Модификация синтетических латексов наночастицами серебра тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат химических наук Санатин, Евгений Владимирович

• Санатин, Евгений Владимирович
• кандидат химических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат химических наук Санатин, Евгений Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. МЕТОДЫ СИНТЕЗА КОЛЛОИДНЫХ МЕТАЛЛОВ

1.1.1. СИНТЕЗ КОЛЛЛОИДНЫХ МЕТАЛЛОВ РАЗЛИЧНЫМИ

МЕТОДАМИ

1.2. СВОЙСТВА ЛАТЕКСОВ, КАК ПЕРСПЕКТИВНЫХ СРЕД ДЛЯ СИНТЕЗА МЕТАЛЛОВ

1.2.1. ЭМУЛЬГАТОРЫ И ИХ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ В ПЛЕНКАХ

1.2.2. КОМПОНЕНТЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ рН СРЕДЫ

1.2.3. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ЛАТЕКСОВ

1.2.4. ВЛИЯНИЕ СТРОЕНИЯ И СОСТАВА ПОЛМЕРА НА СВОЙСТВА ПЛЕНОК

1.2.5. МОДИФИКАЦИЯ ЛАТЕКСОВ

1.3. ПЕРСПЕКТИВА СИНТЕЗА КОЛЛОИДНЫХ МЕТАЛЛОВ В ЛАТЕКС АХ

1.4. ВЫБОР ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1. СВОЙСТВА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.2. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.3. МОДИФИКАЦИЯ ДИСПЕРСИЙ ЛАТЕКСОВ НИТРАТОМ СЕРЕБРА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЛАТЕКСОВ

3.4. МЕТОД СИНТЕЗА КОЛЛОИДОВ СЕРЕБРА В ПЛЕНКАХ ЛАТЕКСОВ

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. УСТОЙЧИВОСТЬ ЛАТЕКСОВ К ДЕЙСТВИЮ РАСТВОРОВ AgN

4.2. СИНТЕЗ СЕРЕБРА В СРЕДЕ ЛАТЕКСА И РОЛЬ ПАВ В ЭТОМ ПРОЦЕССЕ

4.3. ВЛИЯНИЕ СЕРЕБРА В КАЧЕСТВЕ НАПОЛНИТЕЛЯ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ТЕРМИЧЕСКУЮ СТАБИЛЬНОСТЬ ЛАТЕКСНЫХ ПЛЕНОК

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модификация синтетических латексов наночастицами серебра»

В последние годы в химии и технологии полимерных материалов одним из приоритетнейших направлений является создание нанокомпозитов. Традиционные способы наполнения полимерных связующих микрочастицами являются неэффективными, вызывая недопустимое увеличение вязкости смесей при высоких концентрациях и не обеспечивая равномерного распределения при небольшом содержании в материале. Одновременно с выявлением эффектов существенного влияния незначительных концентраций наночастиц на такие свойства как прочность, поверхностное натяжение, термостойкость, возникают новые технологии совмещения полимеров с наполнителями, при этом преобладают тенденции равномерного распределения сверхмалых количеств наночастиц (менее 100 нм) в объеме высокомолекулярной матрицы. Применение для этой цели дисперсионной среды является перспективным технологическим приемом.Известны положительные примеры применения растворов фуллеренов и углеродных нанокомпозитов в толуоле для совмещения с кремнийорганическими олигомерами и полиуретанами, а также использование суспензий наноалмазов в органических средах.В связи особые значения приобретают синтеза частиц наполнителей со сверх малыми размерами непосредственно в полимерной матрице - insitu. Выбор механизма и условий реакций жестко связан с желательным набором свойств будущего композиционного материала. Как показано в следующей главе настоящей работы, интересы многих современных исследователей лежат в области создания полимеров, наполненных частицами серебра, при этом преследуются различные це.пи: получение антисептических препаратов, то ко про водящих и светоотражающих пленок, фотоматериалов. Детально исследованы фотохимические превращения водных растворов солей серебра, известны реакции в растворах полимеров. В целом известны принципиальные решения задачи распределения коллоидных частиц в по;гимерных матрицах, в основном водорастворимых полимеров. В то же время известные приемы не являются универсальными по отношению к высокомолекулярным соединениям различной химической природы.Путь создания общей технологии наполненных наночастицами серебра полимерных композитов лежит в области исследования реакций восстановления серебра из солей в среде латексов: водная среда позволяет в значительной мере реализовать известные процессы, а микрочастицы полимера могут иметь любую химическую природу и обеспечивать, после коагуляции большое разнообразие свойств композиционных материалов.Настоящая работа посвящена изучению процессов синтеза тонкодисперсного серебра в латексах синтетических каучуков и исследованию свойств модифицированных латексов и пленок полимеров. \ 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Санатин, Евгений Владимирович

выводы

1. Методом фотохимического восстановления в сочетании с кинетическим анализом и физико-механическими исследованиями изучены системы латекс синтетического каучука - AgN03

2. Впервые получены частицы серебра коллоидного размера диаметром 30-40 нм в пленках бутадиен - акрилатного латекса марки «Primal 1950», сополимера на основе акрилового эфира и стирола - «Лентекс Б-160», бутилакрил-нитрильного латекса марки «Лентекс БН-2». Инициатором восстановления серебра является анионактивный эмульгатор, в частности алкилсульфонаты и алкилсульфагы. А

3. Показано, что введение дополнительного неионогенного поверхностно-активного вещества в дисперсию латекса позволяет получить наночастицы серебра с концентрацией до 10 %. При увеличении концентрации размер частиц возрастает.

4. Предложен механизм образования наночастиц серебра в пленках латексов, основной стадией которого является фотохимическое восстановление серебра.

5. Увеличение концентрации азотнокислого серебра в пленках латексов приводит к росту прочности более чем в два раза, а также к закономерному росту адгезии к полиметилметакрилату, алюминию и целлофану. Зависимость адгезии от концентрации AgN03 описывается уравнениями 1-го порядка, и находятся в рамках химической теории.

6. Коллоидно-химические и физико-механические характеристики дисперсий и пленок латексов, модифицированных азотнокислым серебром сохраняются стабильными в течение двух месяцев. Серебро в пленках играет роль стабилизатора термо и фотоокисления

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Санатин, Евгений Владимирович, 2003 год

1. Muller Н., Opitz С., Squall L. The higly dispersed metal state physical and chemical properties // J. Mold. Catal. -1989. V.54. N 2. P.389-405.

2. Натансон Э.М., Ульберг З.Р. Коллоидные металлы и металлополимеры. Киев: Наукова думка, 1971.-348 с.

3. Thomas J.M. Colloidal metals: past, present and future // Pure Appl. Chem.-1983 V.92.N 10. P1517-1528

4. Schmid G. Large clusters and colloid metals in the embryonic state // Chem. Rev.-1992. V.92. N 8.P.1709-1727

5. Морохов И.Д., Трусов Л.И. Физические явления в ультрадисперсных средах. -М.: Энегроатомиздат, 1984.-224с.

6. Петров Ю.И. Кластеры и малые частицы. М.: Наука, 1986.-367 с.

7. Schmidt-Ott A. New approaches to in city characterization of ultrafine agglomerates // J. Aerosol Sci. -1988. V.19. N 5. P553-563

8. Бадаев Ф.З. Криохимическое получение и свойства ультрадисперсных частиц серебра в органических средах./ Вестник МГУ. сер. 2-1995 Т.36 N 4. С. 390-391

9. Сергеев Б.М., Громченко И.А., Сергеев Г.Б. Получение ультрадисперсных металлсодержащих систем на основе серебра и органических низко- и высокомолекулярных соединений/ Вестник МГУ сер. 2 -1994 Т.35 N 4. С. 331 -334

10. Satoh N., Kimura K., Bandow S. Dispersibility of fine metal particles in organic solvents// J. Colloid Interface Sci. 1989. V.131. N 1. P.161-165

11. Руководство по неорганическому синтезу / Под ред. Г. Брауэра. М.: Мир, 1985. Т.4. С.1061,1086

12. Химическое осаждение металлов из водных растворов / Под ред. ВВ. Свиридова,-Минск: Университетское, 1987.-270с.

13. Гигантское комбинационное рассеяние / Под ред. Р. Фуртана. М.: Мир, 1984 - с. 142-190

14. Рогач A.JL, Хвалюк В.Н.,. Турин B.C. Образование высокодисперсного серебра при восстановлении ионов Ag+ в водных растворах / Колл. жур., 1994. Т. 56.N 2 С. 276-278

15. Nagy J.B., Gourgue A., Derouane Е. Preparation of monodispersed nickel boride catalysts using reversed micellar systems // Proc. 3 rd International Symposium. Amsterdam, 1983. P. 193-200

16. Bavli R., Yogen D., Efrima S/ Second harmonic generation studies of silver metal liquidlike films // J. Phys. Chem. -1991. V.95. N 19. P.7422-7426.

17. Химия высоких энергий / под ред. А.С. Полак. М.: Химия, 1988.-368с.

18. Ершов Б.Г. Коллоидная медь в водном растворе: радиационно-химическое восстановление, механизм образования и свойства // Изв. РАН сер. хим. -1994. N 1.С. 25-29

19. Henglein A., Giersig М. Radiolytic formation of colloidal tin and tin-gold particles in aqueous solution // J. Phys. Chem. -1994. V.98. N 28. P.6931-6935.

20. Ershov B.G., Henglein A. Optical spectrum and some chemical properties of colloidal thallium in aqueous solution // J. Phys. Chem. -1993. V.98. N 13. P.3436-3446

21. Ershov B.G., Suknov N.L.,Pulse Radiolysis study of the process of the colloidal metak formation in aqueous solution //J. Phys. Chem. -1990. V.36. N 2. P.93-97

22. Ершов Б.Г. Троицкий Д.А., Сухов Н.А. Исследование методом импульсного радиолиза нуклеации серебра в водных растворах // Химия высоких энергий. -1991. Т. 25. N3. С. 213-217.

23. Henglein A.,Janata Е., Fojtik A. Reduction of Pb2+ in aqueous solution: early steps and colloid formetion and the atom -^metal transition // J. Phys. Chem. -1992. V.96. N 12. P.4734-4736

24. Ershov B.G., Suknov N.L., Troitskii D. L. Some aspects of the formation of the dispersed phase in aqueous solution // Raliat Phys. Chem. -1992. V.39. N 1. P. 127-131

25. Ershov B.G., Janata E., Henglein A. Growth of silver particles in aqueous solution: Long-lived "magic" clusters and ionic strength effects // J. Phys. Chem. -1993. V.97. N 2. P.339-343.

26. Ершов Б.Г., Троицкий Д.А., Сухов H.A. Влияние аниона на нуклеацию серебра в водных растворах. Исследование метода импульсного радиолиза. // Химия высоких энергий. 1992. Т. 26. N 2. С. 114-117

27. Троицкий Д.А., Сухов Н.А., Ершов Б.Г., Гордеев А.В. Коагуляция золей серебра в водных растворах: Ускоряющийся эффект ионной силы и сульфат-ионов, перезарядка золей // Химия высоких энергий. 1994. Т. 28. N 3. С. 218-220

28. Sato T. Kuroda S., Takam A., Hada H. Photochemical formation of silver-gold composite colloids in solution containing sodium alginat // Appl. Organometal. Chem. 1991. V.5.N4. P.261-268.

29. Yonezawa J., Sato T. Kuroda S., Kuge K. Photochemical formation of colloidal silver: peptizing action of aceton ketyl radical // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1991. V.87. N 12. P. 1905-1910.

30. Логинов A.B., Горбунова В.В., Бойцова Т.Б. Методы получения металлических коллоидов // Журнал общей химии. 1997. - Т.67. - Вып.2. - С. 189-201.

31. Бойцова Т.Б., Горбунова В.В., Логинов А.В. Дисперсии коллоидов меди, серебра и золота в твердых пористых и полимерных матрицах.// Журнал общей химии. -1999. Т.69. - Вып. 12. - С. 1937-1943.

32. Борен К., ХафменД. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир,-1986. -с. 664.

33. Бойцова Т.Б., Логинов А.В., Горбунова В.В. Фотохимическое получение пленок коллоидной меди // Журнал прикладной химии. 1997. - Т.70. - № 10. - С. 16011607.

34. Бойцова Т.Б., Логинова А.В., Горбунова В.В.// ЖОХ. 1997. - Т.67. - Вып. 10. -С. 1741-1742.

35. Свиридов В.В. Химическое осаждение металлов из водных растворов // Минск. -Университетское. 1987. - С.270.

36. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М., Госхимиздат, 1963. 528 с.

37. Коллоидная химия синтетических латексов. Нейман Р.Э., Киселева О.Г., Егоров А.К., Васильева Т.М. учебное пособие. — Воронеж: Изд-во ВГУ, 1984. — 196 с.

38. Елисеева В.И. Полимерные дисперсии. -М.: Химия, 1980.-296 с.

39. Лазарев С.Я., Рейхсфельд В.О., Еркова Л.Н. Лабораторный практикум по синтетическим каучукам: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., перераб. -Л.: Химия, 1986. -224 е., ил.

40. Еркова Л.Н., Чечик О.С. Латексы,- Л.: Химия, 1983.-224с., ил.

41. Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества. Свойства и применение. 2-изд., перераб. и доп. Л: Химия. 1981. - 304.с.

42. Поверхностно-активные вещества / Под ред. А.А. Абрамзона и Г.М. Гаевого. Л.: Химия, 1979.-376.С.

43. Сандомирский Д.М. К вопросу о взаимодействии латексов с электролитами Коллоидный журнал. 1962. - с. 320-322.

44. Saunders F.L., Sanders J.W. The effect of methylcillose on the electrolyte stability of dilute synthetic latex // J. Coll. Sci. 1956. — v.ll. — p. 260-265.

45. Blackly D. C„ High Polymer Latices. London N.Y., 1980. p.856.

46. Воюцкий C.C., Панич P.M. Диффузионная теория адгезии сополимеров друг к другу// Коллоидный журнал. 1957. - Т.19. - С. 268-273.

47. Нейман Р.Э., Ляшенко О.А. К вопросу о методе оценки устойчивости латексов к коагуляции электролитами// Коллоидный журнал 1962. - Т.24. - С. 494-496

48. Лебедев А. В. Коллоидная химия синтетических латексов. Л., «Химия», 1976. 100 с.

49. Сандомирский Д.М., Догадкин Б.А. Проблемы синтеза и переработки латексов. Тезисы докладов и сообщений III всесоюзной латексной конференции. М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ. 1968. - с.32.

50. Лебедев А.В., Фермор Н.А., Минц С.М. «Каучук и резина». 1963. - №11. - С. 14-19.

51. Лебедев А.В., Фермор Н.А., Минц С.М V Всесоюзная конференция по коллоидной химии. Тезисы докладов. М. Изд. АН СССР, 1962, с. 229.

52. Левечева Н.Ф., Печерская И.А., Сиротинкин H.B., Санатин Е.В. Перспективы модификаций дисперсий эластомеров тиодигликолем продуктом конверсии ЭОВ. - Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Бийск, 1998 .

53. Сиротинкин Н.В., Васильева Н.А., Левечева Н.Ф., Ершова А.Н., Санатин Е.В. Исследование акрилатных латексов в качестве связующих композиционных материалов медицинского назначения. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Бийск, 1998.

54. Рогач А.Л., Хвалюк В.Н., Турин B.C. Образование высокодисперсного серебра при восстановлении ионов Ag+ в водных растворах // Колл. ж. 1994. Т. 56 № 2. С. 276-278.

55. Богданчикова Н.Е., Третьякова В.В., Зайковский В.И. // Кинетика и катализ. 1989. Т. 30. Вып. 6. С. 1468-1473

56. Поверхностно-активные вещества: Справочник/ под ред. А.А. Абрамзона и Г.М. Гаевого. Л.: Химия, 1979. - 376 е., ил.

57. Рабинович В.А., Халявин З.Я. Краткий химический справочник. Л.: Химия, 1.977.373 с.

58. Теория вероятностей и математическая статистика. Колемаев В.А., Староверов О.В., Турундаевский В.Б. -М.: Высш.шк., 1991. -400 е.: ил.

59. ГОСТ 28655-90 Латексы каучуковые. Определение рН М: Издательство стандартов. 1990. - 4 с.

60. ГОСТ 10564-75. Латекс синтетический СКС 65ГП. Технические условия. - М: ИГЖ Издательство стандартов, 1999. - 8 с.

61. ГОСТ 202.16-74. Латексы. Методы определения поверхностного натяжения. М. Издательство стандартов, 1974. - 6 с.

62. Лазарев С.Я., Рейхсфельд В.О., Еркова Л.Н. Лабораторный практикум по синтетическим каучукам: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., перераб. -Л.: Химия, 1986. -224 е., ил.

63. Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2УХЛ4.2. Руководство по эксплуатации.

64. Лазарев С.Я., Еркова Л.Н., Коновалова И.Н. Определение размера латексных частиц. Методические указания к лабораторным и исследовательским работам. Л.: Химия 1986. 32 с.

65. ГОСТ 1281-79. Латексы. Получение латексных пленок М.: Издательство стандартов. 1979. - 3 с.

66. Введение в фотохимию органических соединений. // Под. ред. Г.О. Беккера Л. Химия, 1976-е 145 - 147.

67. ГОСТ 270-75. Латексы. Испытания на разрывную прочность. М.: Издательство стандартов. 1975. - 6 с.

68. Физическая химия: учебное пособие для хим.-тех. спец. вузов/ Под ред. К С. Краснова. -М.: Высш. школа, 1982.-687 с.

69. Loeb, Р.Н. Wiersema, J. Th. G. Overbeek, The electrical Double Layer around a Spherical Colloid Particle, Mass. Inst. Techn. Press, 1960.76.3онтаг Г., Штренге К. Коагуляция и устойчивость дисперсных систем. Л., Химия, 1973.151 с.

70. Нейман Р.Э., Тарановская С.И. Латексы и поверхностно-активные вещества. Воронеж, 1970., вып. 1., с. 7 9.

71. Дерягин Б., Ландау Л. Теория устойчивости сильно заряженных лиофобных золей и слипания сильно заряженных частиц в растворах электролитов. Журнал экспериментальной и теоретической физики, 1945. т. 15, вып. 11., с. 663 - 682.

72. Панич P.M., Кирейцев В.В., Сандомирский Д.М., Воюцкий С.С. Исследования свойств латексов, полученных с применением неионных стабилизаторов. -Коллоидн. Журн., 1974., т. 36, № 4, с. 694 -698.

73. Нейман Р.Э., Тарановская С.И.,. Исследование устойчивости и коагуляции синтетических латексов: Латекс стабилизованный неионогенным эмульгатором.- Коллоидн. Журн., 1969, т. 73, вып.1, с. 7 9.

74. Henglein A. Chemistry of colloidal silver : reactions of lead atoms and small lead aggregates with Agn // J. Phys. Chem. 1993. Vol. 97. № 21 P. 5457 5471.

75. Бойцова Т.Б. Фотохимическое получение и свойства металлических коллоидов. Автореферат дис. канд. хим. наук. СПб, 1997, 20 с.

76. Guillet G.E., Photochemistry of macromolecules, N. Y., 1974.

77. Багдасарьян X.C., Теория радикальной полимеризации, 2 изд., М., 1966.

78. Ran.by В., Rabek J.F., Photodegradation, photo-oxidation and photostabilization of polymers, London, a.o., 1975.

79. Фойтт И., Стабилизация синтетических полимеров против действия света и тепла, пер. с нем., Л., 1972.

80. Martin F. J. A model for the candle-like buring of polymers // Combusion and Flame.- 1968 -V. 12 №2 P. 125-135.

81. Догадкин Б.А., Тарасова З.Н. Превращение серных связей в вулканизатах при термическом воздействии Коллоид. Ж., 1953, т. 15, № 5, с 347 - 352.

82. Санатин Е.В., Левечева Н.В., Савина Ю.А., Бойцова Т.Б., Волкова Е.И., Горбунова В.В. Модификация синтетических латексов коллоидным серебром / Журнал прикладной химии. 2003. Т.76. Вып.2. с.313 316