Химия привитых поверхностных соединений - Лисичкин Г.В.
ISBN 5-9221-0342-3
Скачать (прямая ссылка):
> _I_I_I_I_I
0 5 10 15 20 25 Число атомов углерода, и
Рис. 5.32. Зависимость углов натекания воды (ромбы) и иодистого метилена (квадраты) от числа атомов углерода в цепи для монослоев алкиламинов, адсорбированных на платине [49,50]
8*
228
Строение и свойства привитых слоев
тых (RSiCla) полисилоксановых полимеров, закрепленных на поверхности. Толщина получаемых олигомерных покрытий зависит от типа силана и от размера алкильного радикала. Углы смачивания данных олигомерных слоев водой, иодистым метиленом и гексадеканом приведены на рис. 5.33. Как видно
из рисунка, углы смачивания воды для дихлор-и трихлорсиланов очень близки друг к другу и находятся в пределах 103-114°. Анализ данных значений показывает, что образуются сильно гидрофобные покрытия с максимальными для данных поверхностных групп углами смачивания. Рост углов смачивания с ростом длины цепи свидетельствует об увеличении вклада метальных групп в общую энергию взаимодействия поверхности с водой, который достигает ~ 100% (для С10-С12, в ss 112 -j-114°). Столь высокие значения углов смачивания, наг блюдаемые для воды, трудно объяснить, поскольку углы смачивания иодистого метилена и гексадекана для тех же поверхностей заведомо ниже, чем для плотного слоя метальных групп. Как видно из рис. 5.33, углы смачивания для иодистого метилена и гексадекана уменьшаются с ростом цепи, что может быть интерпретировано как проникновение молекул жидкости в привитый слой и взаимодействие с метиленовыми и, возможно, силанольными группами.
В табл. 5.11 суммированы данные, приведенные на рис. 5.28-5.33, о проникновении молекул смачивающих жидкостей в различные гидрофобные привитые слои.
Анализ данных табл. 5.11 показывает, что существует по крайней мере несколько механизмов взаимодействия привитый слой-жидкость. Вероятно, главную роль, определяющую механизм смачивания, играют свойства привитого слоя, такие
Таблица 5.11
Проникновение молекул жидкости в привитый слой по данным смачивания
Тип привитого слоя Привитая группа Смачивающая жидкость
н2о СН212 С16Н34
Самособирающийся монослой Si02/=SiC„H2n+i Нет Нет Нет
Ковалентнопривитый монослой Si02/—Si(CH3)2C„H2„+i Нет Да Да
Олигомерный слой Si02/—(O^sSiCnHjn+Ox— Нет Да Да
Адсорбированный монослой Pt/H2NC„H2„+i Да Нет Нет
120
100
80
60
40
20
• • • В ? ?
А
S 8 8 в 8
? ? Я ? ?
А Д Д | 1 А I д
5 6 7 8
0 2 4
Чвсло атомов углерода, л
Рис. 5.33. Зависимости углов наг текания воды (кружки), иодистого метилена (квадраты) и гексадекана (треугольники) от дайны цепи для привитых слоев, полученных хемосорбцией из газовой фазы алкилметилдихлор- (темные значки) и алкилтрихлорсиланов (светлые значки) на кремнии в присутствии адсорбированной воды [1]
5.7]
Взаимодействие привитых слоев с жидкостью
229
как плотность прививки, упорядоченность привитых молекул, степень кристалличности, подвижность привитых молекул и др. Однако следует признать, что многие важные детали механизма смачивания различных поверхностей остаются до сих пор непонятными и требующими дополнительных исследований.
Смачивание функциональных привитых слоев. В таблицах 5.12-5.14 приведены значения углов смачивания воды и гексадекана для ковалентно-привитых и самособирающихся монослоев, содержащих различные функциональные группы.
Таблица 5.12
Смачивание ковалентно-привитых монослоев монофункциональных силанов
на кремнии [256]
Модификатор Контактные углы, натекание/оттекание, град
н2о Ci6H34
ClSi(CH3)2(CH2)2C6F13 117/100 62/47
ClSi(CH3)2(CH2)2CF3 97/91 42/38
ClSi(CH3)2(CH2)i7CH3 106/98 15/5
ClSi(CH3)2(CH2)3Br 90/64 < 10
ClSi(CH3)2(CH2)ioCOOCH3 83/75 < 10
C2H5OSi(CH3)2(CH2)4V7 0 82/50 < 10
ClSi(CH3)2(CH2)ioOC(0)CH3 74/71 16/14
ClSi(CH3)2(CH2)4CH=CH2 72/50 < 10
ClSi(CH3)2(CH2)3NH2 65/55 < 10
CH3OSi(CH2)3[OCH2CH2]6OCH3 42/32 —
Таблица 5.13
Смачивание самособирающихся монослоев трихлорсиланов на кремнии
[257,258]
Модификатор Угол натекания, град Модификатор Угол натекания, град
н2о Ci6H34 н2о Ci6H34
Cl3Si(CH2)2C8Fi7 118 75 Cl3Si(CH2)i7CH3 113 46
Cl3Si(CH2)2C6Fi3 115 71 Cl3Si(CH2)i5CH=CH2 104 38
Cl3Si(CH2)i6SCOCH3 73 — Cl3Si(CH2)i2C6H4CH2I 88 —
Cl3Si(CH2)i60C0CH2CF3 107 — Cl3Si(CH2)i2C6H4CH2Br 86 —
Cl3Si(CH2)i6I 85 — Cl3Si(CH2) i6OOCCH2I 71 —
Cl3Si(CH2)i6Br 82-84 — Cl3Si(CH2) 1бООССН2С1 69 —
Cl3Si(CH2) i6 CN 72 — Cl3Si(CH2) i i OCOCH3 67 —
Cl3Si(CH2)i6SCN 73 —
73ft
Строение и свойство, торивитп.'ыл: слоев ^Гп.. 5
Таблица 5>Л4 'ttassisssat. 'з;гекря!а»яг.'ча^'«яи». [230, 231,259]
Модификатор Угол натекания, град Модификатор Угол натекания, град
H20 Ci6H34 H20 Cl6H34
HS(CH2)2(CF2)sCF3 118 71 HS(CH2)nCl 83 <10
HS(CH2)2iCH3 112 47 HS(CH2)i60(C=0)CF3 92 61
HS(CH2)i7CH3 112 47 HS(CH2)iS(C=0)0CH3 69 29
HS(CH2)i60(CH2)3CH3 111 47 HS(CH2)i60(C=0)C6H5 68 < 10
HS(CH2)17CH=CH2 107 39 HS(CH2)i60(C=0)CH3 64 29
HS(CH2)160(CH2)2CH3 102 46 HS(CH2)8CN 64 < 10
HS(CH2)i6OCH2CH3 91 46 HS(CH2)uOH 0 < 10
HS(CH2)16OCH3 77 40 HS(CH2)i5COOH 0 < 10
HS(CH2)uBr 83 < 10
Как видно из данных этих таблиц, для привитых слоев разных типов углы смачивания воды и гексадекана закономерно уменьшаются при введении в привитый слой полярных функциональных групп, что свидетельствует об увеличении взаимодействия между жидкостью и привитыми молекулами.
