Karaktärisering och utvärdering av ytaktiva silica nanopartiklar

Forskningsprojekt, 2013 – 2017

Ytaktiva ämnen, s k tensider, används i många industriella applikationer (färg, asfalt, agrokemi, latex, livsmedel, kosmetika, läkemedel, etc) för att skapa dispersioner av icke-blandbara vätskor. Ett vanligt exempel på användning av tensider är att emulgera en organisk fas, vilken kan vara en olja eller ett opolärt lösningsmedel, i vatten. Tensidens uppgift är att sänka gränsskiktspänningen så mycket att den organiska fasen vid omrörning bildar en emulsion bestående av små oljedroppar i vatten. Råmaterialet till tensider har ofta sitt ursprung ur syntetiska processer baserade på råolja. En del tensider kan vara problematiska ur miljö- och hälsosynpunkt. I detta projekt kommer små SiO2-partiklar (1-1000 nm) att modifieras med både hydrofila och hydrofoba grupper för att göra dem ytaktiva. De ytaktiva partiklarna ansamlas runt oljedropparna och har visat sig ha en förmåga att ge mycket stabila emulsioner bl a för att de sitter bättre förankrade i gränsytan olja-vatten är vad vanliga tensider gör. Här finns förutsättningar att ta fram en helt ny teknologi av ytaktiva ämnen som till mer än 90 % består av SiO2. SiO2 är i princip ren sand, alltså ett miljövänligt material med stor tillgänglighet. Forskningen i projektet skall ha som främsta mål att karaktärisera hur organiska substituenter kan bindas kemiskt (kovalent) till ytan av nanopartiklarna. NMR-spektroskopi kommer att bli ett viktigt verktyg för att studera detta, eftersom det är en av de få analystekniker som kan skilja på om ett ämne sitter enbart adsorberat till en yta eller är kemiskt bundet. Kemiska bindningar är en förutsättning för att de nya ytaktiva produkterna skall vara stabila under lång tid och också vara okänsliga för störningar av andra ytaktiva ämnen. Vid sidan om karaktärisering med NMR-spektroskopi skall forskningen i projektet bidra till att förstå hur ytaktiva partiklar på bästa sätt kan skräddarsys för olika tillämpningar. För detta kommer deras beteende vid olika vätskegränsytor att studeras.