HİDROFİLİK FUMED SİLİS

Hidrofilik füme silika, yüksek özgül yüzey alanı ve silanol (Si-OH) gruplarının hakim olduğu benzersiz yüzey kimyası ile karakterize edilen, yaygın olarak kullanılan nanoyapılı amorf bir silisyum dioksit malzemesidir.
Başlıca alev hidrolizi ile üretilen bu madde, kaplamalar, elastomerler, kozmetikler, ilaçlar ve nanokompozitler gibi alanlarda uygulama alanı buluyor.

Bu derleme makale, sentez yolları, fizikokimyasal özellikler, analitik karakterizasyon, yüzey kimyası, reolojik davranış, uygulama alanları, güvenlik ve düzenleyici yönler hakkında kapsamlı bir genel bakış sunmaktadır.
Gelişmiş işlevsellik ve sürdürülebilir üretim için gelecekteki araştırma yönleri de ele alınmaktadır. Güçlendirici dolgu maddesi, koyulaştırıcı, topaklanmayı önleyici madde ve optik düzenleyici olarak performansını yöneten yapı-özellik ilişkilerine vurgu yapılmaktadır.

giriiş
Arka plan
Silisyum dioksit (SiO₂), yaygın olarak silika olarak bilinir ve kristalin kuvarsdan amorf silikaya kadar çeşitli polimorfik formlarda bulunur.
Amorf formlar arasında, pirojenik silika olarak da adlandırılan füme silika, yüksek sıcaklıkta alev hidrolizi ile üretilir ve karmaşık dallı ağlar halinde birleşen ultra ince birincil parçacıklar elde edilir.
Çökeltilmiş silikanın aksine, füme silika yüksek saflığa, yüzey alanına ve büyük ölçüde kirleticilerden arındırılmış temiz bir yüzeye sahiptir.
Hidrofilik varyant, bol miktarda yüzey hidroksil grubu içerdiğinden sulu ortamda dağılabilir.

Hidrofilik Füme Silikanın Önemi
Hidrofilik füme silika, çok yönlü işlevleri nedeniyle endüstriyel formülasyonlarda vazgeçilmez bir katkı maddesi olarak ortaya çıkmıştır: viskozite kazandırma, mekanik özellikleri geliştirme, süspansiyonları stabilize etme ve optik özellikleri değiştirme.
Nanometre boyutları ve yüzey kimyası, polimerler, sıvılar ve tozlarla moleküler ve kolloidal seviyelerde etkileşime olanak sağlar.
Hedeflenen uygulamalar için füme silikanın sentezini, yüzey yapısını ve işlevsel davranışını anlamak çok önemlidir.

Parçacık Boyutunu ve Yüzey Alanını Etkileyen Parametreler
Üreticiler, SiCl₄ besleme hızı, alev sıcaklığı, gaz akış hızları ve kalış süresi gibi parametreleri kontrol etmek için düzenler:
Birincil parçacık boyutu (5–40 nm aralığı)
Toplam morfolojisi (zincir uzunluğu, fraktal boyut)
Yüzey silanol yoğunluğu (hidrofilisite derecesi)

Alternatif Sentez Yolları
Daha az yaygın yöntemler arasında, plazma veya elektrik arkı kullanılarak silisyum içeren öncüllerin buhar fazında oksidasyonu ve sol-jel işlemleri gibi ıslak kimyasal yollar yer alır; ancak bunlar genellikle füme silikanın karakteristiği olan aynı ultra ince, yüksek yüzey alanlı yapıları üretmez.

Sentez Sonrası İşleme
Alev hidrolizinden sonra sıcak silika aerosolü hızla soğutulur ve filtrasyon veya elektrostatik çöktürme yoluyla toplanır.
Hidrofilik sınıflar değiştirilmemişken, hidrofobik varyantlar, hidroksil gruplarının metil gruplarıyla değiştirilmesiyle dimetildiklorosilan gibi organosilanlarla yüzey işlemi yapılarak üretilir.

Fizikokimyasal Karakterizasyon
Morfoloji ve Parçacık Boyutu
Elektron mikroskobu (SEM ve TEM), birincil parçacıkları, 10 mikrona kadar uzunlukta, fraktal, zincir benzeri yapılara sahip dallanmış kümeler oluşturan, çapı 5-40 nm olan neredeyse küresel nanoküreler olarak ortaya koymaktadır.
Bu agregalar daha büyük aglomeralar (onlarca mikrona kadar) halinde kümelenir.
Dallanmış morfoloji yüksek yüzey alanı ve düşük hacim yoğunluğu sağlar.

Yüzey Alanı ve Gözeneklilik
Brunauer–Emmett–Teller (BET) azot adsorpsiyon yöntemi kullanılarak, hidrofilik füme silika genellikle dereceye bağlı olarak 50 ila 400 m²/g arasında yüzey alanı sergiler:
Düşük yüzey alanlı sınıflar (~50–150 m²/g) daha büyük birincil parçacıklara ve daha az yüzey silanol grubuna sahiptir.
Yüksek yüzey alanlı sınıflar (~300–400 m²/g), yüksek silanol yoğunluklarına sahip daha küçük parçacıklardan oluşur.
Oluşan gözenekler çoğunlukla parçacıklar arası boşluklardır; malzeme esasen geleneksel anlamda gözeneksizdir ancak geniş bir dış yüzey alanına sahiptir.

Kimyasal Bileşim ve Saflık
Hidrofilik füme silika, minimum safsızlık (genellikle <%0,1) içeren oldukça saf (>%99,8 SiO₂) bir maddedir.
Amorf yapı, keskin kristal tepeler yerine geniş bir hale gösteren X-ışını kırınımı (XRD) ile doğrulanmaktadır.

Yüzey Kimyası: Silanol Grupları
Yüzey, hidrofilisiteyi, yüzey yükünü ve kimyasal tepkimeyi belirleyen silanoller olarak bilinen hidroksil (–OH) gruplarıyla sonlanır.
Silanol gruplarının yoğunluğu ve dağılımı, ıslanmayı, adsorpsiyonu ve polimerler ve sıvılarla etkileşimi etkiler. Yüzey silanol yoğunluğu genellikle ~4–6 OH/nm²'dir.

Yığın Yoğunluğu ve pH
Açık dallı morfoloji nedeniyle toplu (sıkıştırılmış) yoğunluk genellikle 25-60 g/L (0,025-0,06 g/cm³) olup oldukça düşüktür. %4'lük sulu dispersiyonun pH değeri ~3,6-4,5'tir ve bu da yüzey silanol protonasyonundan kaynaklanan hafif asidik bir karaktere işaret eder.

Analitik Karakterizasyon Teknikleri
BET Adsorpsiyonu: Azot adsorpsiyon-desorpsiyon izotermleri yoluyla yüzey alanı ve gözenek hacmi.
Elektron Mikroskobu (SEM/TEM): Parçacık boyutunun, şeklinin ve küme morfolojisinin görüntülenmesi.
XRD: Amorf yapının doğrulanması.
Termogravimetrik Analiz (TGA): Nem ve ateşleme kaybının ölçülmesi.
Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR): Yüzey silanol ve siloksan gruplarının tespiti.
pH Ölçümleri: Sulu dispersiyon asitliğinin değerlendirilmesi.
Endüktif Eşleşmiş Plazma Kütle Spektrometrisi (ICP-MS): Eser metal safsızlıkları.
Dinamik Işık Saçılımı (DLS): Süspansiyonlarda agrega boyut dağılımı.

HİDROFİLİK FUMED SİLİS HAKKINDA GÜVENLİK BİLGİLERİ

İlk yardım önlemleri:
İlk yardım önlemlerinin açıklaması:
Genel tavsiye:
Bir doktora danışın.
Bu güvenlik bilgi formunu görevli doktora gösterin.
Tehlikeli bölgeden uzaklaşın:
 
Solunması halinde:
Solunması halinde kişiyi temiz havaya çıkarın.
Nefes almıyorsa suni teneffüs yapın.
Bir doktora danışın.
Cilt ile temas halinde:
GÜVENLİK bulaşmış giysilerinizi ve ayakkabılarınızı hemen çıkarın.
Bol su ve sabunla yıkayınız.
Bir doktora danışın.
 
Gözle temas halinde:
En az 15 dakika boyunca bol su ile iyice yıkayın ve bir doktora danışın.
Hastaneye nakil sırasında gözlerinizi yıkamaya devam edin.
 
Yutulması halinde:
Kusturmaya çalışmayın.
Bilinci yerinde olmayan bir kişiye asla ağızdan bir şey vermeyin.
Ağzınızı su ile çalkalayın.
Bir doktora danışın.
 
Yangınla mücadele tedbirleri:
Söndürme ortamı:
Uygun söndürme ortamı:
Su spreyi, alkole dayanıklı köpük, kuru kimyasal veya karbondioksit kullanın.
Madde veya karışımdan kaynaklanan özel tehlikeler
Karbon oksitler, Azot oksitler (NOx), Hidrojen klorür gazı
 
İtfaiyecilere tavsiyeler:
Gerektiğinde yangınla mücadele için bağımsız solunum cihazı kullanın.
Kazara salınıma karşı önlemler:
Kişisel önlemler, koruyucu ekipman ve acil durum prosedürleri
Kişisel koruyucu ekipmanlarınızı kullanın.
 
Buhar, sis veya gazını solumaktan kaçınınız.
Personeli güvenli alanlara tahliye edin.
 
Çevresel önlemler:
Güvenliyse daha fazla sızıntı veya dökülmeyi önleyin.
Ürünün giderlere kaçmasına izin vermeyiniz.
Çevreye deşarj edilmesinden kaçınılmalıdır.
 
Muhafaza ve temizleme yöntemleri ve malzemeleri:
İnert emici bir madde ile emdirin ve tehlikeli atık olarak bertaraf edin.
Uygun, kapalı kaplarda imha edilmek üzere saklayınız.
 
Taşıma ve depolama:
Güvenli kullanım için önlemler:
Buhar veya sisin solunmasından kaçınınız.
 
Herhangi bir uyumsuzluk dahil olmak üzere güvenli depolama koşulları:
Kabı sıkıca kapalı olarak kuru ve iyi havalandırılan bir yerde saklayınız.
Açılan kaplar dikkatlice tekrar kapatılmalı ve sızıntıyı önlemek için dik tutulmalıdır.
Depolama sınıfı (TRGS 510): 8A: Yanıcı, aşındırıcı tehlikeli maddeler
 
Maruziyet kontrolleri/kişisel koruma:
Kontrol parametreleri:
İşyeri kontrol parametrelerine sahip bileşenler
Mesleki maruziyet sınır değerlerine sahip hiçbir madde içermez.
Pozlama kontrolleri:
Uygun mühendislik kontrolleri:
İyi endüstriyel hijyen ve güvenlik uygulamalarına uygun şekilde kullanın.
Molalardan önce ve iş günü sonunda ellerinizi yıkayın.
 
Kişisel koruyucu ekipman:
Göz/yüz koruması:
Sıkı oturan güvenlik gözlüğü.
Yüz siperi (en az 8 inç).
NIOSH (ABD) veya EN 166(AB) gibi uygun hükümet standartlarına göre test edilmiş ve onaylanmış göz koruma ekipmanlarını kullanın.
 
Cilt koruması:
Eldivenle tutun.
Eldivenler kullanılmadan önce kontrol edilmelidir.
Uygun eldiven kullanın
Bu ürünün ciltle temas etmesini önlemek için eldivenin dış yüzeyine dokunmadan çıkarma tekniğini kullanın.
Kirlenmiş eldivenleri kullanımdan sonra yürürlükteki yasalara ve iyi laboratuvar uygulamalarına uygun şekilde atın.
Ellerinizi yıkayın ve kurulayın.
 
Tam iletişim:
Malzeme: Nitril kauçuk
Minimum katman kalınlığı: 0,11 mm
Mola süresi: 480 dk
Test edilen malzeme: Dermatril (KCL 740 / Aldrich Z677272, Beden M)
Sıçrama teması
Malzeme: Nitril kauçuk
Minimum katman kalınlığı: 0,11 mm
Mola süresi: 480 dk
Test edilen malzeme: Dermatril (KCL 740 / Aldrich Z677272, Beden M)
Herhangi bir özel kullanım senaryosuna onay verildiği şeklinde yorumlanmamalıdır.
 
Vücut Koruması:
Kimyasallara karşı koruyucu tam tulum, Koruyucu donanımın türü, belirli iş yerindeki tehlikeli maddenin konsantrasyonuna ve miktarına göre seçilmelidir.
Solunum koruması:
Risk değerlendirmesi hava temizleyici solunum cihazlarının uygun olduğunu gösteriyorsa, mühendislik kontrollerine yedek olarak çok amaçlı kombinasyon (US) veya ABEK (EN 14387) tipi solunum cihazı kartuşlu tam yüz solunum cihazı kullanın.
 
Eğer solunum cihazı tek koruma aracınızsa, tam yüz hava beslemeli bir solunum cihazı kullanın.
NIOSH (ABD) veya CEN (AB) gibi uygun hükümet standartlarına göre test edilmiş ve onaylanmış solunum cihazlarını ve bileşenlerini kullanın.
Çevresel maruziyetin kontrolü
Güvenliyse daha fazla sızıntı veya dökülmeyi önleyin.
Ürünün giderlere kaçmasına izin vermeyiniz.
Çevreye deşarj edilmesinden kaçınılmalıdır.
 
Kararlılık ve tepkime:
Kimyasal kararlılık:
Tavsiye edilen depolama koşullarında kararlıdır.
Uyumsuz malzemeler:
Güçlü oksitleyici maddeler:
Tehlikeli ayrışma ürünleri:
Yangın şartlarında tehlikeli ayrışma ürünleri oluşur.
Karbon oksitler, Azot oksitler (NOx), Hidrojen klorür gazı.
 
Bertaraf hususları:
Atık arıtma yöntemleri:
Ürün:
Fazla ve geri dönüştürülemeyen atıklarınızı lisanslı bir bertaraf şirketine sunun.
Bu materyali bertaraf etmek için lisanslı bir profesyonel atık bertaraf hizmetiyle iletişime geçin.
Kirlenmiş ambalaj:
Kullanılmayan ürün olarak atın