Effects of the water quantity on the solventless TEOS hydrolysis under ultrasound stimulation

The acid hydrolysis under ultrasound stimulation of solventless tetraethoxysilane(TEOS)-water mixtures was studied at 40 degrees C, by means of a heat flux calorimetric method, as a function of the initial water/TEOS molar ratio (r) ranging from 2 to 10. The method is based on the time record of the exothermic heat peak of hydrolysis, arising after an induction time under ultrasound stimulation, which is a measure of the reaction rate. The hydrolysed quantity was found to be approximately independent of the water/TEOS molar ratio, even for r < 4. Polycondensation reaction takes place mainly for low water/TEOS molar ratio in order to supply water to allow almost complete hydrolysis. The overall process of dissolution and hydrolysis has reasonably been described by a previous modelling. The dissolution process of water in TEOS, under ultrasound stimulation and acid conditions, was found to be rather dependent of the alcohol produced in the hydrolysis reaction instead of the initial water quantity present in the mixture.

A dissolution and reaction modeling for hydrolysis of TEOS in heterogeneous TEOS-water-HCl mixtures under ultrasound stimulation

A simplified dissolution and reaction modeling was employed to study the hydrolysis of heterogeneous tetraethoxysilane (TEOS)-water-HCl mixtures under ultrasound stimulation. The nominal pH was changed from 0.8 to 2.0. The acid specific hydrolysis rate constant was determined as k = 6.1 mol(-1) 1 min(-1) [H+](-1) at 39 degreesC, in good agreement with the literature. Along the heterogeneous step of the reaction, the ultrasound maintains an additional quantity of water under a virtual state of dissolution besides the water dissolved due to the homogenizing effect of the alcohol produced in the reaction. The forced virtually dissolved water is probably represented by water at the TEOS-water interface during the heterogeneous step of the reaction. The mean radius of the heterogeneity represented by water dispersed in TEOS phase, while hydrolysis has not started yet, was evaluated as about 290 A. The HCl concentration accordingly increases the hydrolysis rate constant but its fundamental role on the immiscibility gap of the TEOS-water-ethanol system has not been unequivocally established. (C) 2002 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

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