Till innehåll på sidan

The dynamic surface nature of calcite and its role in determining the adsorptive stability toward hydrophobizing carboxylic fatty acids

Tid: To 2021-12-09 kl 13.00

Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm

Videolänk: https://kth-se.zoom.us/meeting/register/u5Upd-2vpjgqHtc2CYztF-XDuwyb3w5D5Jq3

Språk: Engelska

Ämnesområde: Kemi

Respondent: Natalia Wojas , Yt- och korrosionsvetenskap, RISE Research Institutes of Sweden

Opponent: Prof Jan van Stam, Karlstad University

Handledare: Professor Per M. Claesson, Yt- och korrosionsvetenskap; Professor Agne Swerin, Yt- och korrosionsvetenskap, Karlstad University

Exportera till kalender

QC 2021-11-04

Abstract

Kalciumkarbonat har varit ett intressant material under flera århundraden. Nu för tiden har det tillämpningar inom en rad områden, främst som mineralfyllmedel, exempelvis i papper, polymerer och miljövänliga konsumtionsvaror. Bland dessa användningsområden behöver fyllmedelspigmentet uppvisa antingen hydrofilicitet (för tillämpningar i vattenhaltiga kolloidala system, inklusive, till exempel i papper och emulsionsfärger) eller, i motsats, oleofilicitet (för tillämpningar i kontakt med oljebaserade system, till exempel plaster och flyktiga lösningsmedelshaltiga tätningsmedel). För att uppnå oleofilicitet och resulterande hydrofobicitet ytbehandlas fyllmedlet, vanligtvis med användning av fettsyror. I den här avhandlingen studerades främst effekter av luftfuktighet och fettsyror med avseende på vätning och ytans nanomekaniska egenskaper, med målet att förstå adsorberade skikts packningstäthet och arrangemang samt skiktens resistens mot vattenexponering och mekanisk nötning. Den bättre förståelsen för den dynamiska naturen hos kalcitytan som presenteras i det här arbetet gör det möjligt att förbättra hållbarhetsaspekter vid materialets produktion och lagring. 

Först användes ett atomkraftsmikroskop (AFM) i kombination med en luftfuktare för att utröna nanomekaniska egenskaper hos växande domäner av hydratiserad CaCO3 som bildas genom upplösning av ytan, diffusion och återdeposition, en process som inte är reversibel när luftfuktigheten minskar. Sedan visade resultat från AFM och kontaktvinkelgoniometri att stabiliteten hos kalcitytan ökar med ökande kedjelängd hos adsorberade fettsyror (C2 till C18). Därutöver demonstrerade resultaten från röntgenfotoelektronspektroskopi och vibrationssumfrekvensspektroskopi att ett heltäckande skikt av stearinsyra (C18), i protonerad och deprotonerad form, med maximal packningstäthet kunde erhållas via deposition från gasfas om ångtrycket och adsorptionstiden var tillräckliga. AFM-studier visade att ett heltäckande C18 monoskikt motverkar nötning på nanonivå även vid hög luftfuktighet (under de pålagda krafter som användes i studierna) och att det adsorberade skiktet har en viss självläkande förmåga. Ren kalcit däremot undergår signifikant nötning under motsvarande förhållanden. Dessutom, när en kalcityta täckt med ett tättpackat monolager av C18 kom i kontakt med en vattendroppe visade sig kontaktvinkelhysteresen vara stor, vilket resulterade i en kafferingseffekt (CRE) som gav upphov till en deponering vid trefaslinjen. Det deponerade materialet består av upplöst fettsyra och möjligen kalcium bikarbonat Ca(HCO3)2 som transporterats från ett område av ren kalcit som också bildas i närheten av droppkanten. Intressant nog var den C18-täckta kalcitytan väsentligt mer stabil under en droppe av vatten mättad med oktansyra, vilket gör att vi kan dra slutsatsen att CRE kan motverkas när vätskans ytspänning och kontaktvinkelhysteresen minskas.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-304409