Гидрофобизация это: ☂Гидрофобизаторы: назначение, характеристики, сфера применения

Содержание

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.

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.

Инструкция по применению гидрофобизатора

Инструкция по применению гидрофобизатора

Предназначен для придания водогрязеотталкивающих свойств искусственному и натуральному камню, тротуарной плитке, брусчатке, керамическому и силикатному кирпичу, бетону, штукатурке, цементно-стружечным и гипсокартонным плитам, пено- и газобетону и другим строительным материалам.

  • снижает водопоглощение, уменьшает загрязняемость и поражение плесенью
  • эффективно препятствует проникновению влаги при ветровой нагрузке во время ливней
  • повышает морозостойкость материала
  • не изменяет внешнего вида материала, сохраняет воздухо- и паропроницаемость
  • уменьшает обледенение поверхности и облегчает очистку ото льда
  • срок службы покрытия до 20 лет
  • глубина проникновения до 20 мм
  • экологически безопасен
  • расход материала: 150–250 мл на 1м2*

* — расход указан при обработке изделий White Hills артикулов серии 200 и 300 в один слой и является ориентировочным, так как зависит от типа основания, метода нанесения и квалификации персонала. При обработке других поверхностей уточняйте расход путем обработки пробного участка.

Преимущества перед водоразбавляемыми гидрофобизаторами других производителей:

  • специально разработанный состав на основе инновационных кремнийорганических продуктов и высококачественных растворителей, не имеющих аналогов в России;
  • сырье для производства гидрофобизатора White Hills производится компаниями Германии и США, что обеспечивает высочайшее и стабильное качество продукта;
  • исключение возвратной тары в производстве гидрофобизатора White Hills обеспечивает максимальную чистоту продукта и отсутствие посторонних примесей;
  • повышенная долговечность покрытия за счет устойчивости активного компонента к щелочной реакции твердеющего цементного камня;
  • после высыхания не образуется налета и пятен в отличие от гидрофобизаторов на основе метилсиликонатов;
  • быстрое развитие водонепроницаемости за счет высокой скорости испарения растворителя;
  • повышенное сопротивление проникновению воды при капиллярном подсосе по сравнению с традиционными водоразбавляемыми гидрофобизаторами;
  • продукт поставляется готовым к применению, что исключает ошибки персонала при приготовлении рабочего раствора.

Механизм действия гидрофобизатора

После пропитки основания и испарения растворителя, активный компонент реагирует с атмосферной влагой или остаточной влагой внутри пор основания, сильно снижая водопоглощение, сохраняя при этом паропроницаемость, так как не закрываются поры и капилляры основания.

Применение

Подготовка поверхности

Поверхность перед нанесением гидрофобизатора следует очистить от пыли, грязи, масляных пятен, мха, грибка и других загрязнений. Перед обработкой необходимо провести очистку фасада от высолов. Поверхность перед обработкой должна быть на ощупь сухой.

Не обрабатывайте влажные, насыщенные водой поверхности, это может привести к появлению трудноустранимых высолов. Окна, изделия из металла, пенополистирола, растения, а также поверхности, не предназначенные для обработки, необходимо защитить от попадания состава.

Продукт затвердевает настолько быстро, что бывает очень трудно, а в иных случаях и невозможно удалить его через несколько часов. Брызги на стеклах окон следует немедленно вытирать, при необходимости используя растворитель.

Нанесение

Гидрофобизатор White Hills представляет собой готовый к применению состав. Продукт не требует разбавления. Разбавлять гидрофобизатор White Hills с бензином, уайтспиритом и другими лакокрасочными растворителями не допускается.

Состав следует наносить равномерно при помощи распылителя, кисти или валика. Перед применением тщательно перемешать. Состав наносится в один слой, избегая подтеков. На участках наиболее подверженных увлажнению, таких как цоколи, примыкания, отливы, допускается наносить состав в два слоя, не дожидаясь полного высыхания первого слоя.

Не допускайте длительного перерыва между нанесением слоев. Наносите следующий слой, когда основание полностью впитало предыдущий и не блестит. Сильно впитывающие основания, такие как пено- и газобетон, силикатный кирпич, облицовочный керамический и рядовой кирпич, старый, подверженный эррозии бетон, штукатурку, обрабатывайте в несколько слоев до полного впитывания состава.

Необходимое количество гидрофобизатора зависит от типа основания и метода нанесения, уточните его путем обработки пробного участка.

Обработку цементосодержащих материалов (бетона, искусственного камня, тротуарной плитки, штукатурки и др.) следует проводить не ранее, чем через 24 дня после завершения монтажных и отделочных работ.

Температура поверхности и окружающей среды в период нанесения и высыхания состава должна быть в интервале от +5 °С до +30 °С.

Обработка влажной поверхности НЕ ДОПУСКАЕТСЯ.

Сначала следует обработать небольшой пробный участок или отдельно взятый элемент, проверить соответствие цвета обработанной поверхности. После этого можно начинать обработку всей площади.

Время полного высыхания состава зависит от температуры окружающей среды и составляет в среднем от 24 до 72 часов в зависимости от температуры окружающей среды. В это время поверхность следует защищать от попадания влаги. Проверять действие гидрофобизатора можно не ранее, чем через 24 часа после нанесения.

Меры безопасности. Использовать только по назначению. При работе в помещении обеспечьте хорошее проветривание! Во время работы применять защитные очки, резиновые перчатки, респиратор. Не допускать попадания в глаза и внутрь организма! При попадании на кожу — смыть теплой водой с мылом.

При попадании в глаза промыть в течение 15 минут проточной водой. Беречь от детей и животных. Беречь от огня!

Условия хранения

Хранить в оригинальной упаковке, предохраняя от попадания прямых солнечных лучей, вдали от отопительных приборов и электрических устройств, при температуре не выше +50 °С. Беречь от источников открытого огня и раскаленных предметов.

Гарантийный срок хранения 12 месяцев.

Данная информация основана на результатах длительных испытаний, но она не распространяется на каждый случай применения продукта. Поэтому настоятельно рекомендуем сначала провести предварительные опыты применения продукта на экспериментальном участке. В рамках дальнейшей разработки продукта возможны технические изменения.

Приложение к инструкции по применению гидрофобизатора White Hills

Ориентировочный расход гидрофобизатора по различным основаниям:

  • Камень White Hills — 0,15–0,25 л/м2
  • Бетон — 0,25–0,5 л/м2
  • Штукатурка — 0,5–1,0 л/м2
  • Силикатный кирпич — 0,4–0,7 л/м2
  • Керамический кирпич — 0,4–0,7 л/м2
  • Пено- и газобетон — 0,5–2,0 л/м2
  • Фиброцементные и асбестоцементные плиты — 0,1–0,3 л/м2
  • Натуральный камень — 0,05–3,0 л/м2

Технические характеристики

Срок службы покрытия, лет до 15
Глубина проникновения, мм до 10
Натуральный камень, л/м² 0,05-3,0
Фиброцементные и асбестоцементные плиты, на 1м 0,1-0,3
Расход материала, на 1м² в мл 150-250
Температура применения, °С от +10 до +30
Камень White Hills, л/м² 0,15-0,25
Бетон, л/м² 0,25-0,5
Штукатурка, на 1м² 0,5-1,0
Силикатный кирпич, л/м² 0,4-0,7
Керамический кирпич, на 1м² 0,4-0,7
Пено- и газобетон, л/м² 0,5-2,0


Гидрофобизация. Гидрофобизация – что это такое простыми словами, примеры

[REQ_ERR: OPERATION_TIMEDOUT] [KTrafficClient] Something is wrong. Enable debug mode to see the reason.

Засекается время проникновения воды в материал. Если воды постепенно становится меньше, а проникновение влаги в стену происходит все глубже, то кирпич требует обработки гидрофобом.

Такие результаты испытания показывают, что при сильном и продолжительном ливне необработанная стена впитает в себя довольно много влаги. Даже самый качественный кирпич и обработанный на предприятии может иметь способность впитывать воду.

Дополнительный слой гидрофоба ему не повредит. Производить гидрофобизацию рекомендуется в случаях частого воздействия влаги на стену, особенной в районах, где проливные дожди являются нормой. Если здание находится в эксплуатации, его необходимо регулярно хотя бы раз в пять лет осматривать на предмет образования белесых пятен, а иначе — высолов. Эти солевые отложения являются основанием для проведения гидрофобизации и свидетельствуют о проникновении воды внутрь стены.

Кроме того, другие явные проявления недостаточной защиты стен можно обнаружить при визуальном осмотре:. Гидрофобизация может быть в трех вариантах:.

Что такое гидрофобизаторы для бетона и для чего их используют?

Самым эффективным способом защиты стен является комбинированный метод, когда приобретается уже защищенный кирпич или другой строительный материал , и дополнительно производится покрытие гидрофобными средствами фасада здания. Когда производится поверхностная гидрофобизация, на всю поверхность наносят один слой гидрофобоза, при этом стена должна быть полностью высушенной.

При наличии влажных мест на поверхности ухудшается проникновение защитной смеси в стену, за счет смешивания с водой ухудшается состав гидрофобизатора. Объемная гидрофобизация производится путем инъекционного пропитывания поверхности стены под давлением защитным раствором через специально просверленные отверстия.

Что такое гидрофобизация фасада?

Отверстия потом заделывают песочным раствором цемента. Такой способ защиты можно производить и во влажной стене. Чаще всего такой метод имеет место, когда возникает вероятность попадания воды через фундамент.

Фасадная обработка таким методом прослужит более чем 10 лет с сохранением всех фасадных строительных материалов. Для того, чтобы определиться со смесью, которую требуется использовать для нанесения с целью проведения гидрофобизации, следует знать, какие основные защитные растворы существуют. Бывают кремниевые и силиконовые растворы. О компании.

Пескоструйная очистка. Очистка металла.

Что выбрать гидрофобизатор или кольматирующий материал для гидроизоляции? Что лучше гидрофобизация или кольматация? Каждый их этих методов имеет свои преимущества.

Очистка бетона. Очистка кирпича. Обработка автомобиля.

Чтобы защитить фасад от агрессивного влияния окружающей среды, применяют относительно новое средство, которое обладает отличными показателями в борьбе с впитыванием воды. Именуется оно гидрофобизатор и подходит для обработки:. Называется такая обработка гидрофобизацией.

Очистка фасада. Обработка дерева.

Очистка дисков. Обработка зеркал и стекол.

Очистка деталей. Стеклоструйная обработка. Очистка и защита поверхностей. Очистка с Sapi Vario R. Удаление граффити.

Защита от граффити. Чистка паром. Что такое гидрофобизация фасада? Главная О компании Статьи Что такое гидрофобизация фасада? Именуется оно гидрофобизатор и подходит для обработки: кирпича; штукатурки; деревянных покрытий; камня; газобетона; плитки для фасадов. К дополнительным преимуществам данного метода также относятся: дополнительная теплоизоляция фасада; отталкивающее действие при любых загрязнениях; способность противостоять влиянию атмосферных осадков; защита от образования плесени и грибков; общая эстетичность фасада более яркие цвета, выраженная фактура.

Какому фасаду нужна гидрофобизация? Существует несколько признаков, по которым можно определить, что фасаду срочно нужна гидрофобизация: Появление высолов.

Когда происходит испарение жидкости, соли, содержащиеся в ней, высаливаются на поверхность стен. Её рекомендуется сделать сразу же после окончания финишных отделочных работ, в таком случае стены не успеют загрязниться, и качество нанесения состава будет выше. Преимущества данного метода: — возрастание устойчивости к возможному негативному химическому воздействию; — профилактика образования выколов на внешних стенах; — защита от грибка, повышение антибактериальных свойств поверхностей; — уменьшение загрязняемости поверхности, в том числе и копотью, маслами; — сохранение эксплуатационных и визуальных характеристик обработанных материалов; — упрощение текущего ухода.

Что и как можно обрабатывать? Существует три способа проведения гидрофобизации. Поверхностная предполагает нанесение химсостава на уже отделанные стены. Объемная производится в процессе производства материалов например, добавляется в кирпич при его изготовлении или вносится в виде инъекций в древесину. Сочетанием двух этих методов является комбинированный способ.

Гидрофобизация: технология применения

Обработке подвергают такие виды стройматериалов: — бетон, газобетон; — дерево; — кирпич; — штукатурку; — керамогранит, природный камень. Особенности проведения гидрофобизации Техника проведения процедуры индивидуальна для каждого типа материала.

Кто проводит гидрофобизацию фасадов? Эти вещества проникают вглубь материалов на мм в зависимости от их структуры и пористости.

Затем вода высыхает, а полимеры закупоривают крупные капилляры, образуя полимерную пленку. Закупорка мелких пор не требуется, так как поверхностное натяжение воды не позволяет каплям в них проникать. Образовавшаяся пленка не дает поверхности обрастать мхами и лишайниками, на ней не развивается плесень.

Кроме того, большинство современных гидрофобизирующих составов обладают антисептической активностью, что предотвращает развитие бактерий и грибков. Посмотреть все товары категории. Существует не только гидрофобизатор для камня или гидрофобизатор для кирпича. Средство можно добавлять в бетонную или кладочную смесь. Это повышает её эластичность за счет наличия в составе поверхностно-активных веществ.

После застывания бетон становится лучше, повышается его морозостойкость, влагостойкость и возрастает срок службы. Как видим, гидрофобизатор для бетона можно использовать не только снаружи, но и внутри т.

Подобным образом работают морилки и пропитки для дерева.

Задайте Ваш вопрос!

Как известно, древесина не любит контакта с водой, потому что она быстрее портится в присутствии влаги. Это связано с тем, что влажная среда необходима для развития таких микроорганизмов, как бактерии и плесневые грибы, которые используют целлюлозу в качестве питательного субстрата.

Если Вам интересно ознакомиться с качественными товарами на тему данной статьи, предлагаем перейти по ссылке. Итак, принцип действия гидрофобизаторов заключается в закупорке крупных пор и капилляров, при этом мелкие остаются открытыми. В результате капли воды не проникают вглубь материала, а газообмен не нарушается. В последнее время построено большое количество домов , чьи фасады украшает облицовочный кирпич. Это, безусловно, прекрасный выбор, ведь такой фасад не нуждается в дополнительной отделке декоративными штукатурками, сайдингом или вагонкой.

Однако многие владельцы таких домов столкнулись с серьезной проблемой — появлением белого налета на кирпиче. Высол , представляет собой налет из различных минеральных соединений, в подавляющем большинстве — солей.

1. Гидрофобизация

В строительных материалах — кирпиче, бетоне, кладочном растворе, штукатурке — содержатся различные соли. Вода испаряется с поверхности кирпича, а соль выпадает в осадок. Таким образом, происходит образование белесого или серого налета, который не так просто очистить.

Однако самое неприятное в том, что после удаления налета он появляется снова. Стена напитывает влагу во время обильных дождей, эта влага вымывает соли из стройматериалов, выходит на поверхность и испаряется.

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. Она запирает поверхностные поры и не допускает попадания влаги внутрь материала.

Соль, как вы могли догадаться, снова остается на стене в виде налета. Что делать в этом случае? Гидрофобизатор для кирпича купить, и решить проблему раз и навсегда! Гидрофобизаторы для кирпича бывают разные.

Гидрофобизация стен | gidrofob.com.ua

Гидрофобизация — это нанесение соответствующего средства на материал, в результате которого блокируется процесс проникновения воды. Гидрофобизатор проникает в глубину (в структуру) стены. Блокирование проникновения воды не препятствует процессу паропроницаемости поверхности, материал все еще может свободно «дышать» (по принципу так называемой перевернутой воронки).

Отсутствие проникновения воды защищает материал от коррозии, защищает перед его деградацией, не допускает проникновения загрязнений.

Водоотталкивающая пропитка для стен

Цель гидрофобизации

Цель гидрофобизации стен — защита их от вредного воздействия воды и грязи. Процесс гидрофобизации заключается в насыщении поверхности стены специальным гидрофобизирующим препаратом — пропиткой, которая отныне защищает от воздействия воды и загрязняющих веществ. Не блокируя при этом поток водяного пара.

Гидрофобизация стен. Почему это стоит?

Стены, заборы постоянно подвергаются действию вредных внешних факторов, и это касается не только дождевой воды, что напрашивается в качестве первой ассоциации. Со временем на красоте, но и долговечности сооружений отражается наличие плесени, грибов, мхов, а в некоторых случаях и водорослей (например, мосты). Может появиться неприятный затхлый запах. И все это благодаря влаге, присутствие которой и избыток в долгосрочной перспективе могут привести к коррозии стены. Это проявляется трещинами, отслойкой штукатурки, краской, дроблением раствора. В крайних случаях такое состояние может привести также к заболеваниям дыхательных путей и аллергии.

Почему здания теряют надежность и долговечность?

Однако, есть способы, чтобы предотвратить это. Даже когда, это здание уже давно эксплуатируется, и на этапе его изготовления.

Гидрофобная пропитка FOB-F7 после нанесения остаётся невидимой для человеческого глаза. Вы можете использовать средство FOB-F7 для штукатурки, кирпича, бетона, тротуарной плитки, искусственного и натурального камня, и даже швов. Пропитка подходит для самостоятельной гидрофобизации. Лучше всего наносить её пульверизатором.

Характеристики гидрофобизатора

Очень важно, чтобы гидрофобизатор не содержал воска или силикона. Несмотря на то, что иногда они вредны для здоровья, имеют один весьма существенный недостаток – после их наложения стена не будет „дышать”.

Кроме того, долговечность после гидрофобизации безумно важна, так как от этой характеристики зависит, сколько раз «защиту» нужно будет повторять в будущем. При использовании для защиты материала гидрофобной пропитки FOB-F7 вы можете быть спокойны на длительный период. Ведь срок её службы до 15 лет. А стоит наносить всего один раз.

Водоотталкивающая пропитка для защиты стен

Для профессиональной консультации и приобретения эффективного защитного средства  для стен № 1 в Украине обращайтесь по номеру телефона: +38 (044) 332-0-332.

Гидрофобизатор HydrophobNeo, гидрофобизация строительных материалов

FAQ

О гидрофобизаторах HydrophobNeo
  • Для каких материалов подходит гидрофобизатор HydrophobNeo?

Гидрофобизаторы HydrophobNeo-S и HydrophobNeo-L подходят для всех силикатных строительных материалов: бетон, кирпич силикатный и керамический, натуральный и искусственный камень, газобетон, пенобетон, тротуарная плитка, гипс  и др.

Гидрофобизатор HydrophobNeo-W подходит для изделий из дерева и материалов на его основе: фанера, ДСП, ДВП и др.

Гидрофобизатор HydrophobNeo-G подходит для всех видов стекол и зеркал, в том числе и для автомобильных стекол.

  • Подходит ли гидрофобизатор HydrophobNeo для обработки пластика, металла, ткани ?

Нет, гидрофобизатор HydrophobNeo не предназначен для обработки данных материалов. Он подходит для гидрофобизации силикатных строительных материалов, а также дерева и стекла(см.выше).

  • Как долго сохраняются водоотталкивающие свойства?

Водоотталкивающие свойства на материале, обработанном гидрофобизатором HydrophobNeo, сохраняются от 3 до 10 и более лет в зависимости от условий нанесения, эксплуатации, а также изначального состояния материала до обработки.

При повышенном механическом воздействии (например, гидрофобизированная тротуарная плитка в многолюдных местах) рекомендуется повторная обработка через 3 года.

  • Образуется ли пленка на поверхности гидрофобизированного материала?

Нет, при гидрофобизации поверхности пленка не образуется.

Паропроницаемость материала полностью сохраняется.

Гидрофобизатор впитывается в материал, молекулы действующего вещества взаимодействуют с поверхностным слоем материала, и, в результате, образуется своеобразный «барьер», расстояние между молекулами которого не препятствует газообмену.

  • Как правильно наносить гидрофобизатор HydrophobNeo?

Гидрофобизатор HydrophobNeo наносится валиком, кистью, распылителем в соответствии с инструкцией. Перед обработкой рекомендуется производить пробное нанесение для контроля расхода и совместимости гидрофобизатора с материалом.

  • Можно ли красить гидрофобизированный материал?

Вся дальнейшая отделка гидрофобизированной поверхности требует неводных материалов. То есть использовать можно только краски не на водной основе (алкидные, ПФ эмали, масляные).

  • Какова глубина проникновения гидрофобизатора HydrophobNeo?

Гидрофобизатор HydrophobNeo-L  проникает на глубину в среднем 5 мм. Гидрофобизатор HydrophobNeo-S  проникает на глубину от 5 до 20 мм (в зависимости от пористости поверхности).

Таким образом, легкие механические повреждения гидрофобизированной поверхности (царапины, сколы) не повлияют на ее водоотталкивающие свойства.

  • Смоется ли гидрофобное покрытие?

Гидрофобизатор HydrophobNeo создает защитный слой внутри материала, толщина этого слоя в среднем 5 мм. Смыться с поверхности состав физически не может, со временем возможно уменьшение эффекта «лотоса» на поверхности, но внутрь материала влага по прежнему попадать не будет. Также со временем материал изнашивается механически под действием дождя, снега, ветра, ультрафиолета и прочих воздействий. Вместе с материалом разрушается и защитный слой, в связи с этим мы рекомендуем повторную обработку в среднем через 5 лет. Это позволяет значительно продлить срок службы здания. При обработке в скрытых полостях повторная обработка не требуется.

  • Становится ли гидрофобизированная поверхность скользкой?

Нет, после обработки гидрофобизатором HydrophobNeo фактура, цвет обработанных материалов не изменяется. Составы не создают скользкого эффекта.
Но при излишнем нанесении (более 3-х слоев) HydrophobNeo-W (для дерева) поверхность может стать «жирной», данный эффект проходит в течение месяца, для ускорения обработанную поверхность промыть обильным количеством воды.

  • Изменяется ли внешний вид материала после гидрофобизации?

Нет, после обработки гидрофобизатором HydrophobNeo цвет, фактура материала остаются неизменными. В некоторых случаях цвет обработанной поверхности становится более контрастным (сочным).

  • Можно ли гидрофобизировать мокрую поверхность?

Да, серия гидрофобизаторов HydrophobNeo-S допускает обработку мокрых поверхностей.

  • При какой температуре можно обрабатывать материал гидрофобизатором?

Гидрофобизаторы HydrophobNeo можно наносить при температуре от -10С и выше.

  • Где купить гидрофобизатор?

Гидрофобизаторы HydrophobNeo можно купить в нашем интернет-магазине, а также сделать заказ любым из способов, указанных на странице КОНТАКТЫ.

Инструкции по применению

Гидрофобизация фасада – это что такое?

Гидрофобизация – это защита фасада от высокой влажности, контакт с дождевой или талой водой. Для гидрофобизации фасада используются специальные строительные смеси. Большинство из них продаются в виде сухого состава в мешках, некоторые – в виде уже готового раствора в ведрах и специальных бадьях, похожих по форме на канистры для бензина.

Выгоды гидрофобизации

  • Морозоустойчивость фасада увеличивается в 3-5 раз.
  • Устойчивость к коррозии возрастает в среднем в 1,5-2 раза.
  • Эксплуатационный срок возрастает в 2-3 раза.
  • Материал впитывает в 15-25 раз меньше воды.

При этом, не имеет значения, чем именно облицован фасад – кирпичом, штукатуркой или искусственным камнем. Жидкость, что скопилась на поверхности, образует высолы, приводит к образованию грибка, плесени, трещин, отслоений. Влага проникает сквозь кладку в помещение, повышает уровень относительной влажности внутри здания. Через десятки лет даже камень начнет постепенно разрушаться, появятся так называемые “отстрелы”.

Что такое насыщение

Насыщение – это определенный максимальный объем внутри строительного материала, который может занять влага. У каждого стройматериала свой уровень насыщения (или максимального водопоглощения). У рядового полнотелого кирпича – 12%, у пустотелого – до 15%, у керамического блока – 11-14%, у газобетона – 10-15%, и так далее.

Зимой при отрицательной температуре влага внутри кладки превращается в лед. В ходе превращения из жидкости в твердое тело вода расширяется в объеме на 12%. Это известно еще из курса физики на 8-й класс: плотность воды – 1000 кг/м3, а льда – в среднем 900 кг/м3 (этот показатель может немного меняться в зависимости от условий окружающей среды). Увеличение объема влаги внутри стройматериала приводит к его разрушению. Появляются трещины.

Гидрофобизаторы действуют следующим образом: химически активные вещества проникают в капиллярно-пористую структуру материала, вступают в химическую реакцию с этим материалом. В итоге, внутри кладки образуются герметики. Поверхность постепенно уплотняется, и теперь в толщу материала не проникнут вода, жир, масло. Зато паропроницаемость строительного материала остается без изменений. Благодаря гидрофобизаторам, снижается расход декоративных материалов, улучшаются теплозащитные свойства и прочность.

Виды гидрофобизаторов

В зависимости от вида нанесения, гидрофобизация делится на 2 типа:

  • Поверхностная.
  • Объемная.

В первом случае гидрофобизатор наносится только на поверхность. Во втором создаются объемные инъекции внутрь конструкции через специальные отверстия. Это так называемые шпуры, их создают с помощью сверла.

Для поверхностной гидрофобизации подойдут такие смеси, как Ceresit CT 11, Ceresit CT 10, Ceresit CT 12 и Ceresit CT 13, для объемной – Ceresit CO 81.

Поверхностные смеси могут закупорить трещины толщиной до 0,2 мм, а Ceresit CO 81 – с трещинами до 0,5 мм. Такую смесь заливают внутрь конструкции под высоким давлением. Такая технология позволяет наносить герметик на влажное основание. Объемная гидрофобизация часто используется в случаях, когда есть риск подсоса воды через фундамент.

Подготовка основания перед гидрофобизацией фасада

Перед тем, как нанести пропитку, убедитесь, что поверхность фасада сухая и прочная, что в ней нет видимых разрушений. Очистите основу от веществ, которые препятствуют адгезии:

  • Олифа.
  • Масло.
  • Жир.
  • Мастика.
  • Сине-зеленые и зеленые одноклеточные водоросли.
  • Мох.
  • Лишайник.

Рыхлые участки поверхности нужно удалить механическим путем с помощью терки. Затем нанесите на эти участки 2 слоя грунтовки. Гидрофобизатор наносите с помощью распылителя, валиков и кистей. Работать желательно при температуре окружающей среды от +5 до +30 градусов, и относительной влажности воздуха 50-80% (лучше всего – 60%).

Однако некоторые смеси наносятся по другой технологии. Все зависит от типа и состава гидрофобизирующей смеси. Мы рассмотрим гидрофобизаторы на примере знаменитого бренда Ceresit.

Обзор гидрофобизаторов на примере бренда Ceresit

Выбирайте гидрофобизатор в зависимости от размера пор. Ведь именно от их диаметра часто зависит, на какую глубину впитается смесь.

Гидрофобизирующая жидкость Ceresit CT 11 используется для цементной поверхности и штукатурок: известковых, цементно-песчаных, гипсовых. Также именно эту смесь используют для наружной гидрофобизации щелочных и минеральных оснований:

  • Бетонные и керамзитобетонные блоки.
  • Известковые блоки.
  • Газоблок,
  • Пеноблок.

Ceresit CT 11 не используют для защиты полов и строительных конструкций от высокой влажности под высоким давлением.

Перед нанесением взболтайте смесь, наносите ее мягкой кистью до полного насыщения. Если основание слабо впитывает жидкости, нанесите еще и второй слой (через 60-120 минут после первого).

Если на поверхность основания случайно угодил гидрофобизатор, удалите его с помощью уайт-спирита или специального растворителя. Расход смеси Ceresit CT 11 составляет в среднем 0,3 – 0,7 литра на квадратный метр поверхности.

У гидрофобизирующей жидкости Ceresit CT 12 другая сфера применения. Она подходит для защиты керамической и клинкерной фасадной облицовки. Также смесь используют для натурального камня, черепицы, декоративных штукатурок, элементов отделки на минеральной основе. Ceresit CT 12 используют только для наружных работ. Она прекрасно защищает от снега, града, проливного дождя. Но и эту смесь не используют для полов или для защиты конструкций от влаги под давлением. Если Вы хотите обработать сильно щелочные основания (штукатурка, силикатный или рядовой керамический кирпич, бетон), обработайте поверхность не ранее чем через полгода после их укладки.

Ceresit CT 12 наносят мягкой кистью после встряхивания. Только через 6 месяцев после нанесения смеси, можно крепить отделочные материалы. Но перед этим обязательно прогрунтуйте поверхность.

Универсальный гидрофобизатор Ceresit CT 13 подходит для минеральных и сильно щелочных оснований. Пропитка защищает от загрязнения и воздействия щелочей и атмосферных осадков. Ceresit CT 13 увеличивает теплоизоляционные свойства нескольких материалов:

  • Штукатурки.
  • Бетон.
  • Керамический кирпич.
  • Силикатный кирпич.
  • Гипсокартон.

Наносите жидкость кистью или валиком до полного насыщения. Чтобы увеличить гидрофобизацию, наносите 2 слоя по технологии “влажный по влажному”. Окраску фасада проводят только через 6 месяцев после высыхания гидрофобизатора. Полный эффект пропитки наступит через 4 недели после нанесения. Расход составляет 0,2 – 0,7 литра на квадратный метр поверхности.

Гидрофобизатор Ceresit CT 10 обладает антигрибковыми свойствами. Его используют для швов между плитками, а также для самой фасадной плитки. Заделанные швы можно обрабатывать не ранее чем через 7 дней. Ceresit CT 10 не подходит для бетона и кирпича. Наносите пропитку кистью или валиком до полного насыщения. Достаточно одного слоя. Полный эффект пропитки достигается через 14 дней. Расход составляет 0.15-0,25 литра на квадратный метр.

Еще несколько рабочих нюансов по гидрофобизации

Ceresit CT 13 – универсальный продукт, не создающий блеска. Он подходит практически для всех минеральных поверхностей:

  • Кирпичная кладка.
  • Минеральная штукатурка.
  • Шпаклевки.
  • Натуральный камень.
  • Искусственный камень.

Несколько советов по использованию гидрофобизаторов:

  • Гидрофобизаторы нельзя наносить на полимерные основания (краски, лаки, полимерные шпаклевки). Из-за своего строения смесь плохо удержится на органической поверхности, потому ни о какой качественной защите не может быть и речи.
  • Не наносите смеси на мокрую поверхность. Ведь влага разводит гидрофобизатор, и его способность проникать в толщу минеральной основы снижается. Сухая основа же обеспечивает глубокое проникновение грунтовки в поры и создает длительную защиту от влаги. Избегайте нанесения грунтовки на основания с температурой выше +30 градусов. При высокой температуре происходит быстрая полимеризация органических составляющих. Из-за этого создается препятствие для проникновения гидрофобизатора в структуру материала.
  • Помните: чем выше пористость, тем глубже проникнет гидрофобизатор, и тем надежнее будет защита от нежелательного увлажнения.
  • Чтобы пропитанная гидрофобной веществом поверхность дольше сохраняла свою способность отталкивать воду, рекомендуется наносить два слоя средства по технологии “мокрый по мокрому”, которая заключается в нанесении второго слоя гидрофобизатора на влажный первый слой.
  • Наносить второй слой гидрофобизатора (если это вообще нужно) необходимо через 5-10 минут после первого. Не медлите, иначе будет поздно. Через 10-15 минут начнет “работать” первый слой смеси, он начнет отталкивать все последующие слои.
  • Продолжительность водоотталкивающего защиты зависит от механических нагрузок и условий, при которых эксплуатируют поверхность. Чем меньше механическое воздействие на обработанную поверхность (мытье с применением губок, щеток), тем дольше сохраняется водоотталкивающий эффект. Именно поэтому поверхности, которые эксплуатируются на улице, могут прослужить дольше, чем на поверхности внутри квартиры, где постоянно приходится протирать основы, да еще и с применением моющих средств.
  • Защитный слой на фасаде прослужит 10 лет, внутри помещения – 5 (так как поверхность могут часто мыть, и гидрофобизатор стирается).
  • Гидрофобизирующие грунтовки увеличивают срок службы стройматериалов и конструкций. За счет этого в 3 раза увеличивается и период между ремонтами.

В интернет-магазине Тривита Вы найдете целых 9 гидрофобизаторов и смесей для обработки фасадов:

  • Полипласт ПРГ-02 Смесь гидроизоляционная высокоэластичная двухкомпонентная Гидростоп.
  • Полипласт ПРГ-04 Мастика гидроизоляционная однокомпонентная Гидростоп.
  • Полипласт ПО-105 Универсальный концентрированный очиститель.
  • Полипласт ПСС-110 Эмульсия защитная гидрофобизирующая.
  • Ceresit Aqua Block Силиконовый герметик для ремонта СР27.
  • Ceresit СО 81 Средство для защиты от капиллярной влаги.
  • Мастер Жидкое стекло (добавка для бетона).
  • Антисептик универсальный W2 Kompozit, 5л.
  • Антисептик трудновымываемый W3 Kompozit, 5л.

Заказывайте гидрофобизаторы в Киеве по выгодной цене в интернет-магазине Тривита:

  • (044) 247-57-10
  • (067) 549-59-52
  • (093) 549-59-52
  • (050) 549-59-52

Гидрофобизация поверхности стекла адсорбцией поли(диметилсилоксана)

Частицы кремнезема или стекла вводят в матрицу из поли(диметилсилоксана) (ПДМС) для различных применений. Особенностью этих систем является то, что ПДМС адсорбируется на поверхности дисперсных частиц, что со временем делает их более гидрофобными. Механизм этого процесса гидрофобизации in situ до сих пор плохо изучен. Основными целями настоящего исследования являются (1) количественная оценка скорости гидрофобизации поверхности ПДМС и, на этой основе, обсуждение механизма процесса; (2) сравнить краевые углы поверхностей, которые гидрофобизированы различными способами и находятся в контакте с различными поверхностями жидкости: ПДМС-вода, гексадекан-вода и воздух-вода; и (3) проверить, как тип поверхностно-активного вещества влияет на краевые углы, а именно.эффективная гидрофобность поверхности. Представлены экспериментальные результаты по кинетике гидрофобизации стеклянных поверхностей, которые характеризуются измерением трехфазного краевого угла смачивания раствором стекло-ПАВ-ПДМС. Данные показывают две последовательные стадии в процессе гидрофобизации: первая стадия является относительно быстрой, и краевой угол увеличивается от 0 градусов до примерно 90 градусов в течение нескольких минут. Эта стадия объясняется физической адсорбцией цепей ПДМС в результате образования водородных связей с силанольными группами поверхности.Второй этап намного медленнее, и требуются часы или дни при комнатной температуре, чтобы достичь конечного краевого угла (обычно 150-160 градусов). Эта стадия объясняется прививкой молекул ПДМС на поверхность за счет химической реакции с поверхностными силанольными группами. Если поверхность стекла была предварительно обработана гексаметилдисилазаном (ГМДС) таким образом, что группы СН(3) блокировали большую часть силанольных групп поверхности, то первая стадия в процессе гидрофобизации практически отсутствует – краевой угол медленно изменяется при комнатной температуре примерно от 90 градусов до 120 градусов.Эксперименты, направленные на сравнение нескольких процедур гидрофобизации, показали, что ПДМС обеспечивает больший краевой угол (более гидрофобная поверхность), чем привитые алкильные цепи. Было обнаружено, что краевые углы на границах раздела ПДМС-вода и гексадекан-вода очень похожи друг на друга и намного больше, чем на границе воздух-вода. Интересно, что мы обнаружили, что ионогенные ПАВ практически не влияют на контактный угол поверхности, гидрофобизированной ПДМС, тогда как неионогенные ПАВ уменьшают этот угол.Аналогичные тенденции ожидаются и с поверхностями из диоксида кремния.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Объяснение: Гидрофобность и гидрофильность | Новости Массачусетского технологического института

Иногда вода растекается равномерно при попадании на поверхность; иногда он превращается в мельчайшие капельки. Хотя люди замечали эти различия с древних времен, лучшее понимание этих свойств и новые способы управления ими могут принести новые важные приложения.

Материалы с особым сродством к воде — те, по которым она растекается, максимизируя контакт, — известны как гидрофильные. Те, которые естественным образом отталкивают воду, вызывая образование капель, известны как гидрофобные.Оба класса материалов могут оказать значительное влияние на работу силовых установок, электроники, крыльев самолетов и опреснительных установок, а также других технологий, говорит Крипа Варанаси, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института. Улучшение гидрофильных и гидрофобных поверхностей может привести к созданию бутылок с кетчупом, из которых приправа просто скользит наружу, стаканов, которые никогда не запотевают, или электростанций, которые выжимают больше электроэнергии из заданного количества топлива.


Фото предоставлено Ронг Сяо и Ненадом Мильковичем
Гидрофильные и гидрофобные материалы определяются геометрией воды на плоской поверхности, в частности, углом между краем капли и поверхностью под ней.Это называется контактным углом.

Если капля распространяется, смачивая большую площадь поверхности, то краевой угол меньше 90 градусов и эта поверхность считается гидрофильной, или влаголюбивой (от греческих слов вода гидро и любовь филос ). Но если капля образует сферу, едва касающуюся поверхности — как капли воды на раскаленной сковороде — краевой угол больше 90 градусов, а поверхность гидрофобна или боится воды.

Но терминология на этом не заканчивается: большинство современных исследований гидрофобных и гидрофильных материалов сосредоточено на крайних случаях, а именно на супергидрофобных и супергидрофильных материалах.Хотя определения этих терминов менее точны, поверхности, на которых плотные капли образуют контактный угол более 160 градусов, считаются супергидрофобными. Если капли распределены почти плоско, с краевым углом менее примерно 20 градусов, поверхность является супергидрофильной.

«Во многих случаях в технике полезно экстремальное поведение», — говорит Эвелин Ванг, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института, специализирующаяся на супергидрофобных материалах.Например, поверхности конденсаторов на опреснительных установках или электростанциях лучше всего работают, когда они супергидрофобны, поэтому капли постоянно соскальзывают и могут быть заменены новыми. И наоборот, для приложений, где вода течет по поверхности, чтобы предотвратить ее перегрев, желательно иметь супергидрофильный материал, чтобы обеспечить максимальный контакт между водой и поверхностью.

Почему происходят эти явления? По сути, это вопрос химии поверхности, который определяется характеристиками используемых материалов.Форма поверхности также может усиливать эффекты: например, если материал гидрофобный, создание наноструктуры на его поверхности может увеличить площадь контакта с каплей, усилив эффект и сделав поверхность супергидрофобной. Точно так же наноструктурирование гидрофильной поверхности может сделать ее супергидрофильной. (Однако есть исключения, когда специальные виды узоров могут изменить обычные свойства материала.)

Все становится сложнее, когда что-то движется — как это часто бывает в реальных ситуациях.Например, при наклоне плоской поверхности любые капли на ней могут начать скользить, искажая свою форму. Таким образом, помимо измерения статических краевых углов, полное понимание свойств поверхности также требует анализа того, как различаются краевые углы на ее наступающих (передних) и отступающих (задних) краях, когда поверхность наклонена.

Поскольку в природе полно гидрофобных и гидрофильных поверхностей, основы этого явления известны ученым уже как минимум два столетия.Например, лист лотоса является хорошо известным примером гидрофобного материала, защищающего водное растение от заболачивания. Некоторые виды, такие как жук стенокара из африканской пустыни Намиб, сочетают в себе обе черты: на спине и крыльях насекомого есть гидрофильные шишки, которые способствуют конденсации из тумана; они окружены гидрофобными желобами, которые собирают образовавшиеся капли и направляют их к пасти жука, что позволяет ему выжить в одном из самых засушливых мест на Земле.

Одной из областей современного интереса к гидрофобным и гидрофильным поверхностям является энергоэффективность. Супергидрофобные поверхности, разрабатываемые исследователями из Массачусетского технологического института и других организаций, могут улучшить теплопередачу в конденсаторах электростанций, повысив их общую эффективность. Такие поверхности также могут повысить эффективность опреснительных установок.

Новые технологии также внесли свой вклад в эту область: возможность создавать наноструктурированные поверхности с выступами или гребнями всего в несколько миллиардных долей метра в поперечнике позволила создать новое поколение водозахватывающих и водоотталкивающих материалов; новые изображения движущихся поверхностей с высоким разрешением позволили лучше понять вовлеченные процессы.

Исследования, проводимые с помощью новых технологий, позволяют понять и управлять этим поведением на уровне деталей, немыслимом десять или два года назад. Но иногда новые методы показывают, насколько хорошо ученые разобрались в давних вещах: «Удивительно, — говорит Варанаси, — что некоторые вещи, которые мы можем проверить сейчас, были предсказаны столетие назад».

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

Определение гидрофобного

Слово гидрофобный происходит от греческих корней гидро – (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 представляет собой полярную молекулу , 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. Поэтому любые материалы с зарядом, будь он отрицательным или положительным, смогут взаимодействовать с молекулами воды и растворяться.(Вспомните, как соль растворяется в воде. Это связано с зарядами ионов натрия и хлора.)

Таким образом, гидрофобных молекул — это молекулы, которые не имеют заряда, то есть они неполярны. Из-за отсутствия заряда эти молекулы не имеют никаких межзарядных взаимодействий, которые позволили бы им взаимодействовать с водой. Гидрофобные материалы часто не растворяются в воде или в любом растворе, содержащем преимущественно водную (водяную) среду.Эта характеристика гидрофобности — или неполярности — важна для многих молекул, встречающихся 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 благодаря их способности сопротивляться взаимодействию с водой. Например, если вы когда-либо наносили воск на свой автомобиль, вы, вероятно, замечали, что после этого вода собиралась в капли и скатывалась с краски.Это связано с тем, что нанесенный воск является гидрофобным и не будет взаимодействовать с водой. Воски в этом случае помогают удерживать воду от поверхности автомобиля.

Коммерческие воски отталкивают воду, вызывая образование бусинок.

С другой стороны, во многих биологических системах воск может использоваться для других целей. Некоторые растения, например, используют воск, чтобы предотвратить утечку воды в результате испарения. Многие из суккулентных растений, таких как алоэ, производят воск, который позволяет их тканям удерживать воду для биологического использования.Тем не менее, причина, по которой эти растения способны на это, заключается в гидрофобности восков.

Растения алоэ используют воск для удержания воды.

Стероиды

Многие из основных витаминов и гормонов в организме являются стероидами, и эти молекулы неполярны. К ним относятся тестостерон, прогестерон и другие гормоны, которые образуются из холестерина. Кроме того, к ним относятся витамины А, D, Е и К, которые не растворяются в воде.(По совпадению, большинство молекул стероидов растворимы в жирах и липидах.) Это позволяет стероидным гормонам и витаминам дольше сохраняться в организме и сохраняет их для будущего использования в организме. Кроме того, гидрофобная природа этих молекул позволяет этим молекулам легко проникать через плазматическую мембрану и проникать в клетки организма.

Холестерин: предшественник стероидных гормонов

Краткий обзор урока

Слово «гидрофобный» происходит от греческих корней «гидро», означающего «вода», и «фобия», означающего «страх или ненависть».Иными словами, гидрофильность описывает тот факт, что неполярные вещества не соединяются с молекулами воды. Вода представляет собой полярную молекулу , что означает, что она несет частичный заряд между своими атомами. Гидрофобные молекулы — это молекулы, которые не имеют заряда, то есть они неполярны. Гидрофобные материалы часто не растворяются в воде или в любом растворе, содержащем преимущественно водную (водяную) среду. Масло, воск и стероиды — все это примеры гидрофобных материалов и молекул.

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

Результаты обучения

Внимательно изучите видеоурок о гидрофильных молекулах, чтобы вы могли позже:

  • Разобрать термин «гидрофобный» и дать его определение
  • Опишите, что такое гидрофобные молекулы
  • Определите некоторые гидрофобные примеры

гидрофобных против гидрофильных |

Загрузите версию этого документа для печати здесь

Гидрофобный и гидрофильный являются противоположностями.Слово «гидр» происходит от греческого « hydor », что означает «вода», поэтому гидрофобные материалы обозначаются как « боящиеся воды » и не смешиваются с водой, в то время как гидрофильные материалы обозначаются как « водолюбивые » и имеют склонность к смачиванию водой. Если вы капнете воду на поверхность, иногда она будет равномерно растекаться при попадании на поверхность, например, на бумажное полотенце, а иногда она будет собираться в капли, как на новой водонепроницаемой куртке.

бумага алюминиевая фольга лист лотоса
фотографий Н.Дж. Роджерс Симпсон

Материалы и молекулы, обладающие сродством к воде, являются гидрофильными; гидрофильная поверхность заставит воду растекаться, а гидрофильные молекулы имеют тенденцию хорошо растворяться в воде. Многие металлические поверхности гидрофильны, например алюминиевая фольга. Гидрофобные поверхности имеют тенденцию отталкивать воду, заставляя ее образовывать капли; Листья лотоса невероятно гидрофобны и заставляют воду образовывать шарики из-за структуры их поверхности. Эффект настолько силен, что его часто называют «ультрагидрофобным» или «эффектом лотоса».Вы можете наблюдать это сами на сушеных листьях лотоса, которые можно найти в китайских супермаркетах.

Гидрофобность/гидрофильность материалов/поверхностей можно измерить, определив контактный угол :

Краевые углы на листе лотоса (слева) и алюминиевой фольге (справа)

Это угол (θ), измеренный через жидкость, где граница жидкость/воздух встречается с твердой поверхностью. Чем больше краевой угол, тем более гидрофобна поверхность и тем больше капель воды.

Наряду с описанием твердых поверхностей термины «гидрофобный» и «гидрофильный» могут использоваться в качестве прилагательных для описания молекул. Гидрофильные молекулы имеют сродство к воде и хорошо растворяются в полярных растворителях. Молекулы, которые поляризованы, образуют водородные связи и/или существуют в виде ионов в растворе, как правило, хорошо растворяются в воде, потому что заряды можно стабилизировать, окружая молекулы полярными молекулами воды. Напротив, неполярные молекулы (такие как нефть) не имеют сродства к воде; более желательно, чтобы молекулы масла стабилизировали друг друга за счет сил Ван-дер-Ваальса, а молекулы воды стабилизировали друг друга за счет водородных связей, чем чтобы молекулы смешивались и взаимодействовали друг с другом, и, следовательно, масло и вода образуют слои.


Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Определение гидрофобности с примерами

Быть гидрофобным означает бояться воды. В химии это относится к свойству вещества отталкивать воду. Дело не в том, что вещество отталкивается от воды, а в том, что оно не притягивается к ней. Гидрофобное вещество проявляет гидрофобность и может быть названо гидрофобным.

Гидрофобные молекулы, как правило, представляют собой неполярные молекулы, которые группируются вместе, образуя мицеллы, а не подвергаются воздействию воды. Гидрофобные молекулы обычно растворяются в неполярных растворителях (например, в органических растворителях).

Существуют также супергидрофобные материалы, угол контакта которых с водой превышает 150 градусов. Поверхности этих материалов устойчивы к смачиванию. Форма капель воды на супергидрофобных поверхностях называется эффектом лотоса в связи с появлением воды на листе лотоса.Супергидрофобность считается результатом межфазного натяжения, а не химическим свойством вещества.

Примеры гидрофобных веществ

Масла, жиры, алканы и большинство других органических соединений гидрофобны. Если смешать масло или жир с водой, смесь расслоится. Если вы встряхнете смесь масла и воды, масляные глобулы в конечном итоге слипнутся, чтобы предоставить воде минимальную площадь поверхности.

Как работает гидрофобность

Гидрофобные молекулы неполярны.Когда они подвергаются воздействию воды, их неполярная природа разрушает водородные связи между молекулами воды, образуя клатратоподобную структуру на их поверхности. Структура более упорядочена, чем свободные молекулы воды. Изменение энтропии (беспорядок) заставляет неполярные молекулы слипаться, чтобы уменьшить их воздействие на воду и, таким образом, уменьшить энтропию системы.

Гидрофобный против липофильного

Хотя термины «гидрофобный» и «липофильный» часто используются взаимозаменяемо, эти два слова не означают одно и то же.Липофильное вещество является «жиролюбивым». Большинство гидрофобных веществ также являются липофильными, за исключением фторуглеродов и силиконов.

Размерная зависимость гидрофобной гидратации на электрифицированных границах раздела золото/вода

Значение

Оптимизация «зеленых» электрохимических процессов является одной из наиболее важных задач при переходе к технологиям возобновляемой энергии. Во многих из этих процессов, включая, например, восстановление CO2 и N2, образуются небольшие гидрофобные молекулы, которые реагируют на границе раздела, а их свободная энергия гидратации модулирует соответствующую термодинамику.Здесь мы используем моделирование молекулярной динамики, чтобы выяснить механизмы и энергетику гидрофобной гидратации на наэлектризованной границе раздела золото/вода. Мы предлагаем адаптацию теории Люма-Чандлера-Уикса, которая отображает изменения свободной энергии гидратации на границе раздела в зависимости от размера растворенного вещества и приложенного потенциала.

Abstract

Гидрофобная гидратация на границах раздела металл/вода активно влияет на энергетику электрохимических реакций, т.е. Восстановление CO2 и N2, в котором участвуют небольшие гидрофобные молекулы.В этой работе для изучения гидрофобной гидратации на границе раздела золото/вода используется метод молекулярной динамики с постоянным потенциалом. Мы предлагаем адаптацию теории Люма-Чандлера-Уикса (LCW) для описания свободной энергии гидрофобной гидратации на границе раздела в зависимости от размера растворенного вещества и приложенного напряжения. Основываясь на этой модели, мы можем предсказать стоимость свободной энергии образования полости на границе раздела непосредственно из стоимости свободной энергии в объеме плюс поправочный член, зависящий от границы раздела.Межфазная водная сеть вносит значительный вклад в свободную энергию, отдавая предпочтение адсорбции внешней сферы на поверхности золота для идеальных гидрофобов. Мы предсказываем накопление небольших гидрофобных растворенных веществ размером, сравнимым с CO или N2, в то время как стоимость свободной энергии для гидратации более крупных гидрофобных соединений с радиусом более 2,5 Å оказывается выше на границе раздела, чем в объеме. Интересно, что переход от режимов с преобладанием объема к режимам с преобладанием поверхности, предсказанный теорией LCW в объеме, также имеет место для гидрофобов на границе Au/вода, но происходит при меньших радиусах полости.Применяя адаптированную теорию LCW к простой модельной реакции присоединения, мы иллюстрируем некоторые последствия наших открытий для электрохимических реакций.

Небольшие гидрофобные частицы часто присутствуют на границе раздела металл/вода в качестве реагентов, промежуточных продуктов и продуктов в большом количестве электрохимических процессов, таких как восстановление CO2 (1, 2) и N2 (3, 4). Таким образом, разработка моделей, способных описывать гидрофобную гидратацию на границе раздела с металлом, является ключевым шагом в оптимизации этих реакций.

Структура и динамика молекул воды, адсорбированных на металлических поверхностях, в настоящее время хорошо изучены благодаря сочетанию передовых экспериментальных (например, поверхностно-специфической колебательной спектроскопии in situ и синхротронных методов) (5⇓⇓–8) и вычислительных ( 8⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓–16) методы. Очень интересным результатом этих исследований является существование гидрофобных эффектов на границе раздела из-за своеобразной организации сети водородных связей (ВС) адсорбированных молекул воды (17).Гидрофобная гидратация является ключевым явлением в объемной воде (18, 19), и ее понимание привело к важному прогрессу, например, в нашем понимании биологических процессов, где она встречается повсеместно (19⇓⇓⇓⇓⇓–25). Молекулярное описание гидрофобности все еще представляет собой проблему для теории и экспериментов (20, 26⇓⇓–29).

Как описано в теории Лама-Чандлера-Уикса (LCW) (18), затраты свободной энергии на сольватацию гидрофобного растворенного вещества в объемной воде хорошо аппроксимируются затратами свободной энергии на образование полости в жидкости и в первую очередь зависят от размер полости.В частности, для малых растворенных веществ (радиусом менее 7 Å) сеть HB воды эластично реагирует на размещение полости, но меньшее количество неповрежденных конфигураций сети приводит к уменьшению энтропии, пропорциональному объему. С другой стороны, для более крупных растворенных веществ применяется межфазная термодинамика, включающая разрушение ВВ вода-вода и соответствующее изменение энтальпии, которое зависит от площади поверхности полости (19). При движении от объема к границе раздела гидратация гидрофобных частиц дополнительно модулируется специфическими взаимодействиями вода-вода и вода-поверхность, и часто наблюдаются отклонения от поведения в объеме (17, 20, 23, 30).Например, было показано, что большие флуктуации плотности поверхности воды в контакте с гидрофобными средами способствуют сольватации гидрофобных растворенных веществ, в то время как для гидрофильных границ раздела сообщалось о более объемном поведении, где флуктуации плотности подавляются взаимодействиями вода-поверхность. 20, 31).

В этом отношении границы раздела металл/вода представляют собой особый случай, когда сильное взаимодействие вода–поверхность приводит к образованию очень упорядоченных надслоев воды поверх металла, при этом между надслоем и соседним слоем воды образуется мягкая граница раздела жидкости. слой (10, 17, 32).В случае платины было показано, что эта граница раздела вода-вода демонстрирует флуктуации плотности, типичные для гидрофобных сред, что способствует образованию полостей, в которых могут размещаться небольшие растворенные вещества (17). В настоящей работе мы исследуем гидрофобную гидратацию на наэлектризованной границе раздела воды и поверхности золота (100) с помощью моделирования классической молекулярной динамики (МД). Сосредоточив внимание на диапазоне размеров растворенного вещества и поверхностного потенциала, важного для электрохимических приложений, мы обеспечиваем зависящую от поверхности поправку к теории LCW, которая объясняет модификации, налагаемые поверхностью золота на механизм образования полости, и мы проливаем свет на его зависимость на приложенное напряжение.

Результаты

Гидрофобная гидратация на границе раздела.

На рис. 1 представлены профили свободной энергии сольватации δµv(z), полученные как разность свободной энергии сольватации на расстоянии z от поверхности и в объеме, для малых сферических гидрофобных растворенных веществ с увеличением радиуса (от r = 2,0 Å до r = 3,5 Å). Профили получают путем контроля вероятности образования сферических полостей выбранного радиуса в зависимости от z (уравнение 5 ). Приложенное напряжение (ΔV) устанавливается равным 0 В, что соответствует точке нулевого заряда (PZC) модели.Характерный снимок, иллюстрирующий эту методологию, представлен на рис. 1 A , где также выделена межфазная организация молекул воды. Этот последний напоминает тот, который ранее был показан Limmer et al. для границ раздела Pt/вода (17): Сильные, благоприятные взаимодействия между молекулами воды и металлической поверхностью приводят к специфическим взаимодействиям с соседними молекулами воды. Как показано на виде сверху на рис. 1 B , молекулы воды в первом адсорбированном слое (адслое, в среднем 12 молекул воды на нм2) предпочтительно лежат плоско на поверхности на расстоянии ~3 Å.Глобальное расположение демонстрирует квадратную симметрию, но с некоторыми оставшимися вакансиями, положение которых является динамическим во времени. Подобные вакансии наблюдались в монослойных структурах воды, абсорбированной на многих гранецентрированных кубических металлах (33). Упорядоченная структура воды над поверхностью Au приводит к максимизации количества ВС, образующихся между молекулами воды надслоя (в среднем 18 ВС на нм2, что соответствует 2,9 ВС на молекулу; см. Computational Methods для определения ВС).Как следствие, остается мало мест для формирования ВС между адслоем и вторым слоем воды, что приводит к четырем межслоевым ВС на нм2 (0,4 ВС на молекулу). По этой причине второй слой в некоторых аспектах напоминает слой, образованный водой в контакте с гидрофобной средой (17), например воздухом, и мы называем его воздухо-водоподобным слоем, хотя композит Au(100 )+поверхность надслоя макроскопически гидрофильна ( SI Приложение , рис. S1). В частности, четыре межслойных HB на нм2 находятся между 0 HB на нм2 для воды над чисто гидрофобной поверхностью и 9.3 HBs на нм2 для однородной гидрофильной поверхности, такой как α-001-кварц (34). Как следствие, одна из каждых пяти молекул воды в воздухо-водоподобном слое несет оборванный OH, указывающий на ад-слой, что является признаком локальной гидрофобности, например, экспериментально обнаруженной с помощью спектроскопии генерации суммарной частоты на границах раздела золото/вода. (7). Такой локальный гидрофобный характер усиливает колебания плотности воды, увеличивая вероятность образования мелких полостей. Это ясно видно на профилях свободной энергии гидратации на рис.1 C , Left , которые показывают минимум при z < 5 Å для всех исследованных радиусов полости. Минимумы представляют собой стабильные местоположения гидрофобных растворенных веществ на границе раздела.

Рис. 1.

Избыточная свободная энергия сольватации для идеальных гидрофобов на границе Au(100)/вода в PZC. ( A ) Схема, показывающая, как избыточная свободная энергия сольватации, δµv(z), с v объемом идеального гидрофобного слоя (белая сфера) и z вертикальным расстоянием от адслоя, рассчитывается на основе моделирования МД.Выделены молекулы воды, принадлежащие адслою (в непосредственном контакте с Au, при z ∼0 Å) и соседнему воздухо-водоподобному слою (при z ∼3 Å). Белые сферы идентифицируют гидрофоб, сольватированный в объеме и в его наиболее стабильном положении на границе раздела, т. е. с одной стороной, контактирующей с адслоем. ( B ) Вид сверху на упорядоченное расположение воды в адслое, показывающий квадратную симметрию с некоторыми вакансиями (см. черный кружок для одного примера).( C , Left ) Профили δµv(z) в зависимости от z для идеальных гидрофобов с увеличивающимся радиусом ( r ), полученные как разность свободной энергии сольватации на расстоянии z от поверхности и в объеме. ( C , Right ) Те же профили в зависимости от z−r. Вертикальные пунктирные линии обозначают расположение адслоя и воздухо-водоподобного слоя.

При увеличении радиуса полости минимум свободной энергии располагается дальше от поверхности и его значение увеличивается.Чтобы рационализировать этот результат, мы должны учитывать не только расстояние между центром полости и поверхностью Au, но и минимальное расстояние между поверхностью полости и Au, z−r, как показано на рис. . Для всех полостей наиболее устойчивое положение на границе раздела при z−r=0 Å, т. е. когда поверхность полости контактирует с адслоем в одной точке, как показано на вставке. Это соответствует внешнесферной адсорбции гидрофобов, которые отделены от металла адслоем.Напротив, адсорбция внутри сферы, которая потребовала бы образования полости внутри адслоя, в значительной степени неблагоприятна, о чем свидетельствует резкое увеличение δμv (z) для z-r < 0 Å. Это можно понять, если учесть, что замена молекулы воды в адслое пустым участком имеет высокую стоимость свободной энергии, которая была оценена в работе. 10 должно быть порядка 10 кБТ. Более подробную информацию об особенностях профилей δµv(z) можно найти в SI, Приложение , рис. S2 и соответствующее обсуждение).

Адаптированная теория LCW для границы раздела металл–вода.

Значение δμv(z) в минимуме (z−r= 0 Å) далее обозначается δμv(z*). Этот член соответствует разнице в затратах свободной энергии на формирование одной и той же полости в наиболее стабильном положении на границе раздела и в объеме: δμv(z*)=Δμvint−Δμvbulk. позволяет нам адаптировать теорию LCW, которая описывает свободную энергию гидратации идеальных гидрофобов в объеме (18, 19), к границе Au/вода.На рис. 2 A показаны изменения δμv(z*), нормированные на площадь поверхности резонатора, в зависимости от радиуса резонатора. Это представление позволяет установить пропорциональное увеличение свободной энергии к объему полости, как это имеет место в объеме (18, 19) для радиусов полости менее 7 Å (рис. 2 A , , вставка ). Аналогичный объемный режим наблюдается для дополнительного межфазного вклада, о чем свидетельствует линейная зависимость δµv(z*)/r2 от r. Однако линейное поведение строго справедливо для более ограниченного диапазона радиусов, т.е.э., до r = 3,0 Å, в отличие от объемного случая. Отклонение от линейности гораздо менее выражено в члене Δμvint, поскольку он представляет собой комбинацию δμv(z*) и Δμvbulk ( SI Приложение , рис. S3 A ).

Рис. 2.

Гидрофобная гидратация на границе Au(100)/вода в зависимости от объема. ( A ) Избыточная свободная энергия сольватации для идеальных гидрофобов в зависимости от их радиуса r, нормированного на площадь поверхности полости. Приведенные значения δμv представляют собой разницу между свободной энергией сольватации гидрофоба, расположенного на границе раздела (z = z*, первый минимум на рис.1 C ) и навалом. Черная сплошная линия представляет собой линейную аппроксимацию, подчеркивающую режим с преобладанием объема, строго действующий до r = 3,0 Å. ( Врезка ) График, полученный из теории LCW (18) для объемной воды, адаптированный из ссылки. 19. ( B ) δμv(z*) позволяет получить стоимость свободной энергии образования полости на границе раздела Δμvint непосредственно из хорошо известных значений в объеме Δμvbulk. ( C ) Профиль адсорбции молекулы CO на границе раздела Au(100)/вода, полученный методом зонтичного отбора проб, сравнивается с профилем для 2.Резонатор 5 Å (такой же, как на рис. 1 C , слева ).

Более того, как видно на графике, δµv(z*)/r2 равно нулю примерно при r = 2,5 Å, что согласно уравнению. 1 соответствует случаю, когда образование полости на границе раздела и в объеме изоэнергетично, а при r < 2,5 Å становится меньше 0. Поэтому образование небольших полостей, в которых могут разместиться мельчайшие гидрофобные молекулы, такие как N2 или CO, благоприятствует на границе раздела по отношению к объему, способствуя их скоплению вблизи поверхности Au.Чтобы проверить этот результат, профиль свободной энергии адсорбции СО на границе раздела Au(100)/вода был получен методом зонтичного отбора проб. Как показано на рис. 2 C , поведение CO хорошо аппроксимируется полостью 2,5 Å с наиболее стабильным расположением во внешнем слое (z = r = 2,5 Å), высоким барьером свободной энергии для входа в адслой. (z<2 Å) и максимум при z=4 Å.

Напротив, δμv(z*) становится положительным для полостей с r > 2,5 Å, что характерно для более крупных гидрофобных молекул, таких как CO2 или Ch5.Таким образом, водная сетка не способствует значительному накоплению этих молекул на границе раздела, хотя четко выраженный минимум при z−r=0 Å на рис. интерфейс. Интересно, что переход от отрицательных к положительным значениям δµv(z*)/r2 выходит за рамки того, что ожидается для канонических гидрофобных интерфейсов, где флуктуации плотности усиливаются по отношению к объему как в малых, так и в больших объемах наблюдения (20, 31).Таким образом, поверхность раздела вода-вода, образующаяся между адслоем и воздухо-водоподобным слоем, играет двойную роль: с одной стороны, она создает гидрофобную среду, в которой усиливаются короткодействующие колебания плотности, которые могут приспосабливаться к небольшим гидрофобным растворенным веществам; с другой стороны, он сдерживает дальние флуктуации плотности, так что образование больших полостей затруднено.

Чтобы лучше понять микроскопическое происхождение такой двойной роли, на рис.3. Для наименьших полостей, представленных на рисунке панелью r=2,0 Å, большая часть пустого объема занимает межслоевое пространство между адслоем и воздухо-водоподобным слоем (которые разделены на ∼3 Å) и сеть ГВ внутри воздухо-водоподобного слоя (оранжевые связи на рисунке) практически невозмущена вокруг полости. Поскольку плотность ВС между адслоем и воздухо/водоподобным слоем чрезвычайно мала (всего четыре ВС на нм2), затраты свободной энергии на образование полости в межслоевом пространстве минимальны, поэтому δµv(z*)/r2< 0.Однако, когда размер полости увеличивается выше 2,5 Å, т. е. когда мы входим в диапазон размеров, где δμv(z*)/r2>0, и все еще масштабируется линейно с объемом полости, искажение, налагаемое на сеть HB в воздухо-водоподобный слой становится более жестким (см. оранжевые связи на рис. 3, Средний ). Как видно на снимке, это искажение возникает из-за упругого отклика водяной сети, обернувшей полость. Согласно теории LCW (18), этот процесс имеет энтропийную стоимость, которая на границе раздела оказывается больше, чем в объемной воде, поскольку δµv(z*)/r2>0.Таким образом, «гибкость» гидрофобного воздухо-водоподобного слоя снижается в присутствии адслоя, так как последний может обеспечивать некоторое количество ВС, хотя и немногое, которые локально закрепляют флуктуации плотности воды. Это не относится к чисто гидрофобным интерфейсам, которые, соответственно, способствуют размещению как малых, так и больших гидрофобных растворенных веществ (20, 31). Эффект адслоя становится более выраженным при увеличении радиуса полости до 3,5 Å (рис. 3, , справа ), где сеть ГВ внутри воздухо-водоподобного слоя локально нарушена (отсутствуют оранжевые связи на рис.3) вблизи полости. Разрушение некоторых HB вносит энтальпийную составляющую в стоимость свободной энергии образования полости, которая, согласно теории LCW, должна масштабироваться с площадью поверхности полости (см. SI Приложение , рис. S3 B для оценки соответствующее изменение энтропии). По этой причине отклонения от объемного режима на рис. 2 наблюдаются за радиусом 3,0 Å. Таким образом, наши результаты показывают, что переход от режимов с преобладанием объема (энтропийный) к режимам с преобладанием поверхности (энтальпий), предсказываемый теорией LCW в объеме, также происходит на границе Au/вода, но ожидается, что радиусы полости меньшего размера. из-за ограничений, налагаемых надслоем на колебания межфазной водной сети.

Рис. 3.

Механизм гидрофобной гидратации на границе раздела Au(100)/вода в PZC. Снимки МД, иллюстрирующие механизм сольватации малых идеальных гидрофобов (т. е. небольших полостей, серых сфер) в их наиболее стабильном положении на границе раздела (первый минимум на рис. 1 C ). HB между молекулами воды в воздухо-водоподобном слое материализованы оранжевым цветом, чтобы лучше оценить искажение (для 2,5 Å в радиусных полостях) и локальное нарушение (для 3,5 Å в радиусных полостях) межфазной сети воды.

Эффект прикладного потенциала.

На рис. 4 теперь мы оцениваем влияние приложенного напряжения, изменяя потенциал пластины Au от -2 В до +2 В. Поскольку межфазные химические реакции не включены в наше классическое моделирование, только вызванные потенциалом структурные изменения в Адгезионный слой и воздухо-водоподобный слой будут влиять на флуктуации плотности и образование полостей на границе раздела. На рис. 4 A показано, что влияние поверхностного потенциала на стоимость свободной энергии образования каверны в исследованном диапазоне незначительно, а профили свободной энергии, полученные при всех значениях потенциала, практически накладываются друг на друга.Следовательно, все предыдущие результаты, полученные для условий PZC, могут быть распространены на широкий диапазон рабочих электрохимических условий, пока не происходят реакции.

Рис. 4.

Влияние приложенного потенциала. ( A ) Избыточная свободная энергия сольватации, δµv(z), для идеального гидрофобного слоя радиусом 2,0 Å на отрицательном и положительном электродах. Аналогичные тенденции для большей полости показаны в приложении SI , рис. S4. ( B ) Структура воды надслоя в зависимости от приложенного напряжения, количественно определяемая изменением количества HB (ΔHB//), образованных между молекулами воды надслоя по отношению к PZC.( Врезка ) Вероятность того, что надслоевые воды будут ориентировать свои атомы водорода к поверхности Au (H-вверх, красный), в сторону от поверхности Au (H-вниз, голубой) или параллельно ей (H-//, зеленый). Профили плотности воды показаны в Приложении SI , рис. S5.

Несмотря на то, что гидрофобная гидратация остается неизменной, при приложении напряжения обнаруживаются структурные изменения в адслое. На рис. 4 B они оцениваются путем количественной оценки изменения числа ВС, образующихся между молекулами воды адслоя, обозначенными ВС //, за счет их ориентации параллельно поверхности Au, а также по изменению ориентации ОН-групп адслоя воды (рис.4 B , Вставка ). При 0 В (PZC) молекулы воды адслоя преимущественно располагаются параллельно поверхности Au (>70% ОН-групп с параллельной ориентацией, зеленая кривая на вставке) и образуют 18 ВС // /нм2. При приложении отрицательного потенциала некоторые адслоевые воды переориентируются, при этом одна ОН-группа направлена ​​к поверхности (красная кривая на вставке), а структура адслоя частично разупорядочена с потерей 0,5 ВС// на нм2 (2 % всего) при -1 В и 1,2 HBs// на нм2 (6% от общего) при -2 В.Эти структурные изменения согласуются с предыдущим исследованием, в котором использовалось моделирование ab initio в сочетании с рамановской спектроскопией с усилением поверхности (8). Напротив, переориентация воды при положительных потенциалах (рис. 4 B , вставка ) не сопровождается разупорядочением внутри адслоя, о чем свидетельствует ΔHB// на нм2, которое больше для потенциалов +1 В и +2 В, чем при 0 В. В соответствии с тем, что ранее наблюдалось на границах раздела Pt/вода (10), мы, таким образом, обнаруживаем асимметрию в реакции структуры адслоя на положительном/отрицательном электродах.Однако изменения в структуре адслоя существенно не влияют на его гидрофобность по отношению к соседнему воздухо-водоподобному слою и, следовательно, на процесс формирования полости. Это измеряется количеством межслоевых ГТ на нм2, образующихся между адслоем и воздухо/водоподобным слоем, которое остается постоянным около значения 4 с дисперсией ±0,1 во всем диапазоне потенциалов.

Следует отметить, что в случае металлов, таких как платина, которые сильно взаимодействуют с водой, дополнительная степень сложности будет обеспечиваться присутствием хемосорбированных молекул воды внутри адслоя, как недавно было показано Le et al.(12) из ​​моделирования ab initio MD. Насколько хемосорбированные воды могут влиять на описанный здесь механизм образования полости, а также его зависимость от приложения напряжения, является интригующим вопросом, который еще предстоит решить.

Значение для электрохимических реакций внешней сферы.

Теперь мы применим нашу адаптацию теории LCW к простой модельной реакции присоединения: R1+R2=P,[2]где R1 и R2 — небольшие гидрофобные молекулы, которые реагируют с образованием более крупной молекулы P. Такие реакции присоединения являются ключевыми этапами. для электрохимических путей восстановления CO2 до многоуглеродных продуктов, таких как этанол и этилен (35⇓–37), которые получаются с достаточной фарадеевской эффективностью на медных электродах, но не на других металлах, таких как золото (37⇓–39).В объеме вклад гидрофобной гидратации (ΔFreax) в общую свободную энергию реакции присоединения 2 определяется выражением ΔFreax=Δμvbulk(P)−Δμvbulk(R1)−Δμvbulk(R2)[3]. Например, при условии аналогичного радиуса 2,5 Å для полости как R1, так и R2 (что соответствует случаю молекулы CO) приведет к продукту с приблизительным радиусом 3,25 Å, что даст вклад ΔFreax=45,0 мэВ в объеме согласно теории LCW . Для того чтобы определить, станет ли эта реакция благоприятнее или затруднительнее на границе раздела (при отсутствии эффектов хемосорбции для молекул), необходимо добавить соответствующие вклады свободной энергии для приведения R1, R2 и P в положение z при которой происходит реакция.Если мы предположим, что последний равен наиболее благоприятному положению во внешнем слое (z=z*, как показано на схеме рис. 5), вклад гидрофобной гидратации в свободную энергию реакции теперь равен ΔFreaxint=ΔFreax+δμv (zP*)−2δµv(zR1*=zR2*).[4] Дополнительные затраты свободной энергии на перемещение полости радиусом 2,5 Å из объема в стабильное положение внешнего слоя составляют 2,2 мэВ, а она составляет 22,1 мэВ для большей полости радиусом 3,25 Å. Следовательно, ΔFreaxint равно 62,7 мэВ. Таким образом, неблагоприятная гидратация больших гидрофобных молекул на границе раздела Au/вода налагает штраф за свободную энергию на стадии реакции присоединения внешней сферы, в то же время она может способствовать реакциям отщепления (которые идут по противоположному пути: P=R1+R2).Таким энергетическим недостатком нельзя пренебречь, поскольку ΔFreaxint в нашей модельной реакции имеет тот же порядок величины, что и свободная энергия реакции, теоретически определенная для обычных стадий реакции присоединения (35, 36). Таким образом, наши результаты свидетельствуют о том, что гидрофобная гидратация может активно способствовать предпочтительному образованию моноуглеродных, а не многоуглеродных продуктов восстановления CO2 на золотых электродах.

Рис. 5.

Вклад гидрофобной гидратации в электрохимические процессы. Схема модельной реакции внешнесферного присоединения, где две полости (R1 и R2) из ​​2.Радиусы 5 Å образуют большую полость ( P ) радиусом 3,25 Å.

Обсуждение и выводы

Гидратация небольших гидрофобных растворенных веществ, образующих полости радиусом от 2,0 до 3,5 Å на наэлектризованной границе раздела Au(100)/вода, была исследована с помощью классического моделирования методом МД. Установлено, что в широком диапазоне потенциалов, актуальном для электрохимических приложений, наиболее устойчивое положение гидрофобов на границе раздела соответствует внешнесферной адсорбции, т.е. занятию межслоевой области, отделенной от металла адслоем воды.Напротив, внутрисферной адсорбции препятствуют высокие затраты свободной энергии на образование полости внутри адслоя, где плотность ВС в пять раз выше, чем в межслоевой области. Следовательно, для адсорбции гидрофобных частиц на границе раздела металл/вода существует субнанометрическая неоднородность с неблагоприятным местом внутри адслоя и благоприятным положением в межслоевой области.

Предполагается, что межфазная водная сеть играет решающую роль: хотя она способствует накоплению небольших гидрофобных растворенных веществ размером, сравнимым с CO или N2, затраты свободной энергии на гидратацию более крупных гидрофобных соединений превышают 2.радиусом 5 Å больше на границе раздела, чем в объеме. В резком контрасте со случаем Au(100) было показано, что даже полости радиусом 3 Å обогащены на границах раздела Pt/вода в результате более сильной хемосорбции воды на поверхности платины (9, 17). Следовательно, чем сильнее металлическая поверхность взаимодействует с водой, образуя очень упорядоченную структуру надслоя с низкой плотностью межслоевых ГВ, тем больше способствует гидрофобной гидратации, увеличивая предельный размер для накопления растворенных веществ на границе раздела.В предельном сценарии, когда между адслоем и воздухо-водоподобным слоем образуется чисто гидрофобная граница раздела, т. е. с нулевыми межслоевыми ВС, обогащение как малых, так и больших растворенных веществ на границе раздела по сравнению с объемом (20 , 31). Интересные перспективы открывает возможность инициировать адсорбцию гидрофобных частиц на границе раздела металл/вода в зависимости от степени упорядочения в адслое. Более того, поскольку флуктуации плотности в жидкой воде могут значительно отклоняться от канонических сферических форм (22, 40), субнанометрическая неоднородность, наблюдаемая в направлении нормали к поверхности на границе раздела золото/вода, свидетельствует о том, что не только объем, но и форма полость может влиять на свободную энергию гидратации.

Таким образом, при оценке затрат свободной энергии на гидрофобную гидратацию в межслоевой области в зависимости от размера полости можно выделить режимы с преобладанием объема и преобладания поверхности, как описано в теории LCW (18) для объема. . На границе, однако, переход от первого ко второму режиму происходит для гидрофобов с радиусом ~3 Å, меньшим, чем в объеме. При таком радиусе, соответствующем расстоянию между адслоем и воздухо-водоподобным слоем, половина каверны выходит в межслоевую область, а другая половина выступает в воздухо-водоподобный слой, вызывая разрушение некоторых ВС. .Здесь мы предлагаем структуру, которая позволяет адаптировать теорию LCW к границам раздела металл/вода, переписав стоимость свободной энергии гидрофобной гидратации на границе раздела как стоимость свободной энергии в объеме плюс поправочный член, зависящий от размера. Хотя значения поправочного члена специфичны для данной границы раздела, подход можно обобщить на любую другую границу раздела металл/вода.

Наконец, мы показали, что стадии реакции присоединения внешней сферы страдают от энергетических потерь, связанных с высокой стоимостью образования больших полостей, в то время как реакции элиминации, когда большая молекула разлагается в меньших полостях, стимулируются.Поскольку свободная энергия гидратации значительно варьируется в пределах нескольких ангстрем на границе раздела, будет интересно выйти за рамки упрощения, что реагенты и продукты в конечном итоге ограничены внешним слоем, и оценить, как вклад гидрофобной гидратации в реакцию изменяется в зависимости от их расстояния. с поверхности. Наши предварительные результаты открывают путь к точной настройке свободных энергий гидратации на границе раздела как эффективной стратегии управления энергетикой и механизмами электрохимических реакций.

Вычислительные методы

Жидкая пластина, состоящая из 3481 молекулы воды между двумя плоскими поверхностями Au(100) (каждый электрод состоит из пяти слоев, по 162 атома Au в каждом), была смоделирована с использованием программы MetalWalls (41). Было выполнено три моделирования при фиксированных приложенных потенциалах 0, 1 и 2 В между электродами соответственно. Использовались двумерные (2D) периодические граничные условия без периодичности в направлении, нормальном к поверхности Au. Размеры коробки по осям x и y составляют Lx=Ly=36.63 Å. Для воды была выбрана модель SPC/E (42), а параметры Леннарда-Джонса, введенные Heinz et al. (43) были приняты для Au(100). Правила смешивания Лоренца-Бертло использовались для моделирования взаимодействий между всеми атомами, и использовалась отсечка 15 Å. Электростатические взаимодействия были рассчитаны с использованием метода 2D-суммирования Эвальда с отсечкой 12 Å для короткодействующей части. Боксы для моделирования уравновешивали при постоянном атмосферном давлении путем приложения постоянной силы давления к электродам.Затем расстояние между электродами фиксировали на равновесном значении 78,6 Å (для которого плотность воды в середине ящика соответствует объемному значению). Второй шаг уравновешивания 5 нс был выполнен для всех моделей в ансамбле NVT с T = 298 K. После уравновешивания были собраны производственные серии по 80 нс каждый с временным шагом 2 фс (NVT, T = 298 K) и используется для анализа. Мы проверили, что времени моделирования достаточно для сходимости концентрации вакансий в адслое.

HB вода-вода были рассчитаны с использованием определения White et al. (44) с расстоянием O(−H)⋯O ≤3,2 Å и углом O−H⋯O в диапазоне [140−220]°. Второй критерий (45) был протестирован, чтобы убедиться, что результаты не искажаются принятым определением HB. Затем количество оборванных ОН-групп, переносимых молекулой воды, оценивается как 2 минус среднее количество ВС, которые она образует в качестве донора. Для анализа ОН-ориентации (рис. 4, , В, , , вставка ) ОН-группа считается параллельной поверхности Au (H-//), если она образует угол 90°±30° по отношению к нормальное направление z (от твердого тела к жидкости), H-вниз, если < 60 °, и H-вверх в противном случае.

Затраты свободной энергии на образование каверны в зависимости от расстояния по вертикали от поверхности Au рассчитаны путем дискретизации вероятности (Pv(0,z)) обнаружения нулевых центров кислорода воды в сферическом зондирующем объеме выбранного радиуса (17): Pv(0,z)=e−β∆µv(z),[5]где β=1/kBT, kB — постоянная Больцмана.

Зонтичный расчет профиля адсорбции СО по координате z, то есть вертикальному расстоянию между центром масс СО и надслоем воды, выполнен с использованием библиотеки PLUMED версии 2 с открытым исходным кодом.5 (46). Было выполнено шесть расчетов при значениях z 0,5, 2,5, 4,5, 6,5, 8,5 и 10,5 Å с жесткостью пружины 250 кДж моль-1 нм-2. Параметры силового поля из исх. 47 были использованы для CO.

Благодарности

Мы благодарим C. Stein, M. Head-Gordon, M.-P. Gaigeot, K. Tschulik и L. Scalfi за плодотворные обсуждения. Это исследование финансируется Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Немецкий исследовательский фонд) в рамках Стратегии превосходства Германии — EXC2033–390677874 — RESOLV.Мы благодарим Исследовательский центр Меркатор в Руре (MERCUR) за финансирование. М.Х. и S.P. признают финансовую поддержку Расширенного гранта Европейского исследовательского совета (ERC) 695437 ТГц-калориметрия. РС. и в качестве. признают финансовую поддержку со стороны ERC в рамках исследовательской и инновационной программы Horizon 2020 Европейского Союза (соглашение о предоставлении гранта 771294). Этой работе был предоставлен доступ к высокопроизводительным вычислительным ресурсам Национального информационного центра высшего уровня (CINES) в рамках выделения A0080910463, предоставленного Grand Équipement National de Calcul Intensif (GENCI).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.