Wytwarzanie i charakterystyka fizykochemiczna

„Wytwarzanie i charakterystyka fizykochemiczna zaawansowanych
materiałów hybrydowych z zastosowaniem wielofunkcyjnych
silseskwioksanów”
Karolina Szwarc-Rzepka
Stypendystka projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych za
strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Niniejsza praca doktorska dotyczy opracowania nowej generacji materiałów
hybrydowych typu SiO2-POSS lub funkcjonalizowana krzemionka – silseskwioksan,
służących m.in. jako napełniacze polimerów, ale również jako adsorbenty, katalizatory
heterogeniczne czy jako dodatki do elektrolitów stałych dla akumulatorów litowych. Uzyskane
materiały stanowią nową klasę nanonapełniaczy. Dotychczas nie powzięto próby połączenia
krzemionki i związków POSS, gdzie nadrzędnym celem byłoby zapewnienie adhezji lub
oddziaływań chemicznych pomiędzy nośnikiem a modyfikatorem. Tylko nieliczne badania
wykonano na tego typu materiałach. Jak do tej pory w województwie wielkopolskim, ale
i w całej Polsce, nie zainteresowano się takim połączeniem na szerszą skalę.
Wielościenne oligomeryczne silseskwioksany (POSS) to stosunkowo nowe układy
organiczno–nieorganiczne. Posiadają nieorganiczny rdzeń krzemowo–tlenowy, który jest
bardzo stabilny, z zewnątrz pokryty organicznymi podstawnikami za pomocą wiązań
kowalencyjnych. POSS to klasa dobrze wykształconych, wysoko symetrycznych molekuł
o niewielkim rozmiarze cząstek (do 100 nm). To związki pośrednie pomiędzy krzemionkami
(SiO2) a silikonami (R2SiO), opisane wzorem RSiO1,5, gdzie grupa funkcyjna R może być
dowolnym podstawnikiem organicznym. Najczęściej opisywanymi w pracach badawczych
związkami klatkowymi są te o formule R8Si8O12. Główną cechą tych struktur jest ich dobra
biokompatybilność, a także brak toksyczności. To związki odkryte już w XIX wieku, należy
więc podkreślić, że dział chemii silseskwioksanów jest zdominowany przez związek
o strukturze T8, a połączenia takie jak POSS–polimer są znane i szerzej przebadane.
Pomimo tego faktu, aplikacja takich połączeń na rynku jest wciąż niewielka, co między
innymi spowodowane jest wysoką ceną klatkowych oligosilseskwioksanów.
Z kolei krzemionka czyli ditlenek krzemu (SiO2) jest jednym z najczęściej
stosowanych napełniaczy, poza sadzą, krzemianami czy talkiem. Jest bardzo popularna
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
w nanotechnologii, poza tym wykorzystywana jest w przemyśle szklarskim do produkcji szkła
i ceramiki, w budownictwie i wielu innych. SiO2 najbardziej rozpowszechniony jest w formie
napełniaczy polimerów bądź adsorbentów. Ogólnodostępność tego produktu oraz jego
specyficzne właściwości sprawiają, że ma bardzo szerokie zastosowanie. Główną zaletą
krzemionki jest m.in. jej chemiczna inertność. Niestety napełniacz ten posiada również wady,
dlatego też zrodził się pomysł na połączenie go z unikalnym materiałem, jakim jest POSS
i wytworzenie nowoczesnych hybryd, które są alternatywą dla tradycyjnych napełniaczy.
To interesujące układy z ekonomicznego punktu widzenia, zwłaszcza że możliwe jest
pokrywanie relatywnie niedrogiego, łatwo dostępnego nośnika cienką warstwą drogiego
materiału, przy zachowaniu lub polepszeniu właściwości wyjściowych związków.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego