Fogorvosi szemle, 2015 (108. évfolyam, 1-4. szám)
2015-03-01 / 1. szám
5 FOGORVOSI SZEMLE ■ zását korrekcióba vettük. A pórusméret-eloszlások és a teljes pórustérfogat meghatározását NovaWin 11.0 szoftverrel végeztük. Szilika aerogél előállítása A szilika aerogélek előállítása általában alkoxi-szilánokból történik, bár ipari célokra ismert a vízüveget mint alapanyagot használó eljárás is [11, 13]. A szol-gél eljárásoknál alkalmazott szilán reagens a leggyakrabban tetrametoxi- vagy tetraetoxi-szilán. Ez utóbbi hidrolízise sokkal lassabban játszódik le, mint a metilszármazéké, így a kívánatos kisebb toxicitása ellenére az in vivo állatkísérleteknél alkalmazott kompozit szerkezetek kialakítására jelenleg kevésbé alkalmas. A szilán reagensből megfelelő katalizátor és víz jelenlétében először kolloidális szilika szol részecskék alakulnak ki, majd ezek növekedésével, egyre szorosabb illeszkedésével létrejön az úgynevezett önhordó gélszerkezet. A gél szerkezetét a szilán reagens minősége, az alkalmazott oldószerelegy összetétele, a katalizátor minősége és mennyisége, a közeg kémhatása, valamint az egyéb jelen lévő komponensek, például felületaktív anyagok alapvetően befolyásolják, a megfelelő pH beállításával például többé vagy kevésbé elágazó [Si04]n-láncok alakíthatók ki. Az elágazásoktól függetlenül azonban minden esetben végső soron a másodlagos globulákból összeálló, egymással erős kovalens kémiai kötéssel kapcsolódó, „borsókőszerű” szerkezet jön létre. A kémiai reakciók ekkor még nem fejeződnek be, azok teljessé tételét, a gél megerősítését az öregítési fázisban végezzük. Ez egy időben elhúzódó folyamat, ami jellemzően egy naptól akár több hétig tarthat. Másodlagos szilán reagensekkel a szerkezetet ebben a fázisban kémiailag módosítjuk. A gélben található oldószerelegyet fokozatosan valamilyen vízmentes szerves oldószerre, tipikusan acetonra cseréljük. A nedves géleket végül szuperkritikus körülmények között, általában szuperkritikus állapotú széndioxiddal szárítjuk ki. A szuperkritikus szárítás egy különleges eljárás, amely a nedves gél szerkezetének maradéktalan megőrzését teszi lehetővé. Levegőn történő, hagyományos szárítás esetén az oldószer felületi feszültségének összehúzó hatása miatt a gélszerű anyagok jelentős mértékben zsugorodnak, töredeznek, aprózódnak, végül úgynevezett xerogélek keletkeznek. A száradás során a gél szerkezete is megváltozik, porozitása, jellemző pórusmérete és pórustérfogata számottevően csökken. Minden kémiailag tiszta, egy komponensű anyag fázisdiagramján megtalálható egy az anyagra jellemző, úgynevezett kritikus pont, amelyet a hozzá tartozó nyomással és hőmérséklettel jellemzőnk. Egy folyadék hőmérsékletét a kritikus hőmérséklet fölé emelve megszűnik a határfelület a folyadék- és a gázfázis között, a teljes teret szuperkritikus állapotú közeg tölti ki, amelyet sűrűsége a folyadékhoz, hővezető képessége és diffúziósebessége a gázhoz tesz hasonlóvá. A megszűnő határfelület következtében megszűnik a felületi feszültség is, ezért az ilyen állapotban történő szárításkor nem ját108. évf. 1.SZ. 2015. szódik le a fentebb említett zsugorodás, a nedves gélek az eredeti szerkezetük megőrzésével száríthatok ki. Az eljárás bármilyen oldószer esetén használható, ma azonban a széndioxidot használjuk a leggyakrabban, mert nem tűzveszélyes, környezetbarát, könnyen regenerálható, kritikus pontja (73,8 bar, 30,9 °C) pedig technikailag viszonylag könnyen meghaladható. Az itt bemutatott aerogél szintéziséhez két oldatot készítettünk, amelyek összetétele a következő volt: „A” oldat: 12,0 ml metanol, 3,00 ml tetrametoxi-szilán, „B” oldat: 12,0 ml metanol, 3,00 ml desztillált víz, 2,00 ml 25%-os ammóniaoldat. A két oldat elegyítése után a reakcióelegyet hengeres műanyag formába öntöttük, ahol 8-10 perc alatt bekövetkezett a gélesedés és térhálósodás. Az így kapott önhordó gélt egy napig a formában öregítettük, majd oldószercserék sorozata után 80 °C hőmérsékleten, 200 bar nyomáson, a már publikált eljárással aerogéllé szárítottuk [10]. Az így nyert aerogél nem porszerű állagú, hanem az eredeti géllel megegyező alakú és szerkezetű, monolitikus tömb formájában marad meg. Hőkezelés A kiszárított aerogél minta hőkezelése atmoszférikus körülmények között történt, első lépésben 500 °C hőmérsékleten 8 óra alatt kiégettük az esetlegesen jelen lévő illékony és oxidálható komponenseket, majd a visszamaradó Si02 váz hőkezelését (szinterelését) 100 °C-os lépésekben, lépésenként 3 óra hőntartással végeztük. A mintadarab teljes lehűlése után meghatároztuk a geometriai méreteit, a tömegét, és kiszámítottuk a látszólagos sűrűségeket, illetve az eredeti mérethez képest bekövetkezett százalékos zsugorodási értékeket. Az egyes hőkezelési lépések során a szomszédos szilanolcsoportok utólagos kondenzációja, a megmaradó alkoxi- és szilanolcsoportok alkoholkondenzációja játszódik le, ami kis mértékű tömegveszteséget eredményez. Porozimetria Az aerogélminta H és S állapotának porozitását nitrogén adszorpciós méréssel, 77,3 K hőmérsékleten ha-4. ábra: Szilika aerogél (H, S) és további aerogél-TCP-HA kompozitok magas hőmérsékleten bekövetkező zsugorodásának szemléltetése. Az ábrán bal oldalon, hátul van az a natúr szilika aerogélmonolit (H), amelynek termikus viselkedése az S állapot eléréséig az 5. ábrán lévő grafikonokon látható.
