STUDIUM CHOVÁNÍ ESTERŮ KYSELINY KŘEMIČITÉ V ZÁSADITÉM PROSTŘEDÍ Petr Kuneš Ústav chemické technologie restaurování památek

SOL-GEL proces použití při konsolidaci a hydrofobizaci silikátových materiálů kyselá, neutrální a bazická katalýza

Definice reakčních systémů 10 % (mol) TEOS, molární poměr H2O : TEOS = 2; 3; 4; 5, katalyzátory: amoniak, NaOH, (NH4)2CO3, AcONa, morfolin, TBAH, TEA, DABCO, koncentrace katalyzátoru 0,05; 0,1; 0,3; 0,7; 1 % (mol). Cíl práce Sledování vlivu druhu a koncentrace katalyzátoru, vlivu koncentrace vody a vlivu pH reakční směsi rychlosti reakce, konverzi* esteru, konverzi esterových vazeb, vlastnosti produktu. Hodnocení experimentálních metod

Konverze esterových skupin Reakční rychlost Měření kalorimetrických křivek, 29Si NMR spektroskopie. Konverze* esteru Příprava vzorků v uzavřeném systému při konstantní teplotě, po 10 dnech produkt sušen při 50°C po dobu 72 hod. Konverze esterových skupin FTIR spektroskopie produktů reakce, 29Si MAS NMR spektroskopie produktů reakce. Vlastnosti produktů SEM, adsorpční měření.

Shrnutí výsledků Produkt – prášek,velikost částic pod 1 m, pravděpodobně shluky menších stavebních jednotek (průměr cca 10 nm). S rostoucí silou a koncentrací báze a s rostoucí koncentrací vody se zvětšuje konverze esteru a rychlost této konverze. Účinnost katalyzátoru ovlivňuje nejen jeho síla jako báze, ale také chemická struktura (např. TEA, AcONa). Druh katalyzátoru může ovlivňovat další fyzikálně-chemické pochody v reakční směsi (např. stabilizace disperzních částic (TBAH), zvýšená pravděpodobnost koalescence (AcONa)).

Shrnutí výsledků Měrný povrch 300-500 m2/g, velikost pórů 10-20 nm, stupeň konverze esterových skupin v produktu 0,8-0,82. S rostoucí koncentrací katalyzátoru vznikají větší částice a klesá průměr a celkový objem pórů, s rostoucím koncentrací vody roste koncentrace silanolu v produktu, klesá velikost měrného povrchu a roste průměr pórů, velikost částic je ovlivněna více koncentrací katalyzátoru než koncentrací vody.

Hodnocení experimentálních metod Kalorimetrie – dobrá korelace s reakční rychlostí, 29Si MAS NMR spektroskopie, SEM, adsorpční měření – komplementární informace o struktuře na molekulární až mikroskopické úrovni. Sledování konverze* esteru – měření zatíženo poměrně velkou chybou (adsorbovaná voda, zbytky katalytického systému), FTIR spektroskopie – překryv absorpčních pásů, pásy je nutné pro kvantitativní výsledky matematicky separovat, 29Si NMR – metoda DEPT velmi omezené možnosti pro baz. kat. syst., měření pH selektivní elektrodou – dochází ke zkreslení hodnot chemickou interakcí systému se skleněnou membránou elektrody.

Děkuji za pozornost.

SEM

Teplotní průběh reakce TEOS 10 % (mol), VODA / TEOS (mol) = 2, 3, 5, kat NH3 1 % (mol)

Srovnání 29Si NMR spekroskopie – pevná a kapalná fáze(červeně)