Аэросил

Чт, 06/19/2014 - 16:37

Именно путем модифицирования поверхности можно получать наиболее интересные свойства кремнеземов. Например, обработка ПНК в растворах полимеров приводит к «налипанию» макромолекул на поверхности ПНК, и такой кремнезем уже гораздо лучше будет совмещаться со смолой или отвердеваемой пластмассой похожего состава. Сорбция белков на ПНК может приводить к формированию биоактивного кремнезема или, наоборот, может дезактивировать токсины. Но согласно экспертам в области физхимии ПНК (Тертых В.А. [2, стр.42]), наибольшие возможности для изменения в нужную сторону свойств ПНК предоставляет химическая прививка различных соединений.

Действительно, «высаживая» на поверхности ПНК соединения или химически активные группы, можно получать наполнитель, вполне совместимый с жидкой средой (матрицей) его введения. Так, модифицируя ПНК аминной группой (для этого его обрабатывают силанами, содержащими группу -NH2, например, аминопропилсиланы), можно получить наполнитель-отвердитель эпоксидных смол (которые отверждаются аминами). Прививая кислые группы (-COOH), можно получать кислотные сорбенты. Путем прививки винильных групп (-CH=CH2) получаем кремнезем. Способный полимеризоваться вместе с акрилатами и винилэфирами (компоненты лаков, красок и многих пластмасс). Модифицирование изоцианатной группой (-NCO) должно повышать сродство к полиуретанам. Если же привить к поверхности водоотталкивающие инертные группы, кремнезем превратится в инертный и даже не тонущий в воде порошок (рис. 6), который даже визуально похож скорее на обычный тертый мел (рис. 7).

К примеру, для использования ПНК как эмульгатора требуется частичное замещение исходных (гидроксильных) групп его поверхности на гидрофобные (несмачиваемые водой) группы (например, метильные). В этом случае из ПНК получаются хорошие смазки и антислеживатели. При сравнительно небольшой доле прививаемых химически групп можно получить хорошие загустители для клеев, пластмасс и смазок. Если же необходимы эффективные сорбенты (в медицине, хроматографии и др.), применяют максимально возможное модифицирование поверхности, для того чтобы новая поверхность ПНК была однородна.

Модифицированные специальными соединениями кремнеземы (функционализированные ПНК) используются для иммобилизации (т.е. «приклеивания») биологически важных соединений к поверхности дисперсных частиц. Эффект — новые сорбенты или лекарства с пролонгированным или многосторонним действием.

ЛУЧШИЙ АДСОРБЕНТ ВСЕХ ВРЕМЕН И НАРОДОВ

Адсорбция биомолекул и микроорганизмов — одна из главных проблем, которую приходится решать медикам многих профилей. Ведь всевозможные отравления, интоксикации и даже опухолевые процессы связаны с накоплением или развитием именно биомолекулярных структур. ПНК здесь оказался сущей находкой — он способен эффективно (и нередко обратимо, т.е. после очистки вновь годен к применению) адсорбировать большие количества биомолекул.

Механизм адсорбционной активности может быть как физический, так и химический. Например, химическую адсорбцию можно показать на примере простейшей аминокислоты — глицина (компонент белковой структуры):

≡Si-OH + CH2NH2COOH <=> ≡Si-OCOCH2NH2 +H2О

Физическая адсорбция — это, просто говоря, «налипание» макромолекул на поверхность ПНК, в основном через «водородные связи».

За адсорбцию на поверхности ПНК теоретически могут выступать самые разнообразные группы и структуры — примесные атомы (бора, алюминия и др.), силоксановые мостики, гидроксильные (ОН-) группы и все формы внутриглобульной воды. Но реально основными центрами выступают только гидроксильные группы и адсорбированная на поверхности воды. Гидроксильные группы обеспечивают образование водородных связей и химические взаимодействия (где это возможно). Молекулы или кластеры воды обеспечивают гидрофильные свойства (т.е. сродство к смачиваемым водой веществам), гидролиз (водоразложение) ряда соединений (например SOCl2, силанов и др.) и пространственную ориентацию взаимодействия молекул с поверхностью. Кроме того, согласно [1], вода адсорбирует слабополярные вещества (т.е. «неводные» — бензин, масла), тогда как сильнополярные (совместимые с водой — спирт, ацетон и др.) взаимодействуют быстрее с ОН-группами.

Правда, от адсорбированной воды скорее больше вреда. Ее наличие мешает определению некоторых соединений, привитых на поверхность, например, методом ИК-спектроскопии (поскольку ее сигналы в области 3400-3600 и 1640 см-1 в спектре забивают важные характеристичные сигналы поверхностно адсорбированных веществ). Ее присутствие может ослабить адсорбцию ряда веществ (например, смол) на поверхности, привести к нежелательному гидролизу (так нередко можно испортить синтез модифицированных ПНК) или затруднить отверждение наполненного полимера. Поэтому специалисты предпочитают перед началом опыта удалить этот водный слой, чаще всего прокаливанием порошка ПНК при
300-400оС. Эффект от этого лишь временный — вскоре на поверхность вновь оседает вода из воздуха.

Вообще, строго по теории, вода удаляется с поверхности ПНК постадийно. При 100-150оС удаляется самая поверхностная слабосвязанная ее часть (и самая «вредная» для процессов синтеза на поверхности). Но остается немало воды в порах, крепкосвязанных кластерах, кроме того, вода находится в форме химически преобразованной, например в вид соседних ОН-групп (при сильном нагревании они разлагаются с выделением молекулы воды). Для более полного удаления ПНК греют до 300-400оС. Тогда, согласно [1,с.15], на поверхности уже нет кластеров воды, но отдельные молекулы остаются. После 400-500 оС с поверхности удаляется вся вода, хотя и не сразу — порошок в печи необходимо продержать порядка 3-4 часов.

ПИРОГЕННЫЙ НАНОКРЕМНЕЗЕМ — МЕДИЦИНСКИЙ АДСОРБЕНТ 21 ВЕКА

ПНК в исходном виде очень хорошо смачивается водой, причем его водный осадок может состоять из воды на 85-95% (15-20 г воды на 1 г ПНК). Даже через мембрану он набирает много воды — примерно 5 г на 1 г ПНК.

Действительно, ПНК способен эффективно сорбировать белки, токсины, жирные соединения. Большая молекула или микроорганизм закрепляются на поверхности ПНК настолько сильно, что их не всегда можно «счистить» или вымыть обратно (или можно смыть частично, например, солянокислыми растворами). На этом основан принцип действия многих содержащих нанокремнезем медицинских препаратов.

Совместимость кремнезема с живой природой, его безвредность при введении в пищеварительный тракт оказалось находкой для врачей и фармацевтов. Уже почти 20 лет как советские ученые (после развала СССР превратившиеся в украинских) выделили не менее семи свойств ПНК, представляющих большой интерес в медицине (таб.1).

Нанокремнезем оказался отличным сорбентом вредных белковых и низкомолекулярных веществ в кишечнике, а также гнойных выделений во внешних и внутренних язвах. Белки адсорбируются на нем быстро (2-30 минут), прочно и обильно, причем в широком интервале кислотности (рН 2-8): как правило, 1 г ПНК способен адсорбировать 0,2 г белка, иногда (специальный коллоидный раствор ПНК) — до 0,8 г. Для сравнения: широко известный угольный сорбент может адсорбировать в 10 раз меньше — всего 0,001 — 0,035 г/г ПНК, полиметилсилоксан — до 0,1 г.

Опыт с полудюжиной различных видов микроорганизмов показал, что на 1 г ПНК может сорбироваться 108-1010 микробных тел! Притом размер первичной (неагрегированной) частицы ПНК (20±20 нм) примерно в 1000 раз меньше размеров микроорганизмов (5±5 мкм). Сфера применения этого свойства ПНК — это прежде всего медицина; до этого открытия здесь использовались менее эффективные сорбенты типа силохромов и силикагелей. Такой эффективный сорбент можно использовать для лечения гнойных кишечных инфекций, пародонтита, панкреатита, чистки зубов и рото-носовой полости. Адсорбция же холестерина и его эфиров (эффективность ее соответственно 53 и 93%) теоретически позволяет предотвращать ишемическую болезнь сердца, гипертонию, атеросклероз.

Описанные адсорбционные свойства нанокремнезема по отношению к белковым и микробным телам также можно использовать и в пищепроме — например, для осветления вин и напитков, а также для стабилизации спермы рогатого скота.

Опыт показал [2], что кремнезем может сорбироваться на поверхности клеток. Это его свойство, кстати, заставляет быть осторожным при внутреннем использовании — например, в больших количествах ПНК может производить к гемолизу крови.

Это позволило создать на его основе ряд важных сорбентов, применение которых имело впечатляющий успех в Украине и России. Созданный путем нехитрого модифицирования и термической обработки сорбент на основе одного из кремнеземов запатентован и стал применяться как лекарственный сорбент — заменитель активированного угля (о возможной канцерогенности которого давно ходят нехорошие слухи в научной среде). В России данный препарат получил название «Полисорб» и, кстати, был успешно применен во время двух чеченских войн как сорбент для гнойных и кишечных ран и поражений. В Украине название препарата менялось несколько раз — «Полисорб», «Силлард», «Силлард-П» и, наконец, «СилИКС».

Сейчас препарат выпускается в Украине на мощностях заводов Института химии поверхности им. акад. А. А. Чуйко. Два из трех предприятий-продуцентов в составе этого института сумели пережить перестройку и выпускают нанокремнезем по сей день. Следует заметить, что выживанию эти предприятия во многом обязаны героическим усилиям коллектива и руководства завода (тогдашнему директору завода И.Ф.Миронюку), а в первую очередь — руководству Академии и дирекции ИХП НАН (в особенности директору института А.А.Чуйко).

К сожалению, за последние 20 лет сбытовая сеть этого одного из немногих отечественных «послеперестроечных» препаратов до сих пор не налажена как следует. Его нет в аптеках, хотя о нем знают во многих клиниках Киева, Винницы, Одессы, Крыма и других городов. Действует он просто: чайная ложка в стакане воды позволяет погасить любую «бурю в животе», унять боль в горле при ангине или промыть гнойную рану. Наиболее эффективным этот препарат оказался при острых отравлениях и диареях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Химия поверхности кремнезема / Под.ред.акад.А.А.Чуйко. -Киев: Изд-во ИХП НАНУ, 2004, Ч.1,2.

2. Кремнеземы в медицине и биологии. //Под ред. А.А.Чуйко. — Киев-Ставрополь, 1993. — 250 с.

3. Айлер Р. Химия кремнезема. Ч.1, 2. — М.: Мир, 1982. — 1127 с.

4. DEGUSSA-EVONIK-2009. Матирующие добавки AEROSIL для лакокрасочной промышленности.// Проспект фирмы. 2009.

5. СИЛИКС. Инструкция к применению.// Инстр. к препарату пр-ва Калушского ОЭЗ, 2010 г.

6. В.Н.Тертых, Л.А.Белякова. Химические реакции на поверхности кремнезема.// Киев, Наукова Думка, 1986.

Другие материалы рубрики


  • Химический элемент XVIII века коренным образом отличался от элемента древности и средних веков. Одним из первых, кто более глубоко подошел к проблеме элементов, был М.В. Ломоносов, который ввел понятие о «начале», отличающемся от простого тела. Это «начало» он пояснял так: «Через химию известно, что в киновари есть ртуть…, однако в киновари ртути ни сквозь самые лучшие микроскопы видеть нельзя; но всегда в них тот же вид кажется». И далее: «В киновари имеется «начало» ртуть, но нет простого тела, металла ртути как такового». Это «начало» теперь называется элементом. Химический элемент не есть простое тело. В 1741 г. ученый формулирует первый постулат — элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших тел и различных между собой. Однако найти разницу между элементом и атомом он так и не смог. Сложной задачей это оказалось и для последующих поколений химиков, в чем мы далее убедимся.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • ПЭТ — тара. Пластиковые бутылки. Этот предмет настолько прочно вошел в наш обиход, что без него невозможно представить нашу жизнь. Ведь массовое распространение пластиковая бутылка на постсоветском пространстве приобрела не так давно. Когда бутылка была еще сравнительным дефицитом — она встречалась только как тара для напитков или бытовой химии. Пластиковая бутылка была диковинкой.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Остановимся чуть детальнее на последнем определении понятия «химический элемент». Периодические попытки дать более полное (или правильное) определение понятия «элемент» вновь привели к тому, что толкование этого определения произведено через то, что растолковывается. Еще раз обратимся к формулировке: «Химический элемент – тип атомов, имеющих …. элемента». Это равносильно следующему: «человек – живое существо, обладающее свойствами человека». Безусловно, это неправильно. Кроме того, если есть тип атомов, что тогда может подразумеваться под видом атомов? А такое смешение понятий имеет место быть. Согласитесь, различие должно существовать, но путаница в точной науке недопустима...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Чтобы понять, чем замечательны нановолокна, разберемся сначала с обычными углеродными нитями. Все углеродные волокна можно разделить на несколько типов в зависимости от того, как и из чего они сделаны (рис. 1). (Впрочем, сейчас более принято их классифицировать по механическим свойствам.)
    Самый очевидный способ производства — обугливание натура

    льного или синтетического текстильного волокна без доступа воздуха. Так можно обработать лен, хлопок и нейлон, однако в практику вошли углеродные волокна на основе вискозы и полиакрилонитрила (ПАН). ПАНволокна — абсолютные лидеры, их доля в мировом производстве составляет 80%. Их толщина, естественно, примерно равна толщине исходного текстильного волокна (около 35 мкм), а свойства зависят в первую очередь от параметров обугливания, которое происходит в несколько этапов и завершается отжигом в вакууме или атмосфере инертного газа при 2000-30000С.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Один из главных претендентов на «мировое господство», который наверняка вскоре потеснит полиолефины в потреблении — поликарбонат (ПК). Этот «юноша» полимерной отрасли появился недавно (в конце 20 века). Но претендует ни много ни мало на роль… заменителя оконного, авто- и прочего стекла! Данная ниша в середине прошлого века вроде бы нашла своего героя — полиметилметакрилат.
    Но не все так просто. ПММА, ПА и другие полиакрилаты (посложнее и подороже) обнаружили «маленький, но ужасный» недостаток: они очень быстро царапались и мутнели в нормальных условиях. На волне ажиотажа по замене оконного стекла на ПММА было поставлено немало плексигласовых окон, автовставок и приборных крышек. Ну и где они сейчас? В лучшем случае доживают свое в зданиях «времен Брежнева и позднего СССР» — исцарапанные, изборожденные «трещинами серебра» ...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Плавленым сырком традиционно называют у нас плавленый сыр. Уменьшительно-ласкательный суффикс словно подчеркивает, что он младший брат обычного твердого сыра. Так ли это и чем он похож на сыр обычный, чем от него отличается и что такое плавленый сыр вообще? Как он изменился в последние годы и все ли плавленые сыры стоит называть сырами? Какие странные компоненты в них можно найти и как выбрать «правильный» плавленый сырок?
    Полка с плавлеными сырами в хорошем магазине выглядит так, будто на ней выставлены не продукты, а игрушки. Этикетки всегда яркие, цепляющие глаз. А формы?! Пожалуй, нет другого продукта, который бы выпускался в столь разных упаковках.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • В независимости от половой принадлежности, места жительства и социального статуса, причиной смерти подавляющего числа людей после окончания периода активного роста становятся, как правило, одни и те же болезни. По данным ВОЗ, это сердечно-сосудистые болезни (инсульты, инфаркты), онкологические и связанные с нарушением и ослаблением иммунитета. И хотя причины естественного ухода из жизни у всех людей одинаковы, величина жизненного пути у каждого из нас может существенно отличаться, очень сильно завися от внутренних факторов, порождаемых факторами внешними.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Алмаз (англ. diamond; нім. diamant) — минерал класса самородных неметаллов, ценился во все времена и у всех народов. Каждая из древних цивилизаций награждала его своим именем. Греки называли его «адамас» или «адамантос» (непобедимый); римляне — «диамонд»; арабы — «алмас» (наитвердейший); древние евреи — «шамир»; индусы — «фарий». Английское название diamond происходит от латинского слова adamantem и его распространенной формы adiamentem. В русском языке арабское название «алмаз» было окончательно утверждено Афанасием Никитиным («Хождение за три моря», 1466-1472 г.г.). В украинском языке закрепилось древнеримско-греческое имя камня — «адамант», упоминаемое еще в 1705 г. в лекции «Про камені та геми» Прокоповича Феофана.
    Впервые алмазы были обнаружены в россыпях в Индии еще до нашей эры (5000 лет назад) и разрабатывались на протяжении многих веков. Легендарные копи Голконды дали миру почти все известные с древнейших времен алмазы, такие как «Кохинур», «Шах», «Орлов» и другие. К XVIII веку индийские копи истощились, однако вскоре новые месторождения были обнаружены на всех континентах, давая пищу все новым легендам и фактам.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Впервые поливинилхлорид был получен в лабораторных условиях в 1835 году французским горным инженером-химиком Анри Виктором Реньо. Реньо, получивший раствор винилхлорида, случайно обнаружил, что со временем в нем образовался белый порошок. Ученый провел с порошком различные опыты, но не получил интересных результатов (ведь ПВХ очень инертен, за что его сейчас и ценят), и пионер полимерного синтеза утратил интерес к случайно открытому им веществу. Спустя почти полвека, в 1878 г., продукт полимеризации винилхлорида впервые был исследован более подробно, но лишь в 1913 году немецкий ученый Фриц Клатте получил первый патент на производство ПВХ. Клатте и считается основоположником промышленного производства ПВХ. Предполагалось использовать трудновоспламеняемый поливинилхлорид вместо вошедшего тогда в моду (одного из первых) тоннажного полимера — целлулоида. Из-за войны начавшееся было производство ПВХ было приостановлено.

    • Страницы
    • 1
    • 2