Гидрофобный песок что это такое


Гидрофобный песок. Изобретение, которое спасет человечество

Ежегодно в мире умирают около полутора миллионов человек вследствие нехватки чистой воды, пригодной для употребления. Происходит это из-за того, что более 80 % всех водных ресурсов уходит на полив почв в пустынных районах нашей планеты. Ученые из компании, занимающейся разработкой гидрофобных материалов, изобрели покрытие для песка, чтобы снизить его потребность в воде и поливе. Африканские страны, а также государства Ближнего Востока больше всего страдают от нехватки пресной питьевой воды, именно поэтому в Объединенных Арабских Эмиратах, правда, с поддержкой немецких специалистов, и был изобретен гидрофобный песок.

Чтобы понять его природу, необходимо изучить определение гидрофобности.

Что такое гидрофобность и в чем ее отличие от гидрофильности?

Эти два взаимосвязанных понятия применимы к любым веществам и материалам. Они отвечают за то, насколько те легко или не очень вступают в контакт с водой. На материалах с гидрофильной поверхностью капля воды растекается полностью и впитывается. К таким телам относятся карбонаты, силикаты, сульфаты, глины и силикатные стекла. Гидрофобная поверхность отталкивает каплю воды и не дает ей проникать внутрь. Таким свойством обладают все металлы, парафины, жиры, воски и некоторые виды пластмасс. Гидрофобность – это низкая степень гидрофильности. В текстильном производстве ткани подвергают гидрофилизации, чтобы они лучше поддавались окрашиванию, а их гидрофобизация способствует приданию непромокаемости.

Как подавить в песке гидрофильные свойства?

Даже не вникая сильно в физику веществ, понятно, что песок отлично пропускает и впитывает в себя воду. Но благодаря современным нанотехнологиям ученые творят чудеса, изменяя первоначальные свойства материалов. Чтобы получить гидрофобный песок, им пришлось обработать каждую песчинку особым раствором, секреты которого не раскрываются. Такой песок сохраняет свои свойства на протяжении 30 лет. Пока что данные мероприятия проходят на уровне экспериментов, но компания готова работать и в промышленных объемах. Чтобы обработать одну песчинку, уходит около 40 секунд, но у производителей имеются ресурсы, чтобы гидрофобный песок выпускать ежедневно в количестве 3000 тонн.

Как песок сократит мировое потребление воды?

Ученые предлагают использовать гидрофобный песок в качестве водонепроницаемого разделительного слоя между плодородной почвой, в которой выращиваются растения, и всеми остальными толщами грунтов. Данный слой позволит сократить количество поливов в день с 5 раз до одного, потому что вода будет не уходить на глубину, а питать корни. Ученые даже решились на смелый эксперимент по выращиванию риса в засушливых районах, но конкретных результатов пока нет.

Песок с гидрофобными свойствами прекрасно найдет себе применение и в строительстве при возведении фундаментов, в частности в регионах с высоких уровнем грунтовых вод.

Как сделать гидрофобный песок самому?

Для того чтобы поместить горсть песка в воду, а затем извлечь ее оттуда сухой, нужно произвести предварительную обработку, как правило, с помощью кремнийорганических полимеров. Большинству любопытных умов не дает покоя вопрос: можно ли сделать гидрофобный песок в домашних условиях? Конечно, можно, но не такой качественный и долго сохраняющий свои свойства. Есть один способ, который некоторые люди показывают публике как фокус. Необходимо в раскаленную духовку поместить чистый песок, дать ему там хорошенько прогреться и высохнуть. Затем достать его и обработать водоотталкивающими спреями для одежды. Приобрести таковые можно в любом магазине спортинвентаря. После данных манипуляций можно неоднократно помещать и доставать песок из емкости с водой абсолютно сухим.

Гидрофобный песок, как сделать

Имеется ряд веществ, которые обладают свойством несмачиваемости или гидрофобности. При пропитке такими веществами пористых материалов — высушенных камней, кирпича, бетовных блоков, — а также сыпучих материалов — щебня, песка и золы — они становятся в некоторой степени водонепроницаемыми.

Сыпучие материалы и лосле некоторой пропитки, т. е. обволакивания зерен пленкой гидрофобизирующего материала, сохраняют свойство сыпучести.
К гидрофобизирующим веществам, служащим для целей пропитки указанных материалов, относятся битум, петролатум, сера, а также некоторые синтетические полимерные материалы.

Сыпучие материалы пропитывают разжиженным битумом или дегтем, битумной или дегтевой эмульсией, а иногда мылонафтом или канифольным маслом. В Германии для целей гидроизоляции, в частности для устройства гидроизоляционного слоя между фундаментом и конструкцией, широко используют кирпичи, пропитанные битумом. Установлено, что полная водонепроницаемость обеспечивается пропиткой кирпича на глубину 1—2 см при температуре битума 180—200°. Укладку кирпича производят на битумном растворе, имеющем температуру не менее 150°, при толщине слоя около 1 см.

Петролатум выгодно отличается от битума своей малой стоимостью, а также цветом. Однако кирпич, пропитанный петролатумом, укладывают также на битумном растворе.
При пропитке кирпича серой увеличивается его прочность; для укладки такого кирпича используют жидкое стекло или расплавленную серу.

Обработку золы, обычно золы-уноса от сжигания пылевидного топлива на ТЭЦ, производят при температуре 200° раствором битума (35—40%) в зеленом масле с добавкой 0,5—1% асидола, асидол-мылонафта или олеиновой кислоты. Расход битума на 1 м3 золы равен 3—5 кг.

Из искусственных полимерных материалов для гидрофобизации конструкций, расположенных над поверхностью земли, используют силиконы (о полимерных материалах см. далее). Основой их являются кремний-органические смолы, растворенные, например, в ксилоле.

Рис. 14. Схема установки для получения гидрофобного песка
1 — шнековая растворомешалка; 2 — бункер для подогретого песка; 3 — электродвигатель 4 — паровой змеевик; 5 — бак-дозатор для смеси битума и зеленого масла; 6 — трубопровод для битума; 7 — кирпичный фундамент

Состав наносят кистью, щеткой или распылителем. Для гидрофобизации сухих и влажных поверхностей пробуют применять также 2— 5%-ный раствор метилсиликоната натрия (расход его составляет 18 г/м2).

Водопоглощаемость материалов, обработанных этим раствором, значительно уменьшается: у бетона с 6 до 0,4%, а у кирпича с 20 до 0,1%. Метилсиликонат натрия применяют для гидрофобизации строительных материалов (облицовочного кирпича, черепицы и т. п.), а также при штукатурных работах.

К гидрофобизирующим добавкам относятся также канифольные и абиетиновые мыла, мылонафт, хлопковое масло, препарат ЦНИПС-1.
Для приготовления гидрофобного песка используют песок, предварительно просеянный, на сите с отверстиями размером 2x2 мм, а затем нагревают на жаровнях до температуры 200—250°, после чего загружают в бункер смесительной установки (рис. 14), откуда порциями подают в шнековую раствороме­шалку, в которую также поступает из бачка-дозатора битум, растворенный в зеленом масле.

Перемешивание продолжают 9—10 мин.; в это время мешалку подогревают при помощи парового змеевика. После перемешивания готовый песок выгружают в приемный бункер. За смену установка дает около 8 м3 гидрофобного песка при расходе битума 7,5 кг и зеленого масла 11 кг на 1 м3.

Для гидрофобизации грунтов могут быть применены также щелочные суспензии торфа и угля, мылонафт, канифольное и сульфатное масла, дешевые сорта хозяйственного мыла, древесные смолы, деготь и каменноугольная смола.

Магический гидрофобный песок «Aqua sand»

Здравствуйте, дорогие друзья, уважаемые читатели блога «Мир молодой мамы»!

Сегодня хочу рассказать Вам об очень необычной игрушке, которая у нас появилась. Это магический песок «Aqua sand».

Магия заключается в том, что он твердеет, попадая в воду и из него можно строить замки, камешки и кораллы, а как только он попадает в воздух — сразу опять становиться сыпучим и сухим! Интересно? Тогда расскажу подробнее 🙂

Набор волшебного песка

Набор волшебного песка  я купила очень неожиданно для себя в переходе и особых надежд на него, честно говоря, не возлагала. Но когда мы открыли упаковку и начали играть — я ни минуты не пожалела о таком приобретении, песок оказался очень интересным и поистине волшебным.

Упаковка

Наборы песка и комплектующих есть самые разнообразные, у нас оказался самый обычный набор:

  • бутылочка с песком;
  • контейнер для воды;
  • грабли-лопатка;
  • лейка;

Сейчас расскажу для чего все это богатство 🙂

Как играть с песком?

Все очень просто: в контейнер наливаем воду. Можно, в принципе, для этих целей использовать любую посуду, но так как песка у нас было мало, то нам вполне хватило прилагаемого к нему контейнера.

Далее: выдавливаем песок из тюбика прямо в воду.

Сначала мы пробовали сыпать песок поверх воды, но он не тонул  и оставался плавать на поверхности, что нам было совершенно ненужно, поэтому мы решили выдавливать песок из бутылочки под водой.

Получается очень здорово. Песок приобретает разнообразные формы и твердеет, можно делать замки, кораллы, грабельками формировать рельеф.

Волшебство песка «Aqua sand»

А вот теперь начинается самое интересное 🙂 Мы начинаем лопаткой вынимать песок из воды и как только он оказывается на поверхности — как тут же становиться опять обычным сыпучим песком. Его запросто можно обратно пересыпать в бутылочку с помощью лейки и играть дальше! Вот такой гидрофобный песок.

Действительно, зрелище получается очень магическим 🙂 Ребенок, да и вся наша семья оказались в восторге! Как так происходит для меня до сих пор остается загадкой, но субстанция песка очень и очень забавная и интересная.

Для большей наглядности мы записали для вас видео 🙂

Особенности игры

  1. Когда будете играть — обязательно играйте на подносе. Так вы не потеряете песок, если малыш его ненароком просыпет в процессе упаковки обратно в бутылочку.  Песок очень просто собирается, так что, даже если вы что-то и рассыпете — все равно сможете его собрать и дальнейшие игры будут не под угрозой.
  2.  Если вы увидите, что вместе с песком из контейнера набираете и воду не беспокойтесь — можете смело выливать и воду и песок в бутылочку. Вода собирается капельками и с песком не вступает ни в какую реакцию (наверное, песок твердеет только тогда, когда воды больше, чем песка, а если наоборот — то вода собирается капельками). После того, как вы выловите весь песок — воду можно будет просто вылить из бутылочки через горлышко — песок при этом останется в бутылочке.
  3. Расход песка идет небольшой: проведя игр пять подряд мы потеряли от силы крупинок десять :-), так что даже вот такого как у нас маленького наборчика вам хватит надолго.
  4. Рассчитана игра на деток от трех лет. Малышам, наверное, понравится столь необычные характеристики песка, но они не смогут вдоволь им насладиться, так как нужно обладать достаточно развитой мелкой моторикой, чтоб  вылавливать магическую субстанцию из контейнера и  насыпать снова и снова.

В заключение

Вот такая забавная игрушка -поистине магический гидрофобный песок «Aqua sand» ! Надеюсь, вам обзор окажется интересным и полезным. Если увидите в продаже — можете покупать, впечатлений и эмоций море 🙂

Как вам песочек?

 

 

С любовью,

Марина Кручинская

Опыты и эксперименты (старшая группа) по теме: Гидрофобный песок

Слайд 1

С детьми старшего дошкольного возраста Это обычный очищенный песок, покрашенный для красоты, но при этом пропитанный специальным раствором, который позволяет оставаться сухим при любых условиях - даже после погружения в воду! Что же это такое? Гидрофобный песок – несколько удивительных опытов! Подготовила и провела: воспитатель Петрова Любовь Михайловна

Слайд 2

Удивительные опыты для старших дошкольников с гидрофобным песко м Подготовила и провела: Воспитатель Петрова Любовь Михайловна

Слайд 3

Цели: узнать о происхождении гидрофобного песка и его свойствах, обучать навыкам проведения лабораторных опытов. Задачи: развивать наблюдательность, смекалку, мелкую моторику руки, логическое мышление, сравнивать, анализировать, закрепить умения работать с посудой, соблюдать меры безопасности, умения устанавливать причинно-следственные зависимости и делать выводы. Как сделать гидрофобный песок Для этого нужно: Взять необходимое количество кварцевого промытого песка. Высушить его в духовке. Промыть еще раз и снова высушить. Купить в магазине водоотталкивающее средство для обработки тканей. Тщательно обработать средством необходимое количество вымытого и просушенного песка.

Слайд 4

Сравним обычный песок с гидрофобным Обычный песок попадая в воду намокает и тонет. Гидрофоб-ный песок попадая в воду образует защитную плёнку на воде.

Слайд 5

Если аккуратно высыпать песок в воду, он образует пленку на поверхности воды Пленка из песка

Слайд 6

Если погрузить палец в воду через пленку из песка, он останется абсолютно сухим (как будто в водолазном костюме из песка) Сухой палец

Слайд 7

Удивительные фигурки Если его насыпать в стакан с водой, он образует интересные фигурки;

Слайд 8

Настоящий фокусник А вот теперь начинается самое интересное Мы начинаем лопаткой вынимать песок из воды и как только он оказывается на поверхности — как тут же становиться опять обычным сыпучим песком . Вот такой гидрофобныйпесок

Слайд 9

Что такое гидрофобный песок Гидрофобный — значит отталкивающий воду, не даёт ей проникнуть в свою структуру. Именно это свойство делает песок волшебным, магическим. Магия заключается в том, что он твердеет, попадая в воду , а как только он попадает в воздух — сразу опять становиться сыпучим и сухим! Любопытно? Ещё бы!!!

Когда гидрофоб, а когда гидрофил? Всему свое время! — KochChemie на DRIVE2

Разные времена года и разные температурные и климатические воздействия обрушиваются на лакокрасочное покрытие с момента выхода автомобиля с конвейера и до его утилизации. В каких же условиях лучше гидрофобный эффект на поверхности, а когда гидрофильный?

Из-за поверхностного натяжения капли ведут себя по разному. Наносимые на лакокрасочное покрытие составы имеют высокое или низкое поверхностное натяжение. Они создают плёнку на обрабатываемой поверхности ЛКП, и в зависимости от типа состава, притягивают капли или грязь или отталкивают их. Если нанесенное покрытие имеет гидрофобный эффект, то это означает, что нанесенный состав имеет низкое поверхностное натяжение, и поверхность, обработанная этим составом, имеет минимальную смачиваемость. Напротив, если нанесенное покрытие имеет гидрофильный эффект, то это означает, что поверхность, обработанная составом, притягивает капли и максимально смачивается.

Что нам это даёт и почему я на это обращаю внимание?
В последнее время появились составы, которые кричат нам о супер гидрофобных свойствах. И мы радуемся, когда капли красиво скатываются с поверхности за счет своей тяжести или под воздействием силы ветра. Гидрофобность – принцип самоочищения поверхности. Этот принцип так же известен как «Эффект лотоса». И да, это действительно прекрасно, когда есть достаточный объём воды и какое либо движение. Попадая на лакокрасочное покрытие частички грязи не закрепляются на ней из за низкого поверхностного натяжения, которое создано использованным гидрофобным составом, и под воздействием скатывающейся капли притягиваются к ней и смываются с поверхности. Поверхность долго выглядит чистой или менее загрязнённой в течении некоторого времени. Такие времена как осень, зима или ранняя весна, очень хороши для показательной работы таких составов. Но приходит лето, и тут возможно появление проблем, связанных с гидрофобным эффектом.
Первая проблема.
Моем на даче машину. Солнышко, классно. Шампунька, вода… Классное времяпрепровождение. Как всегда, капельки быстро скатываются с поверхности. И радуют глаз. Радужный цвет капель завораживает.

Полный размер

Начинаем протирать поверхность. Закончив и присмотревшись в глубину лака, мы обнаруживаем следы от высохших капель.

И самое обидное это то, что мы не можем удалить пятна подручными средствами.
Так что же произошло?
Если мы рассмотрим эту проблему повнимательнее, то мы обнаружим очевидный ответ. Небольшие капли, которые имели незначительный вес, не успели скатиться с поверхности, когда мы её протирали — они просто быстро пересохли под воздействием солнца. А поскольку вы не использовали дистиллированную воду, в воде содержались растворенные минералы, главным образом соли кальция и магния. Чем более жесткую воду вы использовали, тем больше в ней содержалось солей. Но даже мягкая вода не избавляет нас от пятен, так как она все равно содержит некоторое количество минералов, и мы не успеем протереть мельчайшие остатки капель, которые и портят нам лак. Просто не успеваем протереть до момента их высыхания.
Такая же проблема возникает и после дождя. Кажется, что вода от дождя не имеет примесей (так могло бы быть в случае идеально чистой атмосферы). Но при попадании на поверхность, на которой достаточно соединений, входящих в состав пыли, она растворяет их в себе, и происходит последующее пересыхание капли. Мы получаем туже поверхность испорченную остатками минеральных соединений.

Если посмотреть на след высохшей капли, то по краям он выглядит более белыми. Это происходит потому, что капля высыхает с внешнего края. Капля после попадания на поверхность растекается. Но под воздействием гидрофобного эффекта капля собирается в «шарик», вбирая в себя окружающую грязь и концентрируя её на малой площади контакта с поверхностью. Поверхность же вокруг капли сильно разогревается, так как ей больше не препятствуют загрязнения, которые вобрала капля.

При высыхании концентрация растворенных минералов на границе соприкосновения капли и поверхности растет. И в результате высохшая капля оставляет след, похожий на обруч. А за счёт солнечных лучей и быстрого нагрева, эти минеральные загрязнения надёжно закрепляются в структуре лакокрасочного покрытия.
Возникает резонный вопрос — почему, стоявшая рядом машина с необработанным лаком не имеет таких повреждений после дождя? Как избежать образования таких пятен при мойке автомобиля летом, когда температура воздуха особенно сильно влияет на пересыхание капель?
Все дело в том, что машина стоящая рядом после дождя и не получившая таких повреждений, не имеет гидрофобного эффекта и её поверхность гидрофильная. Она максимально смоченная и по этому нагрев поверхности происходит постепенно. Мокрая пыль мешает прохождению солнечных лучей и не даёт сильно нагревать поверхность, как это происходит при гидрофобном эффекте. После такого высыхания на лакокрасочном покрытии остаются грязные разводы, которые легко удаляются при мойке автомобиля.
В своей практике я много наблюдаю подобных проблем с «керамическими» защитами, с защитой 1K NANO LACK, жидкими стеклами. Это реальная проблема лета и солнца.
И когда меня спрашивают, что рекомендовать для тех, кто моет машину на даче, или тому, кто уже получил такой ужасный опыт и смог удалить пятна только отполировав кузов, я могу предложить два способа решения этой проблемы.
Первый способ — это использовать гидрофильные составы после мойки автомобиля. Помыли — нанесите такой состав на влажную поверхность, а потом обмойте водой. В этом случае, водяная плёнка не рвётся, а сходит шторой, не оставляя мелких капель. И очень ровные поверхности остаются долго смоченными водяной плёнкой, что позволяет вам спустя время, когда вы подойдете к этому месту, протереть его насухо и не оставив следов.
Второй способ — это после мойки обильно промывать поверхность водой, очищенной обратноосмотическим фильтром. Это очень затратный способ, и если пойдет дождик, что все ваши усилия окажутся напрасными. Но до первого дождя это сработает.

Главное не забывать, что после того, как вы помыли автомобиль, его лакокрасочное покрытие надо защитить. И надо помнить, что гидрофобный эффект — это не показатель защиты лакокрасочного покрытия, а всего лишь показатель присутствия на поверхности «Эффекта лотоса» — механизма самоочищения поверхности, который работает при определенных условиях (то есть не во всех возможных условиях эксплуатации автомобиля).

Полный размер

Если вы выбираете первый способ решения проблемы, то у компании Кох-Химия появился подходящий гидрофильный состав. Речь идёт о продукте NANOCRYSTAL POLISH без приставки «hydrophob». Этот состав обеспечивает равномерный сход водяной шторы и максимально снижает риск образования белых пятен.
NANOCRYSTAL POLISH – арт. 241010

Гидрофобный эффект

Полный размер

Гидрофильный эффект

Видео: эксперименты с гидрофобным песком

Этот материал сегодня — еще новинка, но уже достаточно популярная во всем мире. Применять его можно во многих отраслях. Он удивителен тем, что вообще не впитывает влагу. Природных веществ, способных на такое, крайне мало. Каждая песчинка обработана специально созданным веществом. Но это не вечное свойство песка, через какое-то время свойства вещества прекратят свое действие, и песок станет, как обычный, впитывать в себя воду. Но для этого должно пройти примерно 30 лет.

А вот что именно специалисты добавляют в песок, никто не рассказывает. Пока что это большой секрет. В будущем ученые планируют спасти запасы воды именно благодаря действию такого песка. Эта идея живо обсуждается в мире и даже уже есть производство, которое готово производить 3 000 т такого песка ежедневно.

Несмотря на то, что секрет состава нам неизвестен, можно попробовать сделать такой материал самостоятельно. Такой эксперимент очень понравится детям. Для этого нужен, собственно, чистый кварцевый песок, который предварительно сушится в духовом шкафу. Затем его нужно промыть еще раз и снова высушить. Теперь понадобится само вещество, которое и сделает песок гидрофобным. Это будет специальное водоотталкивающее средство для тканей. Купить его можно в магазине. Песок тщательно обрабатывается им, важно, чтобы все песчинки подверглись обработке, так они все станут водоотталкивающими. Такого волшебного песка должно хватить на несколько экспериментов или фокусов, потом он уже станет обычным.

Когда песок готов, можно начать экспериментировать. Для разнообразия и большего эффекта его еще можно предварительно покрасить. Для опыта нужна еще чашка Петри, ложка, несколько стаканчиков, один высокий стакан, пипетка и глубокая миска.

Песок насыпаем в чашку, он должен покрыть всю поверхность. Из стакана с водой набираем жидкость в пипетку и выдавливаем в чашу, должна получиться большая капля. И если наклонять чашку Петри в разные стороны, можно управлять каплей, вернее, направлением ее движения. А если добавить к ней еще несколько капелек, на поверхности возникнут разные необычные узоры.

Берем небольшой стакан с водой и сверху высыпаем песок, но немного, чтобы образовалась пленка. Аккуратно погружаем в емкость палец. Можно наблюдать, как мелкие песчинки обхватывают палец со всех сторон и буквально прилипают к нему. При этом палец, благодаря песку, остается сухим.

Берем высокий стакан с водой, насыпаем песок в него. Можно заметить, что если сыпать песок в воду быстро, он тонет и превращается в необычные фигурки. Сливаем всю воду аккуратно и видим, что эти фигурки совершенно сухие!

В миску с водой насыпаем сразу разные цвета песка, на ее дне начинают образовываться разноцветные замысловатые скульптуры. Ложкой перемешиваем весь песок и получается 1 скульптура, разноцветная и очень оригинальная. Проводя такие эксперименты, дети будут в восторге, и  у каждого получится своя фигурка, которую он сделал собственными руками.


Смотрите также