Projekti / Programi
Kolorimetrično določanje relativne vlažnosti na osnovi mezoporoznih SiO2 delcev
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P003 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
indikator relativne vlažnosti, mezoporzni SiO2 nanodelci, barvilo, oplaščeni delci
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
32022 |
dr. Erika Švara Fabjan |
Kemija |
Vodja |
2017 - 2019 |
72 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
1502 |
Zavod za gradbeništvo Slovenije |
Ljubljana |
5866324000 |
10.455 |
Povzetek
Relativna vlažnost (RV) v visoki meri vpliva na kakovost človeškega življenja, med drugim na kakovost zraka v notranjih bivalnih prostorih. Optimalne vrednosti RV za človekovo delovanje in počutje, naj bi bile v območju med 40 in 60 %, tako višje kot nižje pa povečajo možnost pojava okužb dihalnih in alergij. Prav tako so pogoji pri višjih vrednostih RV bolj optimalni za razrast plesni, prenizke vrednosti pa lahko vodijo do izsuševanja materialov (npr. krčenje lesu). Uravnava RV na optimalne vrednosti je zato izjemnega pomena.
Informacijo o določeni RV lahko pridobimo s elektronskimi senzorji, vendar je merjenje na bolj izpostavljenih mestih, kot so koti in stropi v prostorih, onemogočeno. Ta mesta lahko predstavljajo temperaturne gradiente, kar lokalno poviša vrednosti RV. Alternativno možnost merjenja RV predstavlja določanje RV na osnovi spremembe barve (uporabo indikatorjev). Trenutno dostopni indikatorji na osnovi anorganskih soli so kljub enostavnosti, nizki ceni in učinkovitosti, zdravju škodljivi (ko npr. CoCl2).
Glavni namen predstavljenega projekta je razvoj zdravju neškodljivega indikatorja RV barvilo@SiO2, ki temelji na jedru, ki je oplaščen s slojem mezoporozne SiO2 (mSiO2). Pri sintezi sloja mSiO2 bom uporabila sol-gel reakcijo z dodatkom površinsko aktivnih snovi ali kopolimerov kot strukturo usmerjajočih spojin. Le-te omogočajo nastanek mezoporozne strukture. Predpostavljen mehanizem temelji na kapilarni kondenzaciji vode iz vlažnega zraka, ki s polnitvijo por doteka do barvila v jedru in omogoči spremembo barve. Predpostavljeni mehanizem predstavlja popolnoma novo raziskovalno smer pri kolorimetričnem določanju RV.
Predpostavljeni sloj mSiO2 ima pore cilindrične oblike s premerom med 2 in 10 nm, kar ustreza poteku kapilarne kondenzacije v območju med 60 in 90 % vlažnosti. Za pripravo indikatorja RV barvilo@SiO2 sem predpostavila dve sintezni poti: (1) predsintezo mSiO2 sloja (ustreza prazni mezporozni strukturi, ang. hollow mesoporus structure), ki ji sledi vgradnja barvila v prazno jedro in (2) in-situ sintezo. Predsintetiziran sloj mSiO2 bom pripravila z osnovo (ang. template), ki bo na koncu odstranjena.
Poroznost, porazdelitev premera in orientacija por, kot tudi porazdelitev velikosti delcev in morfološke lastnosti novega RH indikatorja barvilo@mSiO2 bom določila z N2 sorpcijo, FE-SEM, TEM ter DLS. Delež vezanega barvila ter predvidene vezi med jedrom in barvilom bomo preiskali s TG/DTA, meritvijo kontaktnega kota, XRD, NMR in FTIR spektroskopijo. V sklopu predlaganega projekta bomo razvili tudi metodo za določanje odzivnosti indikatorja na okolje z določenimi RV. Metoda bo temeljila na izpostavi vzorcev določeni RV, ki jo bomo dosegli z nasičeno raztopino soli. Spremembo barve bomo ovrednotili: (a) pred in po izpostavi določenim RV, in sicer z UV-Vis spektrometrijo ter (b) skozi celotno časovno obdobje izpostave RV s kromametrom.
Pomen za razvoj znanosti
V raziskovalnem projektu bomo razvili nove indikatorje za detekcijo relativne vlažnosti, ki bodo s spremembo barve opozarjali na (pre)visoko vlago v prostoru. Uporaba oplaščenih barvil z mezoporoznim silicijevim dioksidom (barvilo@mSiO2) za indikacijo relativne vlage ima za razvoj znanosti in tudi stroke velik pomen, saj gre za popolnoma nov pristop kolorimetričnega merjenja vlažnosti. Predlagani mehanizem temelji na poteku kondenzacije vodne pare v mezoporah, polnitve por z vodo, ki nato v jedru povzroči kolorimetrično reakcijo. Odzivnost indikatorja določenim vrednostim RV bodo omogočali novo sintetizirani indikatorji barvilo@mSiO2 z različnim premerom por, saj je za potek kondenzacije v porah pri določeni RV potreben določen premer por. Odvisnost opisuje Kelvinova enačba. Predlagani mehanizem še ni opisan niti v znanstveni in tudi ne v strokovni literaturi.
Enostavno (vidno) sporočanje o visokih relativni vlažnosti v prostoru z apliciranjem predlaganih novih indikatorjev na notranje stene ali predmete v razpoložljivi literaturi niso poznani. Dosežki projekta bodo torej izvirni, objavljivi v znanstveni literaturi ter tudi patentibilni, saj pričakujemo, da bomo rezultate/izsledke po končanem projektu tudi patentirali.
Predlagane raziskave bodo kreirale tudi nova znanja na področju kemije, znanosti o materialih, spektroskopije in optike.
Pomen za razvoj Slovenije
Glavni cilj predlaganega projekta je razvoj novega kolorimetričnega indikatorja za detekcijo relativne vlažnosti (RV) zraka v notranjih prostorih. Uporaba novih aktivnih snovi v premazni, papirni in gradbeni industriji ponuja možnost priprave izdelkov z nizko ceno, a veliko dodano vrednostjo. Z integracijo razvitih odzivnih snovi v premaze, impregnacije ali druge vrste prevleke bodo le–ti pridobili dodatno funkcionalnost in s tem bistveno pridobile na uporabnosti. Sklepamo, da se bo s to dodano funkcijo tudi povečalo zanimanje kupcev za pripravljene premazne izdelke. Čeprav bodo predlagani indikatorji imeli reverzibilni značaj, pričakujemo, da bi se dalo z modifikacijo pripraviti tudi indikatorje, ki bi pri visoki vlažnosti ireverzibilno spremenili barvo. Take ireverzibilne RV indikatorje bi lahko pripravili v take oblike, da bi jih natisnili na pametne nalepke, primerne za uporabo na embalaži ali kakem drugem mestu in bi sporočale oziroma dajale informacijo o izpostavljenosti visoki RV. To bi bilo še posebej primerno za označevanje izdelkov, predmetov, ki se pod vplivom visoke vlage kvarijo ali izgubljajo pomembne lastnosti.
Za razvite indikatorske snovi je premazna industrija (konkretno TRC JUB, d.o.o.) že pokazala zanimanje in se z nami pogovarjajo o možnosti aplikacije razvitih snovi v njihove izdelke, v dolgoročni plan je uvrstila tudi razvoj kolorimetrično odzivnih notranjih barv.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
