اصلاح سطح نانوذرات فیومدسیلیکا جهت ساخت لایه نفوذی ابرآبگریز به عنوان محافظ نمای ساختمان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه اصفهان

چکیده

در این مقاله هدف ساخت لایه نفوذی ابرآبگریز جهت حفظ نمای ساختمان است. در این پژوهش ابتدا سطح نانوذرات فیومدسیلیکا توسط پلیمر پلی‌دی‌متیل سیلوکسان اصلاح شد و سپس سوسپانسیونی از نانوذرات اصلاح شده بر پایه آب/اتانول و عامل پایدار کننده سدیم دو دسیل سولفات ساخته شد. لایه‌ی نفوذی ابر‌آبگریز بر سطح آجر‌ نمای ساختمان‌ با فرایند برس‌زنی و پاششی اعمال شد. نتایج نشان داد پتانسیل زتا برای سوسپانسیون حاوی نانوذرات فیومدسیلیکا آبدوست و سوسپانسیون حاوی نانوذرات فیومدسیلیکا آبگریز به ترتیب برابر mV4/25- و mV9/55- است. بر اساس آزمون طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه چون جابه‌جایی قابل توجه طیف‌ها مشاهده نگردید بنابراین مکانیزم اتصال مولکول‌های اصلاح کننده با سطح نانوذرات از نوع فیزیکی گزارش شد. حداقل و حداکثر مقدار پلیمر پلی‌دی‌متیل سیلوکسان برای آبگریز کردن سطح نانوذرات فیومدسیلیکا ۵ و 15 درصد وزنی به‌دست آمد. زاویه‌تماس قطره آب بر سطح آجر که با لایه‌نفوذی آبگریز آغشته شده است، بیش از ◦۱۵۰ و زاویه‌لغزش ◦۴ است که نشان دهنده خاصیت ابرآبگریزی این لایه است. این خاصیت ابرآبگریزی طبق مکانیزم کسی- بکستر ناشی از ایجاد سطحی با زبری در مقیاس میکرو/نانو و انرژی سطحی بسیار پایین محقق شد. براساس آزمون رایلم، بعد از گذشت 20 دقیقه، نفوذ آب به داخل آجر آبگریز شده، صورت نگرفت. همچنین طبق آزمون شوره، بعد از گذشت 15 روز هیچ-گونه رسوب نمکی بر سطح آجر مشاهده نشد. علاوه بر این، لایه نفوذی ابرآبگریز قابلیت تنفس پذیری و نفوذپذیری آب مطلوبی را بر سطح آجر نمای ساختمان ایجاد کرد.

کلیدواژه‌ها


  1. R. Lakshmi, P. Bera, C. Anandan, B.J. Basu, Effect of the size of silica nanoparticles on wettability and surface chemistry of sol–gel superhydrophobic and oleophobic nanocomposite coatings, Applied Surface Science, 320 (2014) 780-786.
  2. E. Bengtsson, Creating super hydrophobic surfaces for moisture protection of biobased composites, Master of Science Thesis. Gothenburg. 2013.
  3. S.-D. Wang, S.-S. Luo, Fabrication of transparent superhydrophobic silica-based film on a glass substrate, Applied Surface Science, 258 (2012) 5443-5450.
  4. بهروز موحدی، سید محمد شکرانی، سعید صنایعی، کاربرد نانوفناوری در نمای ساختمان، انتشارات تدبیران، (1397).
  5. H. Barthel, L. Rösch, J. Weis, Fumed SilicaProduction, Properties, and Applications, Organosilicon chemistry ii: From molecules to materials, (1995) 761-778.
  6. B.J. Basu, V.D. Kumar, C. Anandan, Surface studies on superhydrophobic and oleophobic polydimethylsiloxane–silica nanocomposite coating system, Applied surface science, 261 (2012) 807-814.
  7. Q. Ke, W. Fu, H. Jin, L. Zhang, T. Tang, J. Zhang, Fabrication of mechanically robust superhydrophobic surfaces based on silica micro-nanoparticles and polydimethylsiloxane, Surface and Coatings Technology, 205 (2011) 4910-4914.
  8. K. Tu, L. Kong, X. Wang, J. Liu, Semitransparent, durable superhydrophobic polydimethylsiloxane/SiO2 nanocomposite coatings on varnished wood, Holzforschung, 70 (2016) 1039-1045.
  9. A. Cholewinski, J. Trinidad, B. McDonald, B. Zhao, Bio-inspired polydimethylsiloxane-functionalized silica particles-epoxy bilayer as a robust superhydrophobic surface coating, Surface and Coatings Technology, 254 (2014) 230-237.
  10. Z. Lu, L. Xu, Y. He, J. Zhou, One-step facile route to fabricate functionalized nano-silica and silicone sealant based transparent superhydrophobic coating, Thin Solid Films, 692 (2019) 137560.
  11. Q. Sun, Z. Li, J. Wang, S. Li, B. Li, L. Jiang, H. Wang, Q. Lü, C. Zhang, W. Liu, Aqueous foam stabilized by partially hydrophobic nanoparticles in the presence of surfactant, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 471 (201) 54-64.
  12. G. Camino, S.M. Lomakin, M. Lazzari, Polydimethylsiloxane thermal degradation Part 1. Kinetic aspects, Polymer 42 (2001) 2395–2402.

13.آزاده سیفی، ایجاد پوشش پلیمری فوق­آبگریز بر روی فولاد ساده کربنی به کمک اصلاح شیمیایی نانوذرات سیلیکا، دانشکده­ی مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1389.

  1. Q. Sun, Z. Li, J. Wang, S. Li, B. Li, L. Jiang, H. Wang, Q. Lü, C. Zhang, W. Liu, Aqueous foam stabilized by partially hydrophobic nanoparticles in the presence of surfactant, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 471 (2015) 54-64.
  2. مهدیه محمدی، حمید خرسند، سنتز نانو سیلیکا به روش رسوب گذاری با کاربرد عوامل فعال کننده سطحی، مجله­ی مواد نوین، جلد 1، شماره 3، 1390.
  3. V.V. Ganbavle, U.K. Bangi, S.S. Latthe, S.A. Mahadik, A.V. Rao, Self-cleaning silica coatings on glass by single step sol–gel route, Surface and Coatings Technology, 205 (2011) 5338-5344.
  4. J. Liu, Y. Cheng, K. Xu, L. An, Y. Su, X. Li, Z. Zhang, Effect of nano-silica filler on microstructure and mechanical properties of polydimethylsiloxane-based nanocomposites prepared by “inhibition-grafting” method, Composites Science and Technology, 167 (2018) 355-363.
  5. S.A. Mahadik, R.S. Vhatkara, D.B. Mahadik, M.S. Kavale, P.B. Wagh, S. Gupta, J. Gurav, Superhydrophobic silica coating by dip coating method, Applied Surface Science, 277 (2013) 67-72.
  6. S.A. Mahadik, D. Mahadik, M. Kavale, V. Parale, P. Wagh, H.C. Barshilia, S.C. Gupta, N. Hegde, A.V. Rao, Thermally stable and transparent superhydrophobic sol–gel coatings by spray method, Journal of sol-gel science and technology, 63 (2012) 580-586.
  7. A. Syafiq, B. Vengadaesvaran, N.A. Rahim, A.K. Pandey, A.R. Bushroa, K. Ramesh, S. Ramesh, Transparent self-cleaning coating of modified polydimethylsiloxane (PDMS) for real outdoor application, Progress in Organic Coatings, 131 (2019) 232-239.
  8. S.A. Mahadik, M.S. Kavale, S. Mukherjee, A.V. Rao, Transparent superhydrophobic silica coatings on glass by sol–gel method, Applied Surface Science, 257 (2010) 333-339.
  9. R. Lakshmi, T. Bharathidasan, B.J. Basu, Superhydrophobic sol–gel nanocomposite coatings with enhanced hardness, Applied Surface Science, 257 (2011) 10421-10426.
  10. W. Kaewprachum, S. Wongsakulphasatch, W. Kiatkittipong, A. Striolo, C.K. Cheng, S. Assabumrungrat, SDS modified mesoporous silica MCM-41 for the adsorption of Cu2+, Cd2+, Zn2+ from aqueous systems, Journal of Environmental Chemical Engineering, (2019) 102920.
  11. R. Lakshmi, T. Bharathidasan, B.J. Basu, Superhydrophobic sol–gel nanocomposite coatings with enhanced hardness, Applied Surface Science, 257 (2011) 10421-10426.