукции нужно отнести полную прозрачность пленки, если использовать продукцию для обработки. Поэтому очень сложно отличить материал, покрытый защитным составом, от продукции, для которой такие работы не выполнялись.

Принимая во внимание подобную особенность гидрофобизатора, многие недобросовестные производители реализуют незащищенную продукцию под видом материала с наличием гидрофобизационной пленки.

Однако исключить риск обмана можно путем проверки поверхности специальным устройством, которое имеет название трубка Карстена. Такой способ определяет уровень водонепроницаемости материала путем воздействия определенного давления жидкостью на основание.

Виды

Водоотталкивающие средства можно разделить на такие две группы, как:

• объемные гидрофобизаторы, которые вводятся в состав, в частности бетона еще в процессе его производства;
• вторая группа представлена поверхностной продукцией, которая проникает в структуру готового изделия, в ходе ее нанесения на основание. Такие составы используют для ЖБИ, натурального камня, в особенности мрамора, для черепицы и декоративной отделки.

По химическому составу гидрофобизаторы бывают следующими:

• на водной основе;
• силиконовые средства.

Продукция, где базисом выступает силикон, более востребована за счет прочности покрытия. Смесь на водной основе также выделяется преимуществами, среди которых стоит отметить более высокий уровень устойчивости к ультрафиолету. .

Составы используются для неглубокого проникновения в основание – около 10 мм. Они очень просты и безопасны в эксплуатации. Обычно растворы на водной основе реализуются в концентрированном состоянии, поэтому перед использованием их необходимо разбавить водой, строго следуя инструкции

Кроме того, можно выделить продукцию на основе органического растворителя, уровень проникновения такого средства в состав достигает 35 мм, а также гидрофобизаторы, изменяющие внешний вид основания. Основным преимуществом такой продукции является способность состава усиливать базовый цвет поверхности, а также создание эффекта «мокрого камня». Существует продукция, которой присущи свойства не только облагораживать цвета и оттенки, но и задавать свой цвет, поскольку она в своем составе уже имеет красящие пигменты. Такая продукция популярна для применения в работе с гипсовыми конструкциями, изготовленными своими руками.

Исходя из технологии применения, поверхностные гидрофобизаторы классифицируются следующим образом:

• пропиточные средства;
• морилки;
• лакокрасочные составы.

На строительном рынке имеются различные средства, которые предназначены для работы с влажным либо же сухим основанием. Продукция на водной основе наносится только на сухое основание. Принцип действия гидрофобизаторов основывается на проникновении внутрь сырья и застывании. Такая возможность объясняется пористой структурой, которая характерна для большинства материалов, в особенности камней. Капиллярная жидкость при этом высвобождается, однако, молекулы могут свободно циркулировать.

Для камней различной породы используются защитные составы на базе силанов или же кремнийорганических полимеров. В ходе нанесения жидкий состав проникает в швы и поры сырья, при этом растворитель, чаще всего в его роли выступает изопропиловый спирт, испаряется, в результате на основании образуется пленка.

Сфера применения

Главным преимуществом гидрофобизаторов является широкая область применения. Благодаря этому составами можно защищать практически любую поверхность.

• Гидрофобизаторы для кирпича. Кирпич довольно часто стал использоваться в качестве облицовочного материала для фасадов зданий. Кирпичная облицовка не требует дополнительного декорирования и отделки, но именно такая поверхность имеет некоторый недостаток – появление белого налета на основании. Такие новообразования называются высолом, представляющим налет из минеральных солей. Своевременная обработка поверхности гидрофобизатором поможет исключить риск возникновения налета, а также увеличит прочность и долговечность кирпичной кладки, одновременно благотворно влияя на эстетическую составляющую материала.

• Гидрофобизатор для бетона защищает сырье от проникновения влаги. Состав может быть использован как пропитка для возведенной конструкции, так и в виде добавки для раствора. Иногда защита таких поверхностей проводится в комплексе.

• Защитные составы для шифера положительно сказываются на качестве кровельного материала, кроме того, сам по себе материал отличается внушительным весом, а напитавшись влагой, он будет создавать дополнительную нагрузку на стропильную систему крыши. Поэтому асбестоцементный шифер необходимо в обязательном порядке обрабатывать составом путем нанесения на листы. Кроме того, благодаря своевременной обработке на крыше не будет скапливаться грязь, а также расти мох.

• Влагозащитный состав для искусственного и натурального камня является необходимым, поскольку даже такие прочные породы, как гранит впитывают влагу. В этом несложно убедиться, обратив внимание на каменные основания бассейнов либо фонтанов, на цоколи зданий, на которых начинает прорастать зелень. Гидрофобизатор для гранита обеспечит ему надежный уровень влагонепроницаемости, а также поможет поддержать внешнюю привлекательность. Столешницы либо же раковины из искусственного камня порой бывает довольно сложно отмыть от налета и высолов. Использование защитного состава поможет избежать таких проблем. Специалисты, занимающиеся изготовлением изделий из натурального и искусственного камня, рекомендуют перед нанесением обязательно тестировать состав на обратной стороне изделия, чтобы убедиться, в том, что он не повлияет на цвет сырья.

Среди основных сфер применения гидрофобизатора также стоит выделить еще несколько областей, где актуально использование состава, а именно:

• бетонирование цехов, лабораторий;
• обработка водосточных лотков, септиков и колодцев;
• обеспечение защиты бордюров, тротуаров и отмостки, выполненных из плитки.

Как выбрать?

Чтобы правильно подобрать средство для пропитки бетона, кирпича, дерева и других материалов, стоит учитывать следующие нюансы:

• гидрофобизацию фасадов зданий необходимо проводить при помощи средств, изготовленных на силиконовой или кремниевой основе;
• не стоит забывать, что для каждого материала рекомендованы узкоспециализированные составы. Поскольку, например, в составе смеси для древесины чаще всего имеются дополнительные компоненты, которые противодействуют развитию грибка, плесени и процессу гниения сырья;

• следует внимательно изучить состав гидрофобизатора, сделав акцент на технических свойствах продукта. Необходимо отдавать предпочтение составам, которые имеют максимальный уровень проникновения в поры материала, а также большой срок службы;
• не стоит экономить на приобретении защитных смесей, поскольку в результате некачественной обработки через несколько лет придется выполнять замену всего материала, пришедшего в негодность от воздействия влаги, в особенности это актуально для внешних работ.

Способ использования

Чаще всего после выполнения отделки остаются небольшие фрагменты материала. Такие остатки стоит использовать для тестирования влагозащитного состава, стоит купить минимальную по объему упаковку средства и провести обработку изделия. После того как материал окончательно просохнет, можно оценить внешний вид, а также проверить гидрофобность материала с нанесенной обработкой.

Протестировать защитные свойства довольно просто – необходимо обильно полить материал водой, при этом капли жидкости должны скатываться с основания. Если эксперимент был выполнен успешно, можно смело приобретать необходимое количество гидрофобизатора и приступать к работе.

Для проведения обработки основания необходимо подготовить индивидуальные средства защиты для кожных покровов и глаз. Обработку составом поверхностей, расположенных внутри помещения, необходимо выполнять при хорошей вентиляции. Согласно рекомендациям специалистов, выполнять нанесение гидрофобизатора можно в температурном диапазоне от -20ºС до +30ºС. Но исходя из отзывов потребителей, наружные работы все же стоит проводить при температуре +10ºС, при условии минимальной влажности и отсутствия сильных порывов ветра.

Технология нанесения является следующей:

• очищается рабочая поверхность;
• проводится равномерное нанесение состава при помощи распылителя, валика либо кисти на материал в несколько слоев исходя из рекомендаций, указанных на упаковке;
• необходимо следить за тем, чтобы состав не стекал, не возникало больших временных интервалов между нанесением слоев;
• влагозащитные свойства материал приобретает через 24 часа. На это время поверхность нужно защитить от контакта с водой.

При обработке защитным составом больших по размеру оснований, правильнее будет разделить рабочую зону на несколько участков и проводить работы поочередно. Гидрофобная добавка для бетона, которая вводится непосредственно в сам раствор, добавляется исходя из расчета объема рабочей смеси и указанным значениям на упаковке.

Производители и отзывы

Первым критерием при выборе продукции станет сфера применения, а также производитель состава. На рынке строительной продукции выделяются несколько торговых марок гидрофобизаторов.

• «Аквасил» – это концентрированный состав для бетона и кирпича. Согласно отзывам потребителей, продукция отличается пожаростойкостью, а обработка составом обеспечивает ощутимое упрочнение монолита конструкции. Средство можно применять для поверхностного нанесения на бетон, а также в виде добавки в раствор
• «Спектр 123» – это эмульсия для бетона, оказывающая защитное действие не только на сам материал, но и на имеющуюся в конструкции арматуру и другие ЖБИ. Технология нанесения состава требует тщательного очищения рабочей поверхности, работы следует выполнять только при плюсовой температуре. Эффект от гидрофобизации на основании заметен уже через 20 часов после нанесения.

• «Типром-У» – это состав, который по своим свойствам схож с продукцией «Аквасол». Он примечателен хорошими грязеотталкивающими свойствами. Однако продукция не рекомендована к применению на поверхности, которые имеют частый контакт с водой. Кроме того, в продаже встречается продукция «Типром М» и «Типром К Люкс», используемые для работ с тротуарной плиткой.
• Alpa Polyfluid – это гидрофобизатор, глубоко приникающий в поры материала. Он включает в себя синтетические смолы и антифриз. Согласно отзывам потребителей, состав хорошо зарекомендовал себя в качестве средства для обработки поверхностей с уже имеющимися дефектами. Стоимость французской продукции значительно выше отечественных аналогов.

Кроме того, в линейки данной продукции для защиты поверхностей, стоит выделить средства «Неогард», «Армокрил-А», «ГКЖ-11», «Пента», «Кристаллизол».

Советы и рекомендации

Важным моментом, обеспечивающим качественное нанесение и защиту поверхностей при использовании гидрофобизаторов, является очистка оснований не только от скопившейся грязи и пыли, но и от солевых отложений, если таковые имеются. Эту работу можно выполнить при использовании специальных концентратов на основе смеси кислот.

Существует продукция с повышенными водоотталкивающими свойствами, в составе которой присутствуют растворители органического происхождения. Такой раствор может иметь довольно специфический запах, поэтому использование смеси рекомендуется исключительно для наружного применения.

Стоит учесть, что гидрофобизаторы нельзя наносить на полимерные основания, поскольку они не имеют хорошей адгезии друг с другом.

От уровня пористости поверхности зависит степень проникновения состава. Чем он выше, тем глубже состав проходит в структуру, а значит – уровень защиты материала возрастает. Долговечность гидрофобизирующего покрытия связана с частотой механического воздействия на материал. Частые обработки и мойка поверхностей сокращает срок службы защитного основания.

О том,как произвести гидрофобизацию,смотрите в следующем видео.

технология водоотталкивающей пропитки. Устройство гидрофобизирующей пропитки для бетона, кирпича, камня.

Технология Гидрофобизации – устройства водоотталкивающей пропитки для бетона, камня, кирпича и т.п.

Применяется материал: Элакор-МБ4 – Гидрофобизатор для бетона

Область применения.
Гидрофобизация (гидрофобизирующая пропитка) поверхностного слоя капиллярно пористых материалов: бетон, кирпич, камень натуральный и искусственный, шифер и т.д.

Для эксплуатации в помещениях и на открытом воздухе.

1. Общие требования, рекомендации.

• Влажность поверхности – не более 6мас.%.
• Температура проведения работ (воздуха и поверхности) от +5°С до +25°С.
• Относительная влажность – не нормируется.
• Выдержка бетона после укладки до обработки не менее 21 суток.
• Нанесение: валиками или кистями.
• Держите тару с материалом плотно закрытой.

2. Подготовка поверхности. Удалить грязь, пыль, старую краску, масляные загрязнения, рыхлые участки и т.п.

3. Подготовка материала к работе. Гидрофобизатор перемешать.

4. Гидрофобизация поверхности.
Равномерно наносить Гидрофобизатор на поверхность.
Если наносится на горизонтальную поверхность, следить, чтобы гидрофобизатор НЕ собирался в лужи.
Нанести 1-й слой. Расход 0,2-0,25л/м². Сушка 10-15мин. (Технология «мокрый по мокрому»).
Нанести 2-й слой. Расход 0,15-0,2л/м².
Через 12-24ч проверить эффект гидрофобизации (полить на поверхность воды – вода должна скатываться шариками). Если эффект не наступил, нанести ещё один слой материала.

Для улучшения эксплуатационных характеристик и увеличения срока службы пропитки для бетона (кирпича, камня) рекомендуется дополнительно нанести в 1 слой состав Элакор-МБ2 (расход 0,15-0,2л/м².).

5. После работы. Промыть инструмент водой.

6. Меры безопасности при работе.
Средства индивидуальной защиты при работе: х/б халаты или костюмы, обувь (подошва не нормируется), рукавицы х/б, резиновые перчатки, защитные очки. При попадании Гидрофобизатора на кожу – промойте это место водой. При попадании материала в глаза – тщательно промойте глаза большим количеством проточной воды.

7. Гидрофобизатор Элакор-МБ4. Негорюч. Пожаробезопасен, взрывобезопасен.
В составах используются исключительно водные системы.
Не содержит органических растворителей.

Элакор – пропитка для бетона – все варианты.

29нбр14

Что такое гидрофобизация кирпичной кладки

Георгий Ростиславович, Пермь задаёт вопрос:

Здравствуйте! Родительский дом построен из кирпича 2,5 десятка лет назад. Дело в том, что он расположен в прибрежной местности, в которой нередки густые туманы и дожди. При ветре осадки попадают на стены дома. В нашем регионе практически не бывает суровых зим, и мне кажется, что это спасает кирпич от разрушения, так как замерзшая вода постепенно бы развалила кладку. Тем не менее я хочу защитить стены от воздействия влаги, даже по той причине, что они станут более сухими. Конечно же, хочется обезопасить фасад и от последствий возможного резкого похолодания. Расскажите, пожалуйста, что такое гидрофобизация кирпичной кладки. Насколько действенна эта технология? Сложен ли процесс обработки стен? Заранее благодарю за информацию.

Эксперт отвечает:

Почти все стройматериалы, в том числе и кирпич, и кладочные растворы, отличаются довольно высокой степенью водопоглощения. Адсорбции способствует пористая структура материалов. В результате в тело блоков попадает не только вода, но и растворенные в ней соли, которые также способствуют их разрушению. Поэтому возникает нужда в гидрофобизации кирпичной кладки (да и не только ее), чтобы продлить срок эксплуатации строений и создать в них более приемлемый микроклимат.

Гидрофобизация отличается от гидроизоляции тем, что не только покрывает защитным слоем материал, но и пропитывает его на некоторую глубину. При этом поверхность не теряет способности «дышать». Применяя гидрофобизаторы, вы можете продлить срок службы строения. Такой эффект достигается из-за свойств пропиток, обеспечивающих улучшение:

• морозостойкости;
• влагостойкости;
• теплоизоляции;
• защиты от грибка;
• сопротивляемости коррозии в конструкциях;
• прочностных характеристик стройматериала.

Составы для гидрофобизации чрезвычайно широко представлены на сегодняшнем строительном рынке. Они делятся на водорастворимые и разводимые с помощью химических растворителей. Самыми дешевыми являются составы на водной основе. Тем не менее они создают на поверхности и в полостях стройматериала надежную защитную пленку. Правда, некоторые из растворов могут изменить внешний вид фасада, придав ему вид мокрого, но такие результаты обработки стен чаще возникают из-за нарушений в ее технологии. Более дорогие составы (силановые и силоксановые) готовятся с применением бензина, толуола и даже этанола. Но после пропитки ими на поверхностях не возникает «побочных эффектов» в виде высолов. К тому же гидрофобизаторы на основе органических растворителей более долговечны.

Следует отметить, что расход защитных пропиток для кирпичных поверхностей составляет от 0,8 до 1,1 л на м². Пропорции разведения основы растворителями колеблются от 1/10 до 1/55, поэтому подсчитать, сколько вам нужно приобрести пропитки, вы сможете, ознакомившись с инструкциями по приготовлению растворов, которые есть на каждой емкости с гидрофобизатором.

Поскольку ваш дом уже построен, то для его защиты от влаги можно применить 2 способа гидрофобизации:

• поверхностную;
• отсечную.

Первая технология является самой простой. Предварительно приготовленная по инструкции пропитка наносится на поверхности распылителем, валиком и кистью. Перед началом обработки стены следует очистить от грязи, пыли и жировых наслоений. Поверхностную гидрофобизацию проводят только в теплое время года. Перед ней кладка должна быть высушена. Поверхностная обработка осложняется несколькими факторами, в числе которых:

• продолжительное время просушки поверхности после пропитки, которое может достигать 24 часа;
• пропитка должна наноситься как можно равномернее, при этом нельзя допускать потеков или пропусков;
• работу нельзя проводить после дождя (вам придется почаще изучать прогнозы погоды, чтобы выбрать наиболее подходящее время для обработки, однако время просушки можно сократить, нагревая поверхности в течение ½ часа до 100-110° C).

Защита кладки от поступающей по капиллярам влаги осуществляется отсечной гидрофобизацией. Для того чтобы предотвратить поступление влаги в стену, в ней сверлятся отверстия. Шпуры высверливаются сверху вниз под углом в 30-45°. Глубина отверстий составляет 80-85% толщины стенок, а диаметр – 5-10 мм. После продувания в них нагнетается раствор. По окончании обработки отверстия заштукатуриваются.

Что такое гидрофобизация? – Блог «Клининг 911»

Не секрет, что вода очень агрессивно воздействует на популярные сегодня материалы – кирпич, штукатурка и керамические панели. Эти стройматериалы пористые, а значит предрасположены к впитыванию воды.

Вода угрожает постройкам как сверху (дожди и снег), так и снизу (грунтовые воды), нанося значительный вред:

• Дождь проникает в поры и при перепадах температуры вода меняет свой объём, вызывая локальные повреждения материалов;
• В современном мире капли дождя – особенно в городе – это уже не просто вода, это раствор множества газообразных выбросов. Оксид углерода, азот, фосфор, сера частично растворяются в дожде, превращая его в кислоту, разрушающую кирпич, мрамор и другие материалы. Возникают микротрещины и поры, которые постепенно вымываются: появляются раковины, серьезные трещины и характерные подтеки.

Если ничего не предпринимать, срок службы строения очень значительно сокращается.

Как решить эту проблему?

Для защиты от воды проводят гидрофобизацию: повышают способность материала отталкивать влагу с помощью специальных составов. Это самый простой способ минимизировать воздействие жидкостей на пористые материалы.

Работает такое решение просто и эффективно: гидрофобизаторы проникают в поры и микротрещины, взаимодействуют с материалом и образуют сложнорастворимые кристаллы. Такие «пробочки» не пропускают воду, но и не останавливают воздух – материал продолжает «дышать». Современные гидрофобизаторы могут «запечатать» даже трещины шириной в миллиметр!

Когда применяют гидрофобизаторы?

Гидрофобизация совершенно необходима, если нужно:

• Защитить материал от проникновения внутрь влаги;
• Повысить уровень теплоизоляции;
• Предотвратить появление высолов;
• Увеличить стойкость поверхности к коррозии и низким температурам;
• Повысить прочность стройматериалов, укрепив их структуру;
• Увеличить срок нормальной службы красок;
• Предотвратить рост лишайников, грибов и других микроорганизмов на поверхности.

Какими бывают гидрофобизаторы?

По составу эти вещества легко разделить на три группы:

1. Алкилсиликонаты – самые экономичные материалы. Представляют собой бесцветный водный раствор;
2. Н-силоксаны – надёжные и современные гидрофобизаторы. Прекрасно отталкивают воду, подходят для любой поверхности, не изменяют её цвет;
3. Силансилоксаны – самые технологически совершенные материалы, обладающие мощными водоотталкивающими свойствами и наибольшей глубиной проникновения.

Самые первые гидрофобизаторы начали появляться примерно сорок лет назад. Это были кремнийорганические жидкости – метилсиликонат натрия, этилсиликонат натрия и др. К сожалению, первое поколение гидрофобизаторов обладало рядом серьезных минусов: пожароопасностью, необходимостью приготовления специальных разбавителей, ограниченный срок действия и, ко всему прочему, низкой эффективностью. В современном поколении гидрофобизаторы – и отечественного, и импортного производства – практически полностью избавились от этих недостатков.

Предварительная подготовка и нанесение

Впрочем, даже самые современные и совершенные гидрофобизаторы не будут достаточно эффективны без предварительной обработки поверхности. Именно поэтому профессионалы рекомендуют обязательно подвергать покрытие пескоструйной очистке. Это позволяет:

• Эффективно очистить обрабатываемую поверхность от любой грязи;
• Обезжирить её для оптимального уровня адгезии;
• Обеспечить лучшее проникновения гидрофобизаторов в микропоры.

Гидрофобизатор наносится кистью или пульверизатором в несколько слоев, с интервалом в 1 час. Составы наносятся в один или, при необходимости, больше слоев на сухую поверхность стен при температуре от +5 до +25°С. Не рекомендуется проводить гидрофобизацию в условиях повышенной влажности – перед дождем или вечером.

Если вы не уверены, что сможете аккуратно и тщательно нанести растворы, правильно выбрать время, погоду и концентрацию, то лучше закажите гидрофобизацию у профессионалов.

Польза гидрофобизации

Современные гидрофобизаторы продлевают срок службы стройматериалов. При этом использование таких средств снижает расход лакокрасочных и пропиточных материалов, повышает пластичность растворов, бетона и штукатурки. Обработанные поверхности дольше сохраняют изначальные эстетические и функциональные свойства.

Хотите реже тратиться на стройматериалы? Закажите гидрофобизацию на сайте или позвоните по номеру 8 (800) 234 2 911. Мы работаем в Смоленске, Калуге, Брянске, Липецке, Пскове и Москве.

Гидрофобизаторы: применение, принцип действия, виды

Гидрофобизаторы или, как их еще называют, гидростопы изменяют физические свойства обрабатываемого материала, изменяя его способность поглощать и проводить влагу.

Для чего нужен гидрофобизатор?

На практике гидрофобизация обеспечивает следующие результаты:

• предотвращает негативные последствия от нерегулярного влияния атмосферных осадков;
• устраняет проблему капиллярного подсоса в стенах;
• улучшает морозостойкость;
• повышает устойчивость материалов к химической коррозии;
• позволяет предотвратить потемнение поверхностей, вызванное накоплением грязи, образованием грибка и плесени.

Важно отметить, что эти и другие результаты гидрофобизации сохраняются в долгосрочном периоде: защита от намокания действует на протяжении 3–20 лет (в зависимости от обрабатываемого материала и выбранного гидрофобизирующего состава).

Принцип действия

Как работает гидрофобизатор? Одним из важнейших свойств кремнийорганических составов «Типром» является их водоотталкивающая способность. В силу своей природы они могут проникать в структуру конструкций на глубину до 10-35 мм, предохраняя пористые и гигроскопичные строительные материалы от агрессивного воздействия окружающей среды и, в первую очередь, влаги. После нанесения гидростопа его химически активные компоненты просачиваются глубоко в капиллярную структуру материала и создают на поверхности пор и капилляров тонкую полимерную пленку, которая не изменяет паро- и газопроницаемость.

Вне зависимости от применения гидрофобизаторов, от лишней жидкости в ограждающих конструкциях зданий стоит избавиться задолго до снижения температуры ниже 0 °С. Это связано с тем, что при замерзании вода увеличивается в объеме на 12%, разрушая даже наиболее прочные материалы. Важно и то, что проникновение влаги в материал существенно снижает его теплозащитные характеристики. Так, например, увеличение влажности бетонных панелей всего на 10% ведет к росту тепловых потерь на 50% (!).

На практике для придания водогрязеотталкивающих характеристик искусственному и натуральному камню, тротуарной плитке, брусчатке, керамическому и силикатному кирпичу, бетону, штукатурке, цементно-стружечным, магнезитовым и гипсокартонным плитам, пено- и газобетону и другим минеральным структурам применяются различные универсальные и специализированные средства.

Виды гидрофобизации

Все гидрофобизаторы разнятся не только своей специализацией (рекомендованы для кирпича, дерева или других материалов), но и по составу и сроку службы. Так, простейшие силоксаны и силиконаты обеспечивают защиту от намокания на срок от 3 до 8 лет, а современные силаны и силан-силоксаны могут противостоять влаге не менее 10-20 лет.

По способу применения гидрофобизация может быть объемной или поверхностной. Эти практики различаются своей технологией: в первом случае состав вводится в воду затворения при производстве цементно-песчаных изделий, тогда как при поверхностной обработке – химические средства наносятся снаружи.

Обзор продуктов серии «Типром»

Типром У и Типром У1

Гидрофобизаторы высокого уровня защиты, готовые составы из силанов и силоксанов на основе органического растворителя. Водонепроницаемость – 120 мм вод.ст.

Типром К и Типром К Люкс

Готовая к применению универсальная кремнийорганическая эмульсия (или ее концентрат), обеспечивающая среднюю защиту и водонепроницаемость 50 мм вод.ст. Срок службы покрытия – не менее 10 лет.

Типром Д и Wepost Luxe

Готовый к применению кремнийорганический состав или концентрат, разводимый водой в соотношении 1:24. Придает обрабатываемым материалам водозащитные свойства, не меняя других свойств и характеристик.

Что такое гидрофобный? – Определение и взаимодействие – Видео и стенограмма урока

Определение гидрофобного

Слово гидрофобный происходит от греческих корней hydro – (означает вода) и – фобия (означает страх или ненависть). Слово гидрофобный описывает тот факт, что неполярные вещества не соединяются с молекулами воды. Давайте подробнее рассмотрим это определение. Вода – это полярная молекула , что означает, что она несет частичный заряд между своими атомами.Кислород, как электроотрицательный атом, притягивает электроны каждой связи ближе к своему ядру, тем самым создавая более отрицательный заряд. Следовательно, любые материалы с зарядом, будь то отрицательный или положительный, смогут взаимодействовать с молекулами воды и растворяться. (Подумайте, как соль растворяется в воде. Это происходит из-за зарядов ионов натрия и хлора.)

Итак, по сути, гидрофобных молекул – это молекулы, у которых нет заряда, то есть они неполярны. Из-за отсутствия заряда эти молекулы не имеют межзарядных взаимодействий, которые позволили бы им взаимодействовать с водой.Гидрофобные материалы часто не растворяются в воде или в любом растворе, который содержит в основном водную среду (водянистую). Эта характеристика гидрофобности – или неполярности – важна для многих молекул, обнаруженных в природе, в других организмах и даже в наших собственных телах.

Примеры гидрофобных молекул и материалов

Воски

Воски являются практическими примерами гидрофобных молекул, которые используются в коммерческих и биологических целях из-за их способности сопротивляться взаимодействию с водой.Например, если вы когда-нибудь натирали машину воском, вы, вероятно, заметили, что после этого вода скатывается с краски и скатывается с нее. Это связано с тем, что нанесенный воск гидрофобен и не взаимодействует с водой. Воск в этом случае помогает удерживать воду подальше от поверхности автомобиля.

Коммерческие воски отталкивают воду и вызывают образование бисера.

С другой стороны, во многих биологических системах воски можно использовать для других целей.Некоторые растения, например, используют воск для предотвращения утечки воды в результате испарения. Многие суккулентные растения, такие как алоэ, производят воск, который позволяет их тканям удерживать воду для биологического использования. Тем не менее, причина, по которой эти растения могут это делать, заключается в гидрофобности восков.

Растения алоэ используют воск для удержания воды.

Стероиды

Многие ключевые витамины и гормоны в организме являются стероидами, и эти молекулы неполярны.К ним относятся тестостерон, прогестерон и другие гормоны, производные от холестерина. Кроме того, к ним относятся витамины A, D, E и K, которые не растворяются в воде. (По совпадению, большинство молекул стероидов растворимы в жирах и липидах. ) Это позволяет стероидным гормонам и витаминам дольше оставаться в организме и сохранять их для будущего использования в организме. Кроме того, гидрофобная природа этих молекул позволяет этим молекулам пересекать плазматическую мембрану и легко проникать в клетки организма.

Холестерин: предшественник стероидных гормонов

Краткое содержание урока

Слово «гидрофобный» происходит от греческих корней «гидро», означающих «вода», и «фобия», означающих «боязнь или ненависть». Другими словами, гидрофобность описывает тот факт, что неполярные вещества не соединяются с молекулами воды. Вода – это полярная молекула , что означает, что она несет частичный заряд между своими атомами. Гидрофобные молекулы – это молекулы, у которых нет заряда, то есть они неполярны. Гидрофобные материалы часто не растворяются в воде или в любом растворе, который содержит в основном водную среду (водянистую). Масло, воски и стероиды – все это примеры гидрофобных материалов и молекул.

Словарь	Определения
Гидрофобный	гидро (вода) и фобия (боязнь или ненависть): неполярные вещества не сочетаются с молекулами воды
Полярная молекула	вода несет частичный заряд между своими атомами
Гидрофобные молекулы	молекулы, которые неполярны или не имеют заряда
Водный	водянистая среда

Результаты обучения

Внимательно изучите видеоурок по гидрофильным молекулам, чтобы вы могли позже:

• Разделите термин «гидрофобный» и дайте его определение
• Опишите, что такое гидрофобные молекулы
• Укажите некоторые гидрофобные примеры

Гидрофобизация хлопчатобумажной ткани силанами с разными заместителями

Материалы

Хлопчатобумажная ткань прямого переплетения (145 г / м ² ) 0. В этом исследовании использовалась толщина 36 мм с 205 нитями / 10 см и 295 нитями / 10 см в направлениях основы и утка, соответственно. Перед модификацией хлопчатобумажная ткань была очищена, как описано ранее (Makowski et al. 2014). Образцы ткани очищали экстракцией в течение 2 часов диэтиловым эфиром (чистота 98% годовых) и в течение следующих 2 часов безводным этанолом (чистота годичных), оба от Chempur, Польша. Затем образцы дополнительно очищали в течение 2 ч в кипящем этаноле с обратным холодильником, промывали бидистиллированной водой и сушили при 120 ° C в течение 30 мин.

Для гидрофобизации использовались следующие силаны: триметилхлорсилан C ₃ H ₉ SiCl (TMCS), дихлордиметилсилан C ₂ H ₆ Cl ₂ Si (DMDCSane) C 9014ил 7 (метил) дихлорсилан H ₈ Cl ₂ Si (DCMPhS), 3-хлорпропилметилдихлорсилан C ₄ H ₉ Cl ₃ Si (CPTCS), (3,3,3-трифторпропил) дихлорметилсилан 7 Cl ₂ F ₃ Si (TFDCMS) и 3-аминопропил (диэтокси) метилсилан C ₈ H ₂₁ NO ₂ Si (AMDES).

TMCS с чистотой 98% был приобретен у Fluka Sigma-Aldrich (Германия), тогда как DMDCS с чистотой 99%, DCMPhS, CPTCS, TFDCMS и AMDES, все четыре с чистотой 97%, были доставлены ABCR (Германия). Структуры использованных силанов показаны на рис. 1.

Рис. 1

Структуры силоксанов: (1) триметилхлорсилан; (2) дихлордиметилсилан; (3) дихлор (метил) фенилсилан; (4) 3-хлорпропилметилдихлорсилан; (5) (3,3,3-трифторпропил) дихлорметилсилан; (6) 3-аминопропил (диэтокси) метилсилан

Кроме того, соляная кислота, 35%, от Chempur (Польша), толуол р.а. чистота от StanLab (Польша), н-гексан, 95%, от HiPerSolv Chromanorm (Польша), 1,4-диоксан, 99,8%, от Chem-Lab NV (Бельгия) и этанол, 96%, от Avantor (Польша). использовал.

Гидрофобизация хлопчатобумажной ткани

Перед гидрофобизацией все образцы ткани кондиционировали при комнатной температуре (RT) в эксикаторах в парах насыщенных водных растворов солей при относительной влажности (RH) 30% и 70% (Makowski et al. 2014).

Для придания гидрофобности каждый образец помещали в полипропиленовый сосуд, содержащий 0.5 М раствор силана в безводном толуоле или н-гексане, за исключением 3-аминопропил (диэтокси) метилсилана, который растворяли в 1,4-диоксане. Использовали 100 мл раствора на 1 г ткани. Процесс проводили при комнатной температуре в течение 1 ч. Затем образцы промывали последовательно в толуоле, этаноле, смеси этанол-дистиллированная вода (1: 1) и дистиллированной воде, а затем сушили на воздухе при комнатной температуре.

Характеристика

Все образцы хлопчатобумажной ткани были покрыты слоем золота толщиной 10 нм ионным распылением с использованием устройства для нанесения покрытий Quorum EMS150R ES (Великобритания), а затем проанализированы с помощью SEM JSM-6010LA JEOL (Япония) с EDS.

ATR-FTIR-спектры чистой и модифицированной ткани регистрировали на спектрометре FT / IR-6200 Jasco (Германия), оборудованном устройством ATR PRO610P-S.

Для определения краевых углов смачивания воды (WCA) на поверхности материалов были помещены 5 мкл капель дистиллированной воды при 25 ° C. Значения WCA измеряли с использованием гониометра RameHart NRL, 100-00-230 (RameHart, NJ), соединенного с камерой и оптической системой. Определение значений WCA проводилось с помощью программы Drop Analysis. Для получения средних значений измерения повторяли пять раз для трех образцов каждого материала и результаты усредняли.

Спектры импеданса в диапазоне частот 20 Гц – 1 МГц были определены с помощью прецизионного измерителя RLC HP4284A с синусоидальным сигналом с амплитудой 20 В. Образцы помещались между двумя медными электродами в виде дисков диаметром 10 мм и соединялись с измерительным блоком кабелем длиной 1 м. Расстояние между двумя электродами было постоянным и равным 301 мкм.

Недавний прогресс в понимании гидрофобных взаимодействий

Аннотация

Мы представляем здесь краткий обзор прямых измерений силы между гидрофобными поверхностями в водных растворах.В течение почти 70 лет исследователи пытались понять гидрофобный эффект (низкая растворимость гидрофобных растворенных веществ в воде) и гидрофобное взаимодействие или сила (необычно сильное притяжение гидрофобных поверхностей и групп в воде). После многих лет исследований того, как гидрофобные взаимодействия влияют на термодинамические свойства таких процессов, как образование мицелл (самосборка) и сворачивание белков, в 1980-х годах стали появляться результаты прямых измерений сил между макроскопическими поверхностями.Сообщенные диапазоны притяжения между различными подготовленными гидрофобными поверхностями в воде выросли с первоначально заявленного значения 80–100 Å до значений вплоть до 3000 Å. Недавние усовершенствованные методы подготовки поверхности и комбинация измерений с помощью аппарата поверхностных сил с визуализацией с помощью атомно-силовой микроскопии позволили объяснить дальнодействующую часть этого взаимодействия (при расстоянии> 200 Å), которое наблюдается между определенными поверхностями. Мы предварительно пришли к выводу, что только короткодействующая часть притяжения (<100 Å) представляет собой истинное гидрофобное взаимодействие, хотя количественное объяснение этого взаимодействия потребует дополнительных исследований. Хотя наша методика измерения силы не позволяла собирать надежные данные при разделении <10 Å, ясно, что в этом режиме должна действовать некоторая более сильная сила, если измеренная кривая энергии взаимодействия должна экстраполироваться на измеренную энергию адгезии по мере приближения разделения поверхности ноль (т. е. когда поверхности входят в молекулярный контакт).

Еще в 1937 г. (1) исследователи осознали сложность проблемы низкого сродства неполярных групп к воде и постулировали энтропийное происхождение эффекта из-за его сильной температурной зависимости.В знаменательной статье Фрэнка и Эванса (2) была сделана первая попытка предоставить подробную теорию гидрофобного эффекта. Франк и Эванс описали молекулы воды, перестраивающиеся в микроскопический «айсберг» вокруг неполярной молекулы, и обсудили энтропийные последствия этого «замораживания». Несколько лет спустя Клотц (3) разработал общую теорию связи между двумя неполярными молекулами, а в 1959 году термин «гидрофобная связь» был введен Каузманном (4) для описания тенденции к адгезии между неполярными группами белков в водный раствор. Каузманн предположил, что эта связь, вероятно, была одним из наиболее важных факторов в стабилизации определенных свернутых конфигураций в нативных белках.

Хотя термин гидрофобная связь все еще используется сегодня, еще в 1968 году некоторые исследователи начали оспаривать это описание гидрофобного взаимодействия (5). Использование слова «связь» было сочтено неуместным, учитывая, что притяжение между неполярными группами лишено каких-либо характерных черт, которые отличают химические связи от сил Ван-дер-Ваальса.Несмотря на споры о семантике того, какую терминологию использовать, до конца 1960-х годов существовала идея, основанная в первую очередь на работе Танфорда, Каузмана, Немети и Шераги (4, –10), что существует гидрофобная связь, рассматривается как спонтанная тенденция неполярных групп прилипать к воде, чтобы минимизировать их контакт с молекулами воды. Одним из наиболее озадачивающих аспектов гидрофобного эффекта при первом рассмотрении проблемы был тот факт, что большинство ученых привыкли думать о взаимодействиях и силах между частицами как о свойствах самих частиц, а не суспендирующей среде растворителя ( 11).В 1954 году Кирквуд (12) отметил, что роль молекул воды в среднем притяжении между неполярными группами может быть больше, чем роль прямого ван-дер-ваальсова взаимодействия между этими группами (12).

Ситуация начала меняться в начале 1970-х, когда начали развиваться вычислительные методы, такие как методы Пратта и Чендлера (13), и простая, но привлекательная модель гидрофобной связи уже не могла согласовываться с тем, что было известно о физические свойства разбавленных растворов гидрофобных молекул в воде.Например, эксперименты за это время показали, что свободная энергия пропорциональна площади гидрофобной поверхности (14, 15). Вычислительные методы в сочетании с применением белковой инженерии для непосредственного изучения роли гидрофобных аминокислотных остатков в сворачивании белка продолжают давать доказательства, противоречащие традиционной интерпретации гидрофобного эффекта (16). Совсем недавно, по мере развития теории неоднородных жидкостей, стало ясно, что нет необходимости использовать какую-либо специальную структуру для воды, чтобы предсказывать, что «странные вещи будут происходить на границах раздела» (17).

Проявления гидрофобного эффекта

На рис. 1 показан ряд систем, которые в значительной степени опосредованы гидрофобным эффектом или гидрофобным взаимодействием. Несколько исследований относительно низкой растворимости неполярных растворенных веществ в воде (и наоборот) показали, что сила взаимодействия намного больше, чем можно было бы ожидать от классической «теории Лифшица» сил Ван-дер-Ваальса. Более поздние теории, пытающиеся объяснить низкую растворимость простого неполярного растворенного вещества в воде (рис.1 a ) существенно используют молекулярную структуру воды (13, –20). Однако точная форма и химическая структура молекул растворенного вещества также важны, потому что структура воды может быть очень чувствительной к локальной структуре растворенного вещества (21–23).

Рисунок 1.

Проявления гидрофобного взаимодействия и гидрофобного эффекта.К ним относятся низкая растворимость гидрофобных растворенных веществ (например, масла) в воде и наоборот ( a ), сильная адгезия между твердыми гидрофобными поверхностями ( b ), явления обезвоживания, приводящие к большому краевому углу ( c ). ), гидрофобные загрязняющие вещества или загрязняющие вещества, адсорбирующиеся на границе раздела воздух-вода ( d ), образование мицелл ( e ), сворачивание белка ( f ) и протекание через гидрофобные поверхности, что приводит к наблюдаемой длине проскальзывания твердого вещества – жидкая граница раздела ( г, ).Длина проскальзывания, b , приблизительно связана с толщиной обедненного слоя δ через b ≈ 50δ (122).

Гидрофобное взаимодействие можно качественно понять как взаимодействие, которое вызывает агрегацию или кластеризацию гидрофобных фрагментов. Это взаимодействие проявляется многими обычно наблюдаемыми способами. Помимо низкой растворимости неполярных растворенных веществ в воде, гидрофобное взаимодействие отвечает за значительную работу адгезии между твердыми гидрофобными поверхностями (рис.1 b ) и является причиной быстрой коалесценции или флокуляции, которая обычно наблюдается в коллоидных системах гидрофобных жидких капель или твердых частиц. Гидрофобный эффект также можно увидеть в тонких пленках воды, обезвоживающих гидрофобные подложки, в результате чего образуется капля с большим краевым углом смачивания (рис. c ) (24–27) и тем фактом, что поверхность раздела воздух-вода без покрытия (воздух является «гидрофобным») легко адсорбирует гидрофобные частицы и загрязняющие вещества (поверхностно-активные вещества, полимеры и белки), которые присутствуют в атмосфере или рассеиваются в ней. вода (рис.1 д ) (28).

Ряд процессов самосборки осуществляется за счет гидрофобного взаимодействия, включая образование мицелл (рис. e ), везикулы и бислои (29, 30) и сворачивание белка (рис. ф ) (4, 31). Скорость сворачивания белка остается очень активной областью исследований и стала одной из основных мотиваций для развития понимания гидрофобного взаимодействия в масштабах молекулярной длины, как это было со времен пионерской работы Каузмана (4) и Танфорда ( 32).

рисунок 1 г представляет собой схематическое изображение воды, протекающей через гидрофобный канал. Для гидрофильных поверхностей или стен соблюдается классическое граничное условие без проскальзывания (длина проскальзывания b = 0) вплоть до контакта ( D = 0), но для гидрофобных стен длина проскальзывания b , как сообщается, составляет быть ненулевым. В доступной в настоящее время литературе сообщается о широком диапазоне измеренных длин проскальзывания от <20 нм до> 1 мкм, полученных с помощью множества различных методов, включая измерения поверхностных сил (SFA) и измерения потока в микроканале (33–48).Большой разброс результатов свидетельствует о том, что происхождение этой длины проскальзывания до сих пор не совсем понятно. Сложности возникают при сравнении экспериментальных результатов, которые включают «степень гидрофобности» поверхностей (как определено измерениями краевого угла), влияние шероховатости поверхности и скорости сдвига, а также возможное наличие слоя газа или воды с пониженной плотностью толщина δ на гидрофобной границе твердое тело – жидкость (рис. г ), что также влияет на силы между поверхностями (обсуждаемые ниже).Большинство экспериментов обнаруживают длину проскальзывания в несколько десятков нанометров (43, 46, 47), что немного больше, чем предсказания численного моделирования (49).

Несмотря на значительный объем информации, полученной в результате этих исследований, они не обеспечивают силовой закон (профиль «сила-расстояние» или «энергия-расстояние») гидрофобного взаимодействия. Одним из самых мощных инструментов для изучения гидрофобности является прямое измерение силы между двумя гидрофобными поверхностями или молекулярными группами.До сих пор такие измерения были сосредоточены на взаимодействиях между макроскопическими или микроскопическими (но не наноскопическими) поверхностями, и следует отметить, что не было никаких указаний на то, что взаимодействия между макроскопическими гидрофобными поверхностями и между небольшими гидрофобными растворенными веществами или молекулярными группами должны быть количественными. то же самое (т. е. что закон силы «попарно аддитивен»). Отсутствие парной аддитивности снова отражает тот факт, что дискретных гидрофобных «связей» не существует.

Прямое измерение сил между гидрофобными поверхностями

Несмотря на большое количество исследований, проведенных за последние 20 лет, глубокое и количественное понимание происхождения и природы взаимодействия между гидрофобными поверхностями через воду и водные растворы остается труднодостижимым.Происхождение сильного и часто дальнодействующего притяжения между гидрофобными поверхностями было предметом значительного объема работ, однако в настоящее время не существует единой теории, которая могла бы охватить все экспериментальные результаты, которые сами по себе часто противоречат друг другу. Спустя годы после первоначальных экспериментов, проведенных Израэлачвили и Пашли в 1982 году (50, 51), стало все более ясно, что гидрофобная сила является более сложной, чем первоначально предполагалось. Любую попытку понять гидрофобное взаимодействие усложняет тот факт, что разные экспериментальные методы измерения силы и разные методы гидрофобизации приводят к разным измеряемым притяжениям.

На рис. 2 показаны характерные силовые кривые, полученные с использованием трех различных методов гидрофобизации (и измеренные с помощью трех разных методов). Как обсуждалось в обзоре Christenson и Claesson (52), подавляющее большинство сил, измеряемых между гидрофобными поверхностями, попадает в одну из трех показанных категорий. Рис. 2 a демонстрирует типичное взаимодействие между гладкими, стабильными, «хемосорбированными» гидрофобными поверхностями (53–56). Для этой системы притяжение при приближении не измеряется до тех пор, пока поверхности не «прыгают» в контакт с расстояния D _J <170 Å.Рис. 2 b показывает типичную силовую кривую для «физадсорбированных» поверхностей поверхностно-активного вещества, либо монослоев, осажденных по Ленгмюру-Блоджетт (LB), либо самоорганизующихся монослоев (54, 57–65). Эта система обычно демонстрирует силу притяжения, которая является дальнодействующей и биэкспоненциальной, причем дальнодействующая часть имеет длину затухания, отличную от ближней. Третий тип системы, показанный на рис. c , в случае многих химически силанированных поверхностей с большим углом смачивания.Такие поверхности демонстрируют силовую кривую с резкими ступенями, которые обычно интерпретируются как обусловленные существовавшими ранее мостиковыми нанопузырьками, которые также отображаются с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) (66–77).

Рис. 2.

Типичные кривые силы, измеренные между поверхностями, гидрофобизированными тремя различными методами. ( a ) Притяжение на коротких расстояниях между устойчивыми поверхностями.[Воспроизведено с разрешения исх. 54 (Copyright 1995, Американское химическое общество).] ( b ) Биэкспоненциальное притяжение на больших расстояниях между физадсорбированными или самоорганизующимися поверхностями поверхностно-активного вещества. ( c ) Ступенчатые кривые силы, указывающие на перекрытие нанопузырьков. [Воспроизведено с разрешения исх. 73 (Авторское право 1994, Американское химическое общество).]

Сужение области потенциальных моделей для объяснения притяжения между гидрофобными поверхностями осложняется трудностями в определении соответствующих параметров.Опубликованы, казалось бы, противоречивые данные о влиянии ионов электролита (59, 62, 73, 78–81) и температуры (82, 83). Тем не менее, удаление растворенного газа снижает диапазон притяжения, а также его величину, но только на больших расстояниях (81, –87). Также было показано, что удаление растворенного газа увеличивает устойчивость коллоидов (88) и эмульсий (89–92) к агрегации. Чрезвычайно дальнодействующие притяжения, измеренные между гидрофобной и гидрофильной поверхностями (93–97), также подняли вопросы о происхождении эффекта.На рис. 3 показаны эффекты деаэрации (удаления растворенного газа) (рис. 3). a ), увеличивая концентрацию одновалентного электролита (ионную силу) (рис. b ) и асимметрии (гидрофобно-гидрофильная система) (рис. c ), где в каждом случае «гидрофобная поверхность» представляла собой физадсорбированный монослой двухцепочечного поверхностно-активного вещества диоктадецилдиметиламмонийбромида на слюде, в котором фрагмент DODA ⁺ (диоктадецилдиметиламмоний) адсорбируется на отрицательно заряженной поверхности слюды.Все данные были получены с использованием метода «динамического SFA», как описано в ссылках. 98 и 99, в которых расстояние между поверхностями регистрируется в реальном времени, когда поверхности сводятся вместе с постоянной скоростью движения. Эти данные затем можно использовать для расчета силы F ( D ), действующей между поверхностями на расстоянии D . Во всех представленных здесь результатах предполагалось граничное условие прилипания. Если бы проскальзывание происходило на поверхности ( b > 0), предположение о граничном условии отсутствия проскальзывания ( b = 0) привело бы к расчетной силе, которая будет более привлекательной при малых расстояниях.

Рис. 3.

Влияние деаэрации ( a ), соли ( b ) и асимметрии (гидрофобно-гидрофильные взаимодействия) ( c ) на взаимодействие между поверхностями слюды, покрытой DODA. ( Верхний ) Кривые зависимости расстояния от времени. ( Нижний ) Кривые зависимости силы от расстояния для той же системы.

Для справки, каждая панель на рис. 3 показывает силу, измеренную между двумя поверхностями, покрытыми DODA, в чистой (недеаэрированной) воде, представленной синими кружками. В этой системе поверхности начинают ускоряться от кривой F ( D ) = 0 (отсутствие молекулярной силы) при разделении поверхностей D ≈ 450 Å, что указывает на начало действия силы притяжения. На расстоянии всего> 200 Å вступает во владение значительно более сильная сила, и поверхности начинают свой прыжок в соприкосновение.Рис. 3 a , мы видим влияние деаэрации на эту систему. Как ранее сообщалось для этой системы (87), удаление растворенного газа устраняет только дальнодействующую часть силы. В данных о расстоянии от времени эффект деаэрации можно увидеть по кривой деаэрации, отклоняющейся от кривой F ( D ) = 0 при D ≈ 250 Å, а не на удвоенном расстоянии, и Кривая зависимости силы от расстояния, притяжение в деаэрированном корпусе выглядит намного ближе.Однако важно отметить, что две силовые кривые проходят почти идентичный путь на последних 100 Å перед контактом. Этот результат согласуется с тем, что наблюдается во всей литературе: удаление растворенного газа влияет только на дальнодействующую часть силы притяжения, оставляя ближнюю силу неизменной. Было высказано предположение, что эффект деаэрации является результатом связанного с этим увеличения pH раствора, а не прямым результатом отсутствия растворенного газа (100). Это увеличение pH увеличивает отталкивание двух слоев и, таким образом, приводит к очевидному снижению (гидрофобного) притяжения.

Практически идентичные силы, измеренные в аэрированной и деаэрированной воде при разделении поверхностей <100 Å, распространяются на весь путь до контакта ( D = 0). Таким образом, измеренные силы сцепления F _и , необходимые для отделения поверхностей от контакта с клеем, в обоих случаях одинаковы, со значениями F _ad / R ≈ −600 мН / м. Эти значения соответствуют межфазной энергии (натяжению), заданной уравнением Джонсона – Кендалла – Робертса (JKR) (101), что немного выше ожидаемого термодинамического значения для межфазного натяжения границы раздела углеводород – вода ≈50 мДж / м ² .

Один из примеров результата введения электролитов в систему показан на рис. 3. б . Опубликованные результаты по воздействию электролитов значительно различаются. Хотя некоторые исследователи сообщили об уменьшении диапазона и / или величины притяжения между гидрофобными поверхностями в растворах электролитов (59, 62, 79, 96, 102), другие сообщили об отсутствии заметного эффекта (54, 55, 81), а третьи сообщили об увеличении измеренного притяжения и адгезии (103, 104).Эти противоречивые результаты дают дополнительные примеры того, как методы поверхностной гидрофобизации играют важную роль. Для поверхностей DODA в 1 мМ NaNO ₃ наши измерения SFA (рис. b ) показывают, что поверхности испытывают легкое отталкивание при величине> 250 A, прежде чем начать свой прыжок в контакт с расстоянием всего <150 A. Интересно отметить, что когда нормализованная кривая силы, F ( D ) / R , в растворе электролита вычитается из кривой в чистой воде, полученная кривая является чисто экспоненциальной с длиной затухания λ = 92 Å, ожидаемая длина дебая для 1 мМ NaNO ₃ .Это согласие указывает на то, что дальнодействующее притяжение обусловлено двухслойными силами.

Взаимодействие между гидрофобной (слюда, покрытой поверхностно-активным веществом) и гидрофильной (голая слюда) поверхностью показано на рис. с . Опять же, в соответствии с ранее опубликованными отчетами об аналогичных «асимметричных» системах (93–97), при объединении двух поверхностей притяжение возникает с гораздо большего расстояния ( D, ≈ 1,250 Å), чем в симметричном случае ( D ≈ 450 Å), за которым следует большее расстояние «прыжка» и более сильная сила ближе к нему.Всегда было трудно найти удовлетворительное объяснение более сильного притяжения между гидрофобной и гидрофильной поверхностями, чем между двумя гидрофобными поверхностями, но недавние исследования, включающие АСМ-изображения, смогли объяснить этот эффект, а также другие ранее загадочные наблюдения. На рис. 4 показаны АСМ-изображения физадсорбированного (осажденного LB) слоя DODA на слюде (94) (рис. a ), слой бромида цетилтриметиламмония, самоорганизующийся на слюде (95) (рис.4 b ), и поверхность гидрофобного стекла, предположительно покрытая тонким слоем пузырьков (71) (рис. с ). Хотя поверхности, показанные на рис. a и b оба были гладкими гидрофобными монослоями в воздухе, пятнистые бислои появлялись вскоре после того, как поверхности были погружены в воду. Из-за отрицательного заряда чистой слюды и положительного заряда головных групп поверхностно-активного вещества DODA ⁺ и CTA ⁺ (цетилтриметиламмоний) результирующие силы как в LB, так и в самоорганизующемся монослое являются притяжениями на большие расстояния. из-за электростатики, а не гидрофобности, возникающей из-за притяжения между положительно заряженными двухслойными пятнами и отрицательно заряженными слюдяными поверхностями или отверстиями на противоположной поверхности (94, 95).Рис. 4 c показывает AFM-изображение субмикроскопических, как сообщается, существовавших ранее нанопузырьков пара на гидрофобной поверхности. Поскольку каждый пузырек перекрывает две гидрофобные поверхности, возникает притягивающая капиллярная сила. Такой механизм будет создавать очень длинные ступенчатые кривые силы, такие как те, что показаны на рис. с .

Инжир.4.

АСМ-изображения гидрофобных поверхностей, полученных разными методами, в различных водных растворах. Показаны гидрофобные поверхности под водой, полученные LB-осаждением DODA на слюде ( a ) и самосборкой бромида цетилтриметиламмония на слюде ( b ). [ b воспроизведено с разрешения исх. 95 (Copyright 2005, Американское химическое общество).] ( c ) Нанопузырьки на гидрофобной стеклянной подложке. [Воспроизведено с разрешения исх.71 (Copyright 2002, Американское химическое общество).]

За последние 20 лет было опубликовано бесчисленное количество статей, касающихся возможных объяснений гидрофобного взаимодействия. В предлагаемых моделях использовались энтропийные эффекты из-за молекулярной перестройки воды вблизи гидрофобных поверхностей (13, 51, 57, 105), электростатических эффектов (106, 107), коррелированных флуктуаций заряда (108, 109) или коррелированных дипольных взаимодействий (96), перекрытие субмикроскопических пузырьков (66, 70–73, 77, 110, 111) и кавитация из-за метастабильности промежуточной жидкости (60, 61, 85, 91, 112–117).Схемы некоторых из этих моделей показаны на рис. 5.

Рис. 5.

Возможные механизмы дальнего притяжения между гидрофобными поверхностями. ( a ) Хотя истощающий слой существует рядом с гидрофобной поверхностью, диапазон толщины этого слоя обычно составляет всего от одной до двух молекул воды, что позволяет предположить, что должна действовать только сила ближнего действия.( b ) Присутствие гидрофобного растворенного вещества (или иона) также влияет на локальную ориентацию окружающих молекул воды, эффект, который может распространяться на многие молекулярные слои в объеме. ( c и d ) Локальные флуктуации заряда на одной поверхности могут влиять на плотность заряда противоположной поверхности, вызывая притягивающее электростатическое взаимодействие на большие расстояния, подобное тому, которое наблюдается с неоднородными бислоями. ( e ) Находясь на гидрофобных поверхностях, нанопузырьки могут объединяться, что приводит к привлекательному давлению Лапласа в большом диапазоне.

Кажется, что ни одна из существующих моделей не способна объяснить гидрофобное взаимодействие во всем диапазоне наблюдаемых расстояний, условий раствора, методов гидрофобизации, шероховатости и текучести поверхности, а также «гидрофобности» определенных химических групп. Некоторые исследователи предположили возможность того, что дальнодействующее притяжение, наблюдаемое во многих экспериментах, на самом деле является комбинацией дальнодействующей силы из-за множества системно-зависимых, негидрофобных (или только косвенно гидрофобно-зависимых) эффектов и короткого действия. диапазон, истинно гидрофобное взаимодействие (63, 118, 119).С помощью АСМ изображения (рис. 4) недавно было выяснено происхождение дальнодействующего ( D > 200 Å) притяжения между поверхностями, гидрофобизированными различными методами. Как показано на рис. 5 d , молекулярная перестройка в пятнистые бислои (двухслойные островки или непрерывные бислои с дырками) теперь, по-видимому, ответственна за дальнодействующее притяжение в случае многих LB-осажденных и самоорганизованных поверхностей (94, 95). Уже в 1997 году Кристенсон и Яминский (119) отметили очевидную корреляцию между гистерезисом краевого угла смачивания и существованием дальнодействующего притяжения между гидрофобными поверхностями, наблюдение, которое согласуется с механизмом этой силы, который включает значительные молекулярные перестройки, когда первоначально гидрофобная поверхность контактирует с водой.Другой пример, в котором АСМ дало новое понимание происхождения дальнодействующей силы, измеренной между гидрофобными поверхностями, заключается в идее, что нанопузырьки могут быть ответственны за ступенчатое притяжение между многими высокогидрофобными (например, силанированными) поверхностями. Формирование таких пузырьков на гидрофобных поверхностях потребовало бы поверхностных дефектов, на которых пузырьки могли бы зародиться. Эдерт и Лидберг (118) пришли к выводу, что диапазон «истинного» гидрофобного взаимодействия составляет <200 Å после наблюдения дальнодействующего взаимодействия, которое, по-видимому, было результатом образования мостиковых нанопузырьков и вообще не связано напрямую с гидрофобностью поверхностей.Единственная сила, существующая между всеми типами гидрофобных поверхностей, остается ближним ( D <200 Å) притяжением.

Для исследования сил, действующих на близком расстоянии, без возможности осложнений, которые могут вызвать эффекты дальнего действия, подобные тем, которые обсуждались выше, требуются гидрофобные поверхности, которые должны быть гладкими, сплошными, без дефектов, на которых могут образовываться нанопузырьки, и стабильными. в воде. Одна такая система была ранее описана Вудом и Шармой (54, 55, 120) с использованием хемосорбированных монослоев октадецилтриэтоксисилана (ОТЕ) на активированной слюде, результаты которой показаны на рис.2 а . Используя метод скачка, исследователи смогли определить, что скачок произошел на некотором расстоянии <170 Å, но не смогли определить точное значение D _J или измерьте силы во время прыжка (ниже D _J ) из-за экспериментальных ограничений этого метода. Использование аналогичной подготовки поверхности ^§ и метод динамической SFA, мы измерили силы и адгезию между поверхностями OTE, которые удовлетворяют всем вышеперечисленным критериям, включая стабильность, о чем свидетельствует гистерезис малого угла смачивания (θ _a = 110 °, θ _r = 93 °).

Измеренные силы (рис. 6) воспроизводились от первого прогона до всех последующих прогонов, независимо от количества времени между прогонами. Находим (ср. Рис. 6 b ), что притяжение мало или отсутствует для D > 150 Å и что только на расстояниях <100 Å измеренная сила сливается со всеми ранее измеренными силами. Интересно, что средняя измеренная адгезия, F _ad / R = 1,100 ± 50 мДж / м ² , значительно выше, чем значение ≈500 мН / м, ожидаемое из теории Джонсона-Кендалла-Робертса (JKR) (уравнение.1) для гидрофобных поверхностей в воде, для которых γ _i = 45–54 мДж / м ² . Однако по полосам одинакового хроматического порядка было отмечено, что диаметр контакта со временем увеличивался, обычно увеличиваясь на одну треть от первоначального значения контакта в течение приблизительно первых 60 с после контакта. Согласно теории JKR, это увеличение площади означает, что γ _i увеличился в ≈2,4 раза после первоначального контакта и что начальное значение было ≈465 мДж / м ² , что соответствует γ _i = 49 ± 3 мДж / м ² , что находится в пределах ошибки ожидаемого термодинамического значения.Рис. 6 c также показывает экспоненциальное соответствие измеренного притяжения за последние 125 Å перед контактом. Подгонка хороша до D ≈ 10 Å, но ясно, что экспоненциальное притяжение не распространяется вниз до контакта: измеренные (и рассчитанные) адгезии значительно выше, чем предсказано любой экстраполированной аппроксимацией экспоненциальной силы, поскольку показаны пунктирными линиями на рис. с .

Инжир.6.

Типичные данные для сил между поверхностями ОТЕ, нанесенными на активированную слюду. ( a и b ) Данные зависимости расстояния от времени ( a ) и силы от расстояния ( b ) для системы OTE по сравнению с данными в системе DODA. ( b Врезка ) Кривая силы в логарифмическом масштабе. ( c ) Кривая силы аппроксимируется экспоненциальной функцией, построенной вместе с измеренными и рассчитанными значениями адгезии.

Точки данных силовых кривых на рис. 6 показаны вплоть до расстояния ≈10 Å, с расстоянием скачка D _J = 130 Å. Как отмечалось выше, анализ силовых кривых для хемосорбированных поверхностей OTE по сравнению с таковыми для физадсорбированных поверхностей DODA в тех же условиях показывает, что на последних 100 Å притяжения почти идентичны. Это открытие представляет собой убедительное свидетельство идеи о том, что именно этот режим короткого действия представляет собой истинное гидрофобное взаимодействие.Видно, что притяжение в этом диапазоне экспоненциально до расстояний до 10 Å, ниже которого наблюдается явное начало действия значительно более сильной силы притяжения.

В этой системе также наблюдалась спонтанная кавитация пара и растворенного газа, начинающаяся сразу после контакта и быстро увеличивающаяся со временем, как показано вместе с соответствующей схемой на рис. 7. Такая «капиллярная конденсация» пара ожидается в ситуациях, когда угол смачивания составляет> 90 °.Видно, что при разделении поверхности самопроизвольно отрываются от контакта на большое расстояние, при этом паровые полости сжимаются в один большой паровой мостик (рис. ф ). Поскольку поверхности разделены на несколько микрометров, эта полость исчезает в течение нескольких секунд, и при последующих подходах не наблюдается скачков показателя преломления в полосах одинакового хроматического порядка, указывающих на задержавшиеся пузырьки. О спонтанной кавитации при контакте ранее сообщалось в случае фторуглеродных поверхностей (60), а затем и между поверхностями OTE (54), и это явное указание на высокогидрофобную природу поверхностей.АСМ-изображение этих поверхностей ОТЕ в воздухе показало гладкий слой на больших площадях (среднеквадратичная шероховатость ≈ 5 Å), но получение изображений под водой было затруднено из-за больших углов смачивания, что, как и следовало ожидать (121), паровые полости между высокогидрофобной поверхностью и умеренно гидрофобным наконечником АСМ. Затем вновь образованные пузырьки прикреплялись к наконечнику АСМ, что делало невозможным получение изображений.

Инжир.7.

Бахромчатые изображения равного хроматического порядка и сопутствующие схемы самопроизвольной кавитации при соприкосновении поверхностей ОТЕ. ( a – e ) Кавитация начинается после контакта и со временем увеличивается. ( f ) Единственная большая полость, которая остается после разделения.

Выводы

В представленной здесь работе мы суммировали предыдущие работы по гидрофобному эффекту и гидрофобному взаимодействию с акцентом на прямые измерения сил между макроскопическими гидрофобными поверхностями.Благодаря сочетанию формирования изображений AFM с прямыми измерениями силы (с использованием SFA или AFM) в последние годы было получено понимание происхождения измеряемого дальнего притяжения между гидрофобными поверхностями. В случае поверхностей физадсорбированных поверхностно-активных веществ эта комбинация методов показала, что дальнодействующее притяжение происходит из-за молекулярных перестроек, приводящих к электростатическому взаимодействию между (гидрофильными) поверхностями с участками как положительного, так и отрицательного заряда.В случае некоторых химически силанированных поверхностей дальнодействующее ступенчатое притяжение может быть вызвано субмикроскопическими нанопузырьками. В обоих случаях наблюдаемое дальнодействующее притяжение лишь косвенно связано с гидрофобностью поверхностей. С другой стороны, гладкие, стабильные поверхности ОТЕ не проявляют такого дальнодействующего притяжения при расстояниях> 150 Å. Во всей литературе притяжение на коротком расстоянии является единственной силой, наблюдаемой между всеми типами гидрофобных поверхностей, и мы сообщаем здесь, что силы как в системе ОТЕ, так и в системе физадсорбированной DODA почти идентичны на последних 100 Å.Эта сила приблизительно экспоненциальна в ограниченном режиме до ≈10 Å. Хотя наша методика измерения силы не позволяла собрать надежные данные на расстоянии <10 Å, ясно, что в этом режиме должна действовать более сильная сила, если сила, равная D , приближается к нулю, должна экстраполироваться на силу адгезии.

Было много дискуссий о двух режимах измерения силы между гидрофобными поверхностями: дальнодействующее притяжение на расстоянии> 200 Å, которое больше связано с методами подготовки поверхности, чем с гидрофобностью поверхностей, и ближнее притяжение на разделения <200 Å, что, как считается, содержит больше информации об истинном гидрофобном взаимодействии.Представленные здесь данные показывают, что на самом деле может существовать другой режим, который следует учитывать, <10 Å, в котором действует некоторая сила, более сильная, чем экспоненциальная сила притяжения на больших расстояниях.

Связь между гидрофобными силами, действующими между гидрофобными молекулами растворенного вещества и между макроскопическими гидрофобными поверхностями, является предметом значительного интереса в течение десятилетий. Хотя можно было бы ожидать, что эти два взаимодействия имеют общее происхождение, до сих пор не было простого способа количественно связать эти силы (например, в терминах парного аддитивного потенциала взаимодействия).

Благодарности

Эта работа была поддержана грантом Национального научного фонда DMR05-20415 и грантом Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства NAG3-2115.

Сноски

• ^‡ Кому следует направлять корреспонденцию. Электронное письмо: Джейкоб {ат} engineering.ucsb.edu

• Этот вклад является частью специальной серии инаугурационных статей членов Национальной академии наук, избранных 20 апреля 2004 г.

• Вклад авторов: E.E.M. и J.I. спланированное исследование; E.E.M. проведенное исследование; E.E.M. и J.I. проанализированные данные; и E.E.M., K.J.R. и J.I. написал газету.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• См. Сопроводительный профиль на странице 15736.

• ↵ ^§ Монослои ОТЕ были приготовлены осаждением LB.Вся стеклянная посуда, которая контактировала с ОТЕ, была очищена с помощью реагента Nochromix (Fisher Scientific, Питтсбург, Пенсильвания). Поверхности слюды обрабатывали плазмой воды аргона [10 мин при 450 мторр (1 торр = 133 Па)] непосредственно перед напылением. ОТЕ пропускали через политетрафторэтиленовый фильтр 0,2 мкм (Fisher Scientific) в смесь хлороформ: метанол 95: 5 с получением раствора с концентрацией 2 мг / мл для распределения для осаждения. Этот раствор наносили на субфазу воды Milli-Q (Millipore, Billerica, MA), pH которой сначала доводили до 2 путем добавления азотной кислоты.Осаждение производилось при давлении 30 мН / м, после чего образцы сушились в потоке чистого воздуха в течение 15 мин. Затем образцы перед использованием запекали в вакуумной печи при 100 ° C в течение 2 часов. Монослой одновременно наносили на образец слюды во время каждого осаждения, и на этих образцах для испытаний на воздухе выполняли АСМ в режиме постукивания, чтобы определить фактическую шероховатость поверхностей, используемых в каждом эксперименте.

• Сокращения:

  AFM,

  атомно-силовая микроскопия;

  SFA,

  аппарат поверхностных сил;

  LB,

  Langmuir – Blodgett;

  DODA,

  диоктадецилдиметиламмоний;

  ОТЕ,

  октадецилтриэтоксисилан.

• © 2006 Национальная академия наук США

Гидрофобизация бычьего сывороточного альбумина катионными поверхностно-активными веществами с различной длиной гидрофобной цепи

Имеется обширная информация о функциональном поведении сывороточных белков в модельных системах. Однако данные о функциональных свойствах, представленные разными исследователями, выявляют большие расхождения в значениях. Например, в случае сопоставимых препаратов сыворотки кажущаяся растворимость может составлять от 10 до 100%; крепость гелей от 0.От 3 до более 10 Н, взбитость пены от 250 до 1500% и стабильность пены от 0,5 до 30 мин. Многие данные имеют ограниченную ценность для оценки истинных функциональных характеристик различных препаратов, методов лечения или эффектов обработки. Отчеты на сегодняшний день полезны для указания относительного поведения различных белков; однако данные не всегда предсказывают эффективность таких белков в реальных пищевых системах. Это отражает тот факт, что в пищевых продуктах могут происходить обширные взаимодействия с другими компонентами, что приводит к изменению поведения белков.Харпер (1984) выступает за тестирование этих различных препаратов в смоделированных пищевых системах, которые должны обоснованно соотносить поведение с производительностью в коммерческих системах. Акцент на стандартизации конкретных протоколов в отношении порядка добавления ингредиентов, температуры, контроля pH и количества энергии, потребляемой во время смешивания, гомогенизации, эмульгирования и т. Д., Заслуживает серьезного рассмотрения. Хотя этот подход оправдан с точки зрения предоставления ценных данных коммерческим пользователям, он не умаляет важность изучения этих белков в модельных системах, где физико-химическая основа каждого функционального атрибута может быть описана в молекулярных терминах (Kinsella, 1987).Такая информация необходима для ускорения соответствующих методов обработки, чтобы контролировать изменчивость состава, степень денатурации и возможную модификацию белка. Кроме того, большое значение будут иметь быстрые и надежные тесты для повседневной проверки качества, которые могут предоставить практическую информацию о функциональных приложениях. Препараты сывороточного протеина сильно различаются по функциональному поведению и в настоящее время используются ограниченно в качестве функциональных ингредиентов в пищевой промышленности.Этого не должно быть, поскольку традиционные и новые технологии позволяют строго контролировать протоколы производства, например, тщательный контроль термической обработки может привести к производству препаратов сывороточного протеина с постоянными и надежными функциональными свойствами (deWit, 1981, 1984; Harper, 1984 ; Морр, 1985). Поскольку рынок функциональных белков продолжает расширяться, сывороточная промышленность должна искать средства для улучшения продуктов из сывороточного белка; определить полезные функциональные свойства; разработать стандартизированные производственные протоколы; продемонстрировать эффективность сыворотки как функционального ингредиента; продвигать, а затем продавать сыворотку на основе эффективности по конкурентоспособной цене.

Как сделать поверхность гидрофобной или гидрофильной?

Говорят, что противоположности притягиваются, но это не так, если сравнивать гидрофобные и гидрофильные поверхности. Соедините их вместе, и вы либо все мокрые, либо сухие как кость. Мы сравнили поверхности с покрытием и преимущества управления влажностью. Вот что мы узнали.

Из этого сообщения в блоге вы узнаете: О преимуществах влагоотталкивающей поверхности (гидрофобная поверхность). Преимущества влаголюбивой поверхности (гидрофильная поверхность). Как можно использовать различные покрытия для достижения желаемых водоотталкивающих свойств. Узнать о маслоотталкивающих поверхностях (олеофобных) Узнайте о супергидрофобных покрытиях. Узнайте о гидрофильных покрытиях.

Гидрофобные поверхности

Гидрофобная поверхность – это водоотталкивающая поверхность с низкой поверхностной энергией, которая сопротивляется смачиванию.Измерения угла смачивания влаги классифицируют поверхность как гидрофобную, если угол смачивания капли воды превышает 90 градусов. Если угол контакта превышает 150 градусов, поверхность будет классифицирована как супергидрофобная. Вода будет прыгать прямо с поверхности, как показано на этом видео.

Узнайте больше о том, как наши покрытия могут улучшить ваши продукты и процессы.

У влагоотталкивающей поверхности есть много преимуществ. В их числе:

Предотвращение обледенения поверхности	Предотвращение загрязнения конденсатора и испарителя
Повышенная коррозионная стойкость	Предотвращение попадания влаги в трубку обогрева
Фильтрация и управление пластовой водой	Повышенная надежность в непрерывных мониторах выбросов (CEMS)
Улучшенные приборы для определения влажности	Медицинская диагностика ВЭЖХ улучшенное разделение и коррозионная стойкость
Устранение загрязнения влагой в системах сжиженного природного газа	Предотвращение загрязнения в системах передачи аналитических проб

Есть вопрос об этом блоге или об управлении влагостойкостью? Щелкните поле ниже, чтобы обсудить вашу заявку с одним из наших специалистов по покрытиям.

Есть вопросы? Свяжитесь с нашей группой технического обслуживания

Гидрофильные поверхности

Не уступайте гидрофильным поверхностям. Что такое гидрофильные поверхности? Это субстраты с высокой поверхностной энергией, которые притягивают воду и позволяют смачивать поверхность. Обычно они имеют угол смачивания капель менее 90 градусов. Многие поверхности, как правило, более безопасны для воды, в том числе стекло, сталь или нержавеющая сталь, а также многие покрытия и краски.Конечно, результаты испытаний могут зависеть от шероховатости поверхности и поверхностной энергии проверяемого материала.

Узнайте, как улучшить влагостойкость, устойчивость к загрязнению и коррозию. Получите презентацию нашего вебинара.

Преимущества влажной поверхности включают.

Улучшенное разделение в медицинской диагностике (зависит от приложения)	Повышенная эффективность теплообменников и теплообменников
Улучшить приемку внутренних устройств	Улучшение взаимодействия с поверхностью в фильтрующих устройствах (в зависимости от применения)

Достижение желаемых водоотталкивающих свойств

Как получить поверхность, соответствующую желаемому уровню влагостойкости?

Вам не нужно радикально менять материал или конструкцию продукта, чтобы изменить характеристики влажности.К счастью, мы предлагаем силиконовые барьерные покрытия с широким спектром возможностей управления водными ресурсами.

Хотите более устойчивое к коррозии или инертное покрытие с низким углом контакта поверхности? Попробуйте SilcoNert® 1000 или Silcolloy®. Если вы ищете инертное покрытие, которое не слишком отталкивает влагу, выберите SilcoNert® 2000. Требуется гидрофобное или супергидрофобное покрытие? Дурсан® или наше новое покрытие Notak® могут помочь. Обратите внимание, что наше покрытие Notak проходит предварительное бета-тестирование, поэтому у нас ограниченные возможности для этого покрытия.Свяжитесь с нашей группой технической поддержки, чтобы обсудить ваше применение, и мы будем рады дать рекомендации по покрытию.

Чем ниже свободная энергия поверхности покрытия, тем больше угол смачивания. Например, наш новый процесс нанесения покрытия Notak на алюминий или нержавеющую сталь снизит свободную энергию поверхности до 84%. Чтобы узнать больше о Notak, скачайте наш технический паспорт Notak.

На сравнительном графике выше показаны водоотталкивающие свойства каждого из наших покрытий по сравнению с нержавеющей сталью; каждое покрытие имеет определенные области применения и преимущества.Перейдите к нашему руководству по применению, чтобы получить подробную информацию о каждом из наших покрытий.

Олеофобные поверхности:

Дело не только в воде

Жидкости с низким поверхностным натяжением, такие как масло или органические растворители, предназначены для смачивания поверхности для максимальной смазки или растворения. Но что, если вы отделяете органику или не хотите, чтобы поверхность намокала? Водоотталкивающие материалы, такие как ПТФЭ, не отталкивают масло. Вот как выглядят масло и гексадекан при нанесении на поверхность из ПТФЭ.

Мы приклеили наш новый фторсодержащий материал Notak® на шероховатую поверхность из нержавеющей стали, чтобы увидеть, увеличится ли угол контакта. Notak значительно изменил угол контакта, сделав поверхность из нержавеющей стали олеофобной.

Учитывая характер рафинирования или очистки в этом отношении, мы можем ожидать, что поверхность будет подвергаться повышенным температурам.ПТФЭ ограничен высокими температурами и может выйти из строя во многих высокотемпературных приложениях. Мы подвергали поверхность Notak воздействию повышенной температуры (300 ° C) в течение нескольких часов, чтобы измерить влияние на смачиваемость и угол контакта на различных поверхностях. На приведенном ниже графике показаны постоянные значения угла смачивания в течение 90+ часов испытания. ПТФЭ разрушился бы при 250 ° C.

Вклад поверхностной энергии и ее связь с технологическими жидкостями может иметь далеко идущие последствия. Взаимодействие с поверхностью может повлиять на коррозию, загрязнение, результаты аналитического отбора проб, фильтрацию и работу медицинского устройства.Поэтому важно понимать, как управлять энергией поверхностей критического пути потока.

Получите несколько действительно информативных и полезных советов о способах предотвращения загрязнения, изменения поверхностной энергии и улучшения характеристик поверхности. Щелкните поле ниже, чтобы посмотреть наш веб-семинар о водоотталкивающих и противообрастающих поверхностях.

Понимание роли смачиваемости поверхности в электрокаталитических реакциях выделения водорода с использованием светочувствительных нанотубулярных платиновых электродов на подложке из TiO 2

1

Schlapbach, L.& Züttel, A. Материалы для хранения водорода для мобильных приложений. Природа 414 , 353–358 (2001).

ADS CAS PubMed Google Scholar

2

Тернер, Дж. А. Устойчивое производство водорода. Наука 305 , 972–974 (2004).

ADS CAS PubMed Google Scholar

3

Врубель Х., Мерки Д.& Ху, X. Выделение водорода, катализируемое частицами MoS3 и MoS2. Энергетическая среда . Sci . 5 , 6136–6144 (2012).

CAS Google Scholar

4

Лаурсен А. Б., Кегнес С., Даль С. и Чоркендорф И. Сульфиды молибдена – эффективные и жизнеспособные материалы для электро- и фотоэлектрокаталитического выделения водорода. Энергетическая среда . Sci . 5 , 5577–5591 (2012).

CAS Google Scholar

5

Popczun, E.J., Read, C.G., Roske, C.W., Lewis, N.S. & Schaak, R.E. Высокоактивный электрокатализ реакции выделения водорода наночастицами фосфида кобальта. Angew. Chem. Int. Эд . 53 , 5427–5430 (2014).

CAS Google Scholar

6

Merki, D., Fierro, S., Vrubel, H. & Hu, X.Пленки аморфного сульфида молибдена как катализаторы электрохимического получения водорода в воде. Chem. Sci . 2 , 1262–1267 (2011).

CAS Google Scholar

7

Gu, C., Norris, B.C., Fan, F. F., Bielawski, C. W. & Bard, A. J. Является ли PEDOT, полимеризованный в паровой фазе, ингибированный основанием, электрокатализатором для реакции выделения водорода? изучение эффектов субстрата, в том числе Au, загрязненного платиной. ACS Catal . 2 , 746-750 (2012).

CAS Google Scholar

8

Wu, Y., Liu, K., Su, B. & Jiang, L. Электрохимическая реакция, опосредованная супергидрофобностью, вдоль трехфазной границы твердое тело-жидкость-газ: краевой рост золотых архитектур. Adv. Mater . 26 , 1124–1128 (2014).

CAS PubMed Google Scholar

9

Дин, К., Ур., М., Чжу, Ю., Цзян, Л. и Лю, Х. Регулируемый смачиваемостью внеклеточный перенос электронов от живого организма shewanella loihica PV-4. Angew. Chem. Int. Эд . 54 , 1446–1451 (2015).

CAS Google Scholar

10

Сакума, Г., Фукунака, Ю. и Мацусима, Х. Зарождение и рост пузырьков электролитического газа в условиях микрогравитации. Внутр. J. Hydrogen Energy 39 , 7638–7645 (2014).

CAS Google Scholar

11

Stoerzinger, K. A. et al. Реакционная способность перовскитов с водой: роль гидроксилирования в смачивании и значение для электрокатализа кислорода. J. Phys. Chem. С 119 , 18504−18512 (2015).

CAS Google Scholar

12

Фэн, Х., Чжай, Дж. И Цзян, Л. Изготовление и переключаемая супергидрофобность пленок наностержней TiO2. Angew. Chem. Int. Эд . 44 , 5115–5118 (2005).

CAS Google Scholar

13

Zhang, X. et al. Подготовка и преобразование фотокаталитической смачиваемости супергидрофобных поверхностей на основе TiO2. Langmuir 22 , 9477–9479 (2006).

CAS PubMed Google Scholar

14

Sun, T. et al. Обратимое переключение между супергидрофильностью и супергидрофобностью. Angew. Chem. Int. Эд . 43 , 357–360 (2004).

CAS Google Scholar

15

Ю, Х., Ван, З., Цзян, Й., Ши, Ф. и Чжан, Х. Обратимая pH-чувствительная поверхность: от супергидрофобности к супергидрофильности. Adv. Mater . 17 , 1289–1293 (2005).

CAS Google Scholar

16

Крупенкин Т.Н., Тейлор Дж.А., Шнайдер Т. М. и Янг С. От катящегося шара до полного смачивания: Динамическая настройка жидкостей на наноструктурированных поверхностях. Langmuir 20 , 3824–3827 (2004).

CAS PubMed Google Scholar

17

Meng, C., Liu, Z., Zhang, T. & Zhai, J. Слоистые наночастицы MoS2 на нанотрубках TiO2 с помощью фотокаталитической стратегии для использования в качестве высокоэффективных электрокатализаторов в реакциях выделения водорода. Грин Хем . 17 , 2764–2768 (2015).

CAS Google Scholar

18

Мохапатра, С.К., Мисра, М., Махаджан, В.К. и Раджа, К.С. Разработка высокоэффективной фотоэлектролитической ячейки для генерации водорода путем расщепления воды: применение нанотрубок TiO2-xCx в качестве фотоанода и нанотрубок Pt / TiO2 в качестве катод. J. Phys. Chem. С 111 , 8677–8685 (2007).

CAS Google Scholar

19

Zhang, Q., Ху, З., Лю, З., Чжай, Дж. И Цзян, Л. Гетерогенные наноканалы из диоксида титана / оксида алюминия с регулируемой характеристикой ионного ректификации. Adv. Функц. Mater . 24 , 424–431 (2014).

CAS Google Scholar

20

Li, L. et al. Подводная суперолеофобная пористая мембрана на основе иерархических нанотрубок TiO2: многофункциональная интеграция разделения масла и воды, проточного фотокатализа и самоочищения. J. Mater. Chem. А 3 , 1279–1286 (2015).

CAS Google Scholar

21

Hu, Z. et al. Регулирование адгезии воды к супергидрофобным массивам нанотрубок TiO2. Adv. Функц. Mater . 24 , 6381–6388 (2014).

CAS Google Scholar

22

Балаур, Э., Макак, Дж. М., Цучия, Х. и Шмуки, П. Поведение слоев нанотрубок TiO2 разного диаметра при смачивании. J. Mater. Chem. 15 , 4488–4491 (2005).

CAS Google Scholar

23

Балаур, Э., Макак, Дж. М., Тавейра, Л. и Шмуки, П. Настройка смачиваемости слоев нанотрубок TiO2. Электрохим. Коммуна . 7 , 1066–1070 (2005).

CAS Google Scholar

24

Рой П., Бергер С. и Шмуки П. Нанотрубки TiO2: синтез и применение. Angew. Chem. Int. Эд . 50 , 2904–2939 (2011).

CAS Google Scholar

25

Shankar, K. et al. Последние достижения в использовании нанотрубок и массивов нанопроволок TiO2 для окислительной фотоэлектрохимии. J. Phys. Chem. С 113 , 6327–6359 (2009).

CAS Google Scholar

26

Лю, З., Чжан, К., Чжао, Т., Чжай, Дж.И Цзян Л. Трехмерные вертикальные массивы нанотрубок TiO2 на Ti сетках: эффективные фотоаноды для фотоэлектролиза воды. J. Mater. Chem. 21 , 10354–10358 (2011).

CAS Google Scholar

27

Чен, Д., Чжан, Х., Ли, X. и Ли, Дж. Биофункциональные нанотрубки диоксида титана для фотоэлектрохимического биосенсора, активируемого видимым светом. Анал. Chem . 82 , 2253–2261 (2010).

CAS PubMed Google Scholar

28

Лю З., Чжан, X., Нишимото, С., Мураками, Т. и Фудзишима, А. Эффективное фотокаталитическое разложение газообразного ацетальдегида с помощью высокоупорядоченных массивов нанотрубок TiO2. Environ. Sci. Технол . 42 , 8547–8551 (2008).

ADS CAS PubMed Google Scholar

29

Цубота, Т., Оно, А., Мураками, Н. и Оно, Т. Характеристика и фотокаталитические характеристики TiO2, модифицированного углеродными нанотрубками, синтезированного с использованием процесса горячего химического осаждения из паровой фазы. заявл. Катал. B: Окружающая среда . 91 , 533–538 (2009).

CAS Google Scholar

30

Херрманн, Дж., Дисдиер, Дж. И Пичат, П. Осаждение платины с помощью фотоусилителя на порошок TiO2 с использованием различных комплексов платины. J. Phys. Chem. 90 , 6028–6034 (1986).

CAS Google Scholar

31

Wang, X. et al. Мезопористая наноархитектура Pt / TiO2 с каталитическими и фотокаталитическими функциями. Chem. Евро. J . 11 , 2997–3004 (2005).

CAS PubMed Google Scholar

32

Yin, H. et al. Ультратонкие нанопроволоки платины, выращенные на однослойном гидроксиде никеля с высокой активностью выделения водорода. Нац. Коммуна . 6 , 6430 (2015).

ADS CAS PubMed Google Scholar

33

Фэн, Х. и Цзян, Л.Дизайн и создание суперсмачивающих / антисмачивающих поверхностей. Adv. Mater . 18 , 3063–3078 (2006).

CAS Google Scholar

34

Sun, T., Feng, L., Gao, X. & Jiang, L. Биоинспирированные поверхности со специальной смачиваемостью. В соотв. Chem. Res . 38 , 644–652 (2005).

CAS PubMed Google Scholar

35

Лю М., Zheng, Y., Zhai, Z. & Jiang, L. Биоинспирированные суперсмачивающие интерфейсы со специальной адгезией жидкость-твердое вещество. В соотв. Chem. Res . 43 , 368–377 (2010).

CAS PubMed Google Scholar

36

Моисей П. Р. и Мюррей Р. В. Химически модифицированные электроды. 3. Электроды из диоксида олова и диоксида титана, несущие электроактивный реагент. J. Am. Chem. Soc. 98 , 7435–7436 (1976).

CAS Google Scholar

37

Haensch, C., Hoeppener, S. & Schubert, U. S. Химическая модификация самоорганизующихся монослоев на основе силана посредством поверхностных реакций. Chem. Soc. Ред. . 39 , 2323–2334 (2010).

CAS PubMed Google Scholar

38

Ленхард, Дж. Р. и Мюррей, Р. У. Химически модифицированные электроды: часть VII. ковалентное связывание обратимого электродного реагента с платиновыми электродами с использованием органосиланового реагента. J. Electroanal ,. Chem. 78 , 195–201 (1977).

CAS Google Scholar

39

Ленхард, Дж. Р. и Мюррей, Р. В. Химически модифицированные электроды. 13. однослойное / многослойное покрытие, кинетика распада, растворитель и эффекты взаимодействия для ферроценов, ковалентно связанных с платиновыми электродами. J. Am. Chem. Soc. 100 , 7870–7875 (1978).

CAS Google Scholar

40

Тацума, Т., Тачибана, С. & Фудзишима, А. Дистанционное окисление органических соединений УФ-облученным TiO2 через газовую фазу. J. Phys. Chem. B 105 , 6987–6992 (2001).

CAS Google Scholar

41

Hu, Z. et al. Фотокаталитическая ионная ректификация в искусственных наноканалах на основе химически модифицированных асимметричных нанотрубок TiO2. Langmuir 29 , 4806–4812 (2013).

CAS PubMed Google Scholar

42

Секейра, К.А. С., Сантос, Д. М. Ф., Шлюкич, Б. и Амарал, Л. Физика выделения электролитического газа. Braz. J. Phys . 43 , 199–208 (2013).

ADS CAS Google Scholar

43

Ватт-Смит, М. Дж., Фридрих, Дж. М., Ригби, С. П., Ральф, Т. Р. и Уолш, Ф. С. Определение площади электрохимически активной поверхности электродов топливных элементов Pt / C PEM с использованием различных адсорбатов. J. Phys. D: Прил. Phys . 41 , 174004 (2008).

ADS Google Scholar

44

Ralph, T. R. et al. Недорогие электроды для топливных элементов с протонообменной мембраной: производительность в одиночных элементах и ​​пакетах баллардов. J. Electrochem. Soc. 144 , 3845–3857 (1997).

CAS Google Scholar

45

Li, Y. et al. Подводный супераэрофобный платиновый наноразмерный электрод в форме сосны для сверхвысокопроизводительного выделения водорода. Adv. Функц. Матер. 25 , 1737–1744 (2015).

CAS Google Scholar

46

Lu, Z. et al. Сверхвысокое выделение водорода у подводных «супераэрофобных» наноструктурированных электродов MoS2. Adv. Mater . 26 , 2683–2687 (2014).

ADS CAS PubMed Google Scholar

47

Faber, M. S. et al.Высокопроизводительный электрокатализ с использованием микро- и наноструктур металлического пирита кобальта (CoS2). J. Am. Chem. Soc. 136 , 10053–10061 (2014).

CAS PubMed Google Scholar

48

Wang, J., Yang, Q., Wang, M., Wang, C. & Jiang, L. Лепестки роз с новым и устойчивым эффектом закрепления воздушных пузырьков в водной среде. Мягкое вещество 8 , 2261–2266 (2012).

ADS CAS Google Scholar

49

Ши, К.и другие. Взаимодействие пузырьков воздуха с супергидрофобными поверхностями в водных растворах. Langmuir 31 , 7317–7327 (2015).

CAS PubMed Google Scholar

Быстрый метод гидрофобизации графена и увеличения его механической стабильности и плотности носителей заряда

1.

Гейм А.К. и Новоселов С. Возникновение графена. Нац. Матер. 6 , 183–191 (2007).

CAS Статья Google Scholar

2.

Движение к рынку. Нац. Матер. 18 , 519 (2019).

3.

Придатко, А.В., Беляева, Л.А., Цзян, Л., Лима, Л.М.С. и Шнайдер, Г.Ф. Измерение краевого угла смачивания отдельно стоящего однослойного графена квадратного миллиметра. Нац. Commun. 9 , 4185 (2018).

Артикул CAS Google Scholar

4.

Линь Л., Пэн Х. и Лю З. Проблемы синтеза для графеновой промышленности. Нац. Матер. 18 , 520–524 (2019).

CAS Статья Google Scholar

5.

Liu, C. et al. Кинетическая модуляция роста графена фтором через пространственно ограниченное разложение фторидов металлов. Нац. Chem. 11 , 730–736 (2019).

CAS Статья Google Scholar

6.

Наир Р. Р., Ву Х. А., Джаярам П. Н., Григорьева И. В. и Гейм А. К. Беспрепятственное проникновение воды через герметичные гелиевые мембраны на основе графена. Наука. (Н. Ю., Н. Ю.) 335 , 442–444 (2012).

CAS Статья Google Scholar

7.

Yang, Q. et al. Ультратонкая мембрана на основе графена с точным молекулярным просеиванием и сверхбыстрой проницаемостью растворителя. Нац. Матер. 16 , 1198–1202 (2017).

CAS Статья Google Scholar

8.

Seo, D. H. et al. Противообрастающие мембраны на основе графена для эффективного опреснения воды. Нац. Commun. 9 , 683 (2018).

Артикул CAS Google Scholar

9.

Чжоу, К.-Г. и другие. Электрически контролируемое проникновение воды через мембраны из оксида графена. Природа 559 , 236–240 (2018).

CAS Статья Google Scholar

10.

Madauß, L. et al. Изготовление нанопористых композитных мембран графен / полимер. Наноразмер 9 , 10487–10493 (2017).

Артикул Google Scholar

11.

Wang, L. et al. Молекулярные клапаны для управления переносом газовой фазы из дискретных пор размером с Ангстрем в графене. Нац.Nanotechnol. 10 , 785–790 (2015).

CAS Статья Google Scholar

12.

Jain, T. et al. Гетерогенный субконтинуальный ионный транспорт в статистически изолированных нанопорах графена. Нац. Nanotechnol. 10 , 1053–1057 (2015).

CAS Статья Google Scholar

13.

Shin, S.-H. и другие. Интегрированные матрицы воздушно-диэлектрических графеновых транзисторов в качестве прозрачных датчиков давления с активной матрицей для широкого диапазона давлений. Нац. Commun. 8 , 14950 (2017).

CAS Статья Google Scholar

14.

Бергер, К., Филлипс, Р., Сентено, А., Зурутуза, А., Виджаярагхаван, А. Емкостное измерение давления с помощью подвешенных мембран из гетероструктуры графен-полимер. Наноразмер 9 , 17439–17449 (2017).

CAS Статья Google Scholar

15.

Zhu, Y., Cai, H., Ding, H., Pan, N. & Wang, X. Изготовление недорогих и высокочувствительных датчиков давления на основе графена путем прямого лазерного скрайбирования полидиметилсилоксана. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 11 , 6195–6200 (2019).

CAS Статья Google Scholar

16.

Маттеви, К., Ким, Х. и Чховалла, М. Обзор химического осаждения графена из паровой фазы на медь. J. Mater. Chem. 21 , 3324–3334 (2011).

CAS Статья Google Scholar

17.

Reina, A. et al. Многослойные графеновые пленки большой площади на произвольные подложки методом химического осаждения из газовой фазы. Nano Lett. 9 , 30–35 (2009).

CAS Статья Google Scholar

18.

Chae, S.J. et al. Синтез графеновых слоев большой площади на поли-никелевой подложке методом химического осаждения из газовой фазы: образование морщин. Adv. Матер. 21 , 2328–2333 (2009).

CAS Статья Google Scholar

19.

Kim, H. et al. Химическое осаждение из паровой фазы высококачественного безметаллового однослойного графена на аморфной подложке SiO ₂ из паровой фазы меди. САУ Нано 7 , 6575–6582 (2013).

CAS Статья Google Scholar

20.

Murdock, A. T. et al. Управление ориентацией, геометрией кромок и толщиной графена химического осаждения из газовой фазы. АСУ Нано 7 , 1351–1359 (2013).

CAS Статья Google Scholar

21.

Xu, X. et al. Сверхбыстрый эпитаксиальный рост метрового монокристалла графена на промышленной медной фольге. Sci. Бык. 62 , 1074–1080 (2017).

CAS Статья Google Scholar

22.

Bae, S. et al. Производство 30-дюймовых графеновых пленок для прозрачных электродов с рулона на рулон. Нац. Nanotechnol. 5 , 574–578 (2010).

CAS Статья Google Scholar

23.

Cherian, C.T. et al. «Беспузырьковое» электрохимическое расслоение пленок графена, полученных методом химического осаждения из паровой фазы. Малый (Weinh. Der Bergstr., Германия) 11 , 189–194 (2015).

CAS Статья Google Scholar

24.

Gao, L. et al. Лицом к лицу перенос графеновых пленок в масштабе пластины. Природа 505 , 190–194 (2014).

CAS Статья Google Scholar

25.

Канг Дж., Шин Д., Бэ С. и Хонг Б. Х. Перенос графена: ключ к приложениям. Наноразмер 4 , 5527–5537 (2012).

CAS Статья Google Scholar

26.

Kim, S. et al. Надежный процесс влажного переноса графена через низкомолекулярный полиметилметакрилат. Углерод 98 , 352–357 (2016).

CAS Статья Google Scholar

27.

Lin, W.-H. и другие. Прямой и безполимерный метод переноса графена, выращенного методом химического осаждения из газовой фазы, на любую подложку. АСУ Нано 8 , 1784–1791 (2014).

CAS Статья Google Scholar

28.

Kim, K. S. et al. Крупномасштабный рост графеновых пленок для растягиваемых прозрачных электродов. Природа 457 , 706–710 (2009).

CAS Статья Google Scholar

29.

Li, X. et al. Перенос графеновых пленок большой площади на высокоэффективные прозрачные проводящие электроды. Nano Lett. 9 , 4359–4363 (2009).

CAS Статья Google Scholar

30.

van Ngoc, H., Qian, Y., Han, S. K. & Kang, D. J. Перенос без травления PMMA двумерного атомного кристалла химического осаждения из паровой фазы в масштабе пластины методом водорастворимого полимера поливинилового спирта. Sci. Отчет 6 , 33096 (2016).

Артикул CAS Google Scholar

31.

Leong, W. S. et al. Перенос графена с включением парафина. Нац. Commun. 10 , 867 (2019).

Артикул Google Scholar

32.

Gammelgaard, L. et al. Транспортные свойства графена при обработке ПММА и термообработке. 2D Матер. 1 , 35005 (2014).

Артикул CAS Google Scholar

33.

Халлам, Т., Бернер, Н.С., Йим, К. и Дюсберг, Г.С. Деформация, пузырьки, грязь и складки: исследование переноса с помощью графенового полимера. Adv. Матер. Интерфейсы 1 , 1400115 (2014).

Артикул CAS Google Scholar

34.

Чой, В., Шехзад, М. А., Парк, С. и Сео, Ю. Влияние удаления остатков ПММА с поверхности CVD-графена с использованием атомно-силового микроскопа в контактном режиме. RSC Adv. 7 , 6943–6949 (2017).

CAS Статья Google Scholar

35.

Линь Ю.-К. и другие. Отжиг графена: насколько он может быть чистым? Nano Lett. 12 , 414–419 (2012).

CAS Статья Google Scholar

36.

Джонсон Б. Ю., Мазумдер П. и Камаль Кишор. Johnson 2016 г. Графен и безполимерный метод переноса графена, выращенного cvd, на гидрофобные подложки. Патент C01B 31/04, WO 2016/100418 A1 (2015).

37.

Bruna, M. et al. Зависимость от легирования рамановского спектра дефектного графена. АСУ Нано 8 , 7432–7441 (2014).

CAS Статья Google Scholar

38.

Трипати, М.и другие. Очистка графена: сравнение термообработки на воздухе и в вакууме. Phys. Статус Solidi RRL 11 , 1700124 (2017).

Артикул CAS Google Scholar

39.

Мозер, Дж., Баррейро, А. и Бахтольд, А. Очистка графена под действием тока. заявл. Phys. Lett. 91 , 163513 (2007).

Артикул CAS Google Scholar

40.

Оуэнс, Д. К. Оценка свободной поверхностной энергии полимеров. J. Appl. Polym. Sci. 13 , 1741–1747 (1969).

CAS Статья Google Scholar

41.

Кисилев А.В. Неспецифические и специфические взаимодействия молекул различной электронной структуры с твердыми поверхностями.