アルカリ環境下でのセンシングアプリケーションのためのPDMSベースのハイブリッドソルゲル材料.合成と特性評価

PDMS Based Hybrid Sol-Gel Materials for Sensing Applications in Alkaline Environments: Synthesis and Characterization.

• Rui P C L Sousa
• Bárbara Ferreira
• Miguel Azenha
• Susana P G Costa
• Carlos J R Silva
• Rita B Figueira

抄録

現在、土木分野ではコンクリートの劣化が大きな問題となっています。構造物の劣化の主な原因の一つであるコンクリートの炭酸化は、コンクリートのpHを低下させ、腐食補強に必要な条件を可能にします。多くの研究者は、コンクリートのpH低下を正確かつ非破壊でモニタリングできるセンサーの開発を目指しています。光ファイバセンサ(OFS)は、その高感度と外部からの干渉に対する耐性のため、一般的にコンクリート用途に使用されています。コンクリート構造物に適用されるOFSの潜在的な機能化のために、有機無機ハイブリッド(EIH)フィルムが開発された。ポリジメチルシロキサン(PDMS)をベースとしたゾルゲル材料は、アミノアルコール前駆体の形成と加水分解及び縮合により合成された。PDMSと(3-アミノプロピルトリエトキシシラン(3-APTES)との比率の違いを調べた。合成したOIH膜をフーリエ変換赤外分光法(FTIR),紫外可視分光法,電気化学インピーダンス分光法(EIS),熱重量分析法(TGA)で評価した。OIH膜にはpH指示薬であるフェノールタレイン(Phph)をドープし、UV-Vis及びEISを用いて特性評価を行った。FTIR測定の結果、両前駆体間の反応,加水分解反応及び縮合反応が正常に起こっていることが確認された。また、UV-Vis測定の結果、OIHマトリックス中にPhphが埋め込まれていることが確認された。誘電特性及び熱的特性から、高アルカリ環境下での応用が期待できることがわかった。

Nowadays, concrete degradation is a major problem in the civil engineering field. Concrete carbonation, one of the main sources of structures' degradation, causes concrete's pH to decrease; hence, enabling the necessary conditions for corrosion reinforcement. An accurate, non-destructive sensor able to monitor the pH decrease resistant to concrete conditions is envisaged by many researchers. Optical fibre sensors (OFS) are generally used for concrete applications due to their high sensitivity and resistance to external interferences. Organic-inorganic hybrid (OIH) films, for potential functionalization of OFS to be applied in concrete structures, were developed. Polydimethylsiloxane (PDMS) based sol-gel materials were synthesized by the formation of an amino alcohol precursor followed by hydrolysis and condensation. Different ratios between PDMS and (3-aminopropyl)triethoxysilane (3-APTES) were studied. The synthesized OIH films were characterized by Fourier-transformed infrared spectroscopy (FTIR), UV-Vis spectroscopy, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and thermogravimetric analysis (TGA). The OIH films were doped with phenolphthalein (Phph), a pH indicator, and were characterized by UV-Vis and EIS. FTIR characterization showed that the reaction between both precursors, the hydrolysis and the condensation reactions occurred successfully. UV-Vis characterization confirmed the presence of Phph embedded in the OIH matrices. Dielectric and thermal properties of the materials showed promising properties for application in contact with a high alkaline environment.