Особливості технології отримання гідролізатів тетраетоксисиланів різного функціонального призначення
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2026-300-2-96-106Ключові слова:
золь-гель процес, тетраетоксисилан, покриття, гідроліз, поліконденсаціяАнотація
Актуальність дослідження гідролізатів тетраетоксисилану зумовлена широкими можливостями їх використання у створенні функціональних неорганічних і гібридних матеріалів із керованими властивостями, що застосовуються в матеріалознавстві, будівництві, медицині, енергетиці та захисних технологіях. У роботі узагальнено особливості отримання гідролізатів тетраетоксисилану у золь-гель процесі та проаналізовано основні технологічні параметри, що визначають їх фізико-хімічну стабільність і функціональне призначення. Розглянуто механізми гідролізу та поліконденсації етилсилікату у кислому та лужному середовищах, а також їх вплив на формування силоксанової структури золю. Показано, що співвідношення швидкостей гідролізу і конденсації суттєво залежить від pH середовища: у кислому середовищі гідроліз переважає над конденсацією, що сприяє формуванню однорідних прозорих золів, тоді як у лужному середовищі інтенсифікується конденсація і відбувається швидке утворення просторово зшитої силоксанової сітки та укрупнення частинок. Проаналізовано вплив молярного співвідношення H₂O/ТЕОС, типу каталізатора, природи розчинника, температури синтезу та умов перемішування на кінетику реакцій і стабільність системи. Встановлено, що оптимальні значення параметрів синтезу дозволяють контролювати морфологію частинок, ступінь зшивання силоксанової мережі та реологічні властивості гідролізатів. Окрему увагу приділено відмінностям між ТЕОС та етилсилікатом-40, що визначають їх застосування у лабораторних та промислових технологіях. Показано, що контроль складу золю та умов гідролізу дає можливість регулювати властивості кінцевих матеріалів і розширювати сфери їх використання. Узагальнено сучасні напрями застосування гідролізатів TEOС, зокрема у формуванні захисних та антикорозійних покриттів, синтезі кремнеземних наночастинок, аерогелів, функціональних текстильних матеріалів, волокон та композиційних систем. Визначено основні проблеми, пов’язані з підвищенням стабільності золів, обмеженнями використання, відтворюваністю результатів та оптимізацією технологічних режимів золь-гель синтезу. Обґрунтовано перспективи подальших досліджень.
Посилання
1. Sol–gel based materials for biomedical applications / G. J. Owens et al. Progress in Materials Science. 2016. Vol. 77. P. 1–79. URL: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2015.12.001.
2. Wang D., Bierwagen G. P. Sol–gel coatings on metals for corrosion protection. Progress in Organic Coatings. 2009. Vol. 64, no. 4. P. 327–338. URL: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2008.08.010.
3. Preparation and characterization of hydrophobic coatings on wood surfaces by a sol-gel method and post-aging heat treatment / L. Qu et al. Polymer Degradation and Stability. 2020. P. 109429. URL: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2020.109429.
4. A Review on Transparent Superhydrophobic Coatings for Self-cleaning Solar Cell Panels: Its Fabrication, Robustness and Industrial Implementation / S. S. Ingole et al. Surfaces and Interfaces. 2025. P. 106794. URL: https://doi.org/10.1016/j.surfin.2025.106794.
5. Brinker C. J. Hydrolysis and condensation of silicates: Effects on structure. Journal of Non-Crystalline Solids. 1988. Vol. 100, no. 1-3. P. 31–50. URL: https://doi.org/10.1016/0022-3093(88)90005-1.
6. Figueira R. B. Hybrid Sol–gel Coatings for Corrosion Mitigation: A Critical Review. Polymers. 2020. Vol. 12, no. 3. P. 689. URL: https://doi.org/10.3390/polym12030689.
7. Hench L. L., West J. K. The sol-gel process. Chemical Reviews. 1990. Vol. 90, no. 1. P. 33–72. URL: https://doi.org/10.1021/cr00099a003.
8. Tuning up Sol-Gel Process to Achieve Highly Durable Superhydrophobic Coating / R. R. Hashjin et al. Surfaces and Interfaces. 2022. P. 102282. URL: https://doi.org/10.1016/j.surfin.2022.102282).
9. Cihlář J. Hydrolysis and polycondensation of ethyl silicates. 1. Effect of pH and catalyst on the hydrolysis and polycondensation of tetraethoxysilane (TEOS). Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 1993. Vol. 70, no. 3. P. 239–251. URL: https://doi.org/10.1016/0927-7757(93)80298-s.
10. Formation and prevention of fractures in sol–gel-derived thin films / E. J. Kappert et al. Soft Matter. 2015. Vol. 11, no. 5. P. 882–888. URL: https://doi.org/10.1039/c4sm02085e.
11. Al-Saadi S., Singh Raman R. K. Silane Coatings for Corrosion and Microbiologically Influenced Corrosion Resistance of Mild Steel: A Review. Materials. 2022. Vol. 15, no. 21. P. 7809. URL: https://doi.org/10.3390/ma15217809.
12. Керамічні, композиційні матеріали та вогнестійкі покриття на основі гібридних гелів : монографія / О. Б. Скородумова та ін. Харків : НУЦЗУ, 2017. 102 с.
13. Two-step sol-gel method-based superhydrophobic SiO2 antireflective coatings with high transmittance and excellent environmental stability / L. Ye et al. Ceramics International. 2024. URL: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.11.381.
14. Superhydrophobic silica antireflective coatings with high transmittance via one-step sol-gel process / J. Xu et al. Thin Solid Films. 2017. Vol. 631. P. 193–199. URL: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.03.005.
15. Sol–gel processed silica based highly transparent self-cleaning coatings for solar glass covers / D. Adak et al. Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 33. P. 2429–2433. URL: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.01.331.
16. A simple method for preparation of transparent hydrophobic silica-based coatings on different substrates / F. Wang et al. Applied Physics A. 2011. Vol. 106, no. 1. P. 229–235. URL: https://doi.org/10.1007/s00339-011-6566-y.
17. Семченко Г., Д. Золь-гель процес у керамічній технології. Харків, 1997. 144 с.
18. Cihlář J. Hydrolysis and polycondensation of ethyl silicates. 2. Hydrolysis and polycondensation of ETS40 (ethyl silicate 40). Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 1993. Vol. 70, no. 3. P. 253–268. URL: https://doi.org/10.1016/0927-7757(93)80299-t.
19. Sakka S., Kamiya K. The sol-gel transition in the hydrolysis of metal alkoxides in relation to the formation of glass fibers and films. Journal of Non-Crystalline Solids. 1982. Vol. 48, no. 1. P. 31–46. URL: https://doi.org/10.1016/0022-3093(82)90244-7).
20. Пащенко О. Поліфункціональні елементорганічні покриття. Київ : Вища шк., 1987. 198 с.
21. Solvent-Free Process for the Development of Photocatalytic Membranes / R. M. Huertas et al. Molecules. 2019. Vol. 24, no. 24. P. 4481. URL: https://doi.org/10.3390/molecules24244481.
22. Issa A., Luyt A. Kinetics of Alkoxysilanes and Organoalkoxysilanes Polymerization: A Review. Polymers. 2019. Vol. 11, no. 3. P. 537. URL: https://doi.org/10.3390/polym11030537.
23. Progress in Sol-Gel Technology for the Coatings of Fabrics / A. P. Periyasamy et al. Materials. 2020. Vol. 13, no. 8. P. 1838. URL: https://doi.org/10.3390/ma13081838.
24. Control of the degradation of silica sol-gel hybrid coatings for metal implants prepared by the triple combination of alkoxysilanes / F. Romero-Gavilán et al. Journal of Non-Crystalline Solids. 2016. Vol. 453. P. 66–73. URL: https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2016.09.026.
25. TEOS-Based Fiber Fabrication via Electrospinning: Influence of Process Parameters and NMC Doping on Functional Properties / N. Tezgel et al. Coatings. 2025. Vol. 15, no. 10. P. 1220. URL: https://doi.org/10.3390/coatings15101220.
26. Silica Aerogels in Nano Drug Delivery Systems: A Comprehensive Review from Preparation to Medical Applications / X. Qian et al. Gels. 2025. Vol. 11, no. 11. P. 859. URL: https://doi.org/10.3390/gels11110859.
27. Serban B. A., Barrett-Catton E., Serban M. A. Tetraethyl Orthosilicate-Based Hydrogels for Drug Delivery–Effects of Their Nanoparticulate Structure on Release Properties. Gels. 2020. Vol. 6, no. 4. P. 38. URL: https://doi.org/10.3390/gels6040038.
28. Adelkhani H., Nasoodi S., Jafari A. H. Corrosion protection properties of silica coatings formed by sol–gel method on Al: The effects of acidity, withdrawal speed, and annealing temperature. Progress in Organic Coatings. 2014. Vol. 77, no. 1. P. 142–145. URL: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2013.08.011.
29. Controlled hydrophilic/hydrophobic property of silica films by manipulating the hydrolysis and condensation of tetraethoxysilane / X. Yang et al. Applied Surface Science. 2016. Vol. 376. P. 1–9. URL: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.02.068.
30. Li T., Wu Y. Effect of Modified Tetraethyl Orthosilicate Surface Treatment Agents on the Permeability of Airport Pavement Concrete. Coatings. 2022. Vol. 12, no. 7. P. 1027. URL: https://doi.org/10.3390/coatings12071027.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 П.С. Тихонов, В.А. Свідерський
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
