| Περίληψη |
Στη χημεία του πυριτίου μεγάλη σημασία έχει η σταθεροποίηση του πυριτικού οξέος, χωρίς να πολυμερίζεται σε διοξείδιο του πυριτίου. Η σημασία της παρεμπόδισης σχηματισμού SiO2, και κατ’ επέκταση σταθεροποίησης διαλυτών μορφών πυριτικού οξέος (κυρίως μονομερές και διμερές), σχετίζεται και με βιολογικά και με βιομηχανικά συστήματα. Στη Φύση, για παράδειγμα, τα διάτομα σχηματίζουν άμορφο SiO2 ανάλογα με τις ανάγκες τους, αφού πρώτα έχουν επιτύχει τη δημιουργία υπέρκορων διαλυμάτων πυριτικού οξέος, χωρίς όμως αυτό να πολυμερίζεται σε SiO2. Σε υδατικά βιομηχανικά συστήματα, η παρεμπόδιση επικαθίσεων SiO2 σε κρίσιμες επιφάνειες (π.χ. θερμοεναλλάκτες) μεταφράζεται σε σταθεροποίηση διαλυτού πυριτικού οξέος.
Στην ερευνά μας παρατηρήσαμε οτι τα κατιοντικά αμφιφιλικά ολιγομερή που έχουν τελικές ομάδες φωσφονίου σταθεροποιούν το πυριτικό οξύ πέρα από το όριο διαλυτότητάς του (~ 150 ppm). Εξετάσαμε πιο συγκεκριμένα τρία ολιγομερή τα οποία είχαν δύο τελικές ομάδες φωσφονίου και συστηματικά επιμηκυμένους σκελετούς αιθυλενοξειδίου (ethylene oxide) (5, 21, και 91 μονάδες EO). Τα ολιγομερή αυτά τα ονομάσαμε PEGP+-200, PEGP+-1000, και PEGP+-4000. Οι αριθμοί αυτοί αποδεικνύουν το μοριακό βάρος της κεντρικής αλυσίδας ΕΟ.
Μελετήσαμε την ικανοτητά τους να καθυστερήσουν τη συμπύκνωση του πυριτικού οξέος σε SiO2 σε υδατικά διαλύματα ουδέτερου pH. Ο στόχος μας ήταν να διερευνηθεί η αλληλεπίδραση των κατιονικών προσθέτων με το πυριτικό οξύ και η μελέτη της επίδρασης των κατιοντικών μονάδων φωσφονίου καθώς και του μήκους της αλυσίδας στον πολυμερισμό του πυριτικού οξέος. Στο PEGP+-200 δεν παρουσίαστηκε καμία δυνατότητα σταθεροποίησης σε πειράματα 24, 48, 72 ωρών. Στα PEGP+-1000, και PEGP+-4000, παρατηρήσαμε ότι με την αύξηση της δόσης σε 8-ωρα και σε 3-ήμερα πειράματα αυξήθηκε η ανασταλτική ικανότητα των προσθέτων. Πιο συγκεκριμένα, διαλύματα πυριτικού οξέος μετρήθηκαν επίπεδα πυριτικού οξέος 420 ppm και 400 ppm μετά από 24 ώρες, παρουσία PEGP+-1000 (150 ppm) ή PEGP+-4000 (150 ppm), αντίστοιχα.
Μελετήθηκαν επίσης και ουδέτερα ολιγομερή PEG (PEG-200, PEG-1000, και PEG-4000) που δεν περιείχαν κατιοντικές τελικές ομάδες φωσφονίου. Αν και τα PEG-200, PEG-1000 δεν παρουσίασαν κανένα αποτέλεσμα σταθεροποίησης πυριτικού οξέος, το PEG-4000 ήταν ένας ικανοποιητικός παρεμποδιστής. Η ανασταλτική ικανότητα του PEGP+-4000 με αυτή του PEG-4000 ήταν ουσιαστικά παρόμοια. Αυτά τα αποτελέσματα μας οδήγησαν στην ισχυρή απόδειξη οτι η αλυσίδα του πολυαιθυλενίου πέρα από ένα ορισμένο μήκος (21 μονάδες ΕΟ) συμβάλλει έντονα στη σταθεροποίηση του πυριτικού οξέος.
Επίσης η παρούσα εργασία ασχολήθηκε και με την χρήση πολυαμιδικών δενδριμερών σαν χημικά προσθέτα τα οποία δρουν ως παρεμποδιστές για το σχηματισμό κολλοειδούς SiO2. Τα δενδριμερή που μελετήθηκαν λειτούργησαν ως παρεμποδιστές στον πολυμερισμού πυριτικών, λόγω των χαρακτηριστικών τους, επιφανειακών ομάδων (-ΝΗ2 , propyl και -OH), και των γενεών τους. Για παράδειγμα το δενδριμερές G1 ειναι πρώτης γενεάς που σημαίνει ότι υπάρχει ένα επίπεδο διακλάδωσης, ενώ το G2 έχει δύο επίπεδα διακλάδωσης.
Οι επιφανειακές ομάδες ποικίλουν και μπορεί να ειναι τελικές πρωτοταγείς αμινομάδες (-ΝΗ2), δευτεροταγείς τελικές αμινομάδες (-NHCH2CH2CH3) και υδροξυλοάδες. Διαπιστώθηκε ότι ο βαθμός παρεμπόδισης που προσφέρουν τα δενδριμερή εξαρτάται από τα δομικά χαρακτηριστικά κάθε δενδριμερούς, όπως γενεά και είδος τελικών ομάδων.
|
Σταθεροποίηση διαλυτών μορφών πυριτικού οξέως με χρήση κατιοντικών πολυμερών και δενδριμερών
