CC BY
74
УДК 66.022.1
А.А. Губанов*, Ю.В. Коршак, Т.А. Ваграмян, Плющий И.В.
Российский химико-технологический университет им Д.И. Менделеева Москва Россия
125047, г. Москва, Миусская пл. д.9,
*agubanov@hotbox.ru
ЭЛЕКТРОПОЛИМЕРИЗАЦИЯ АНИЛИНА И ПИРРОЛА НА ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА
В работе исследовалась электрополимеризация мономеров таких как анилин, пиррол и их производных в водных электролитах при различных условиях. Установлено влияние внешнего потенциала, состава электролита, природы противоиона на характер процесса и морфологию полимерных слоев на поверхности углеродного волокна.
Исходя из технологических задач очень часто приходиться менять свойства поверхностей, например, с целью уменьшения коррозии или адгезии к определенным материалам. В области композиционных материалов адгезия между матрицей и наполнителем является одним из ключевых параметров определяющих ряд важных механических параметров таких как: прочность и упругость. В материалах, где упрочняющим элементом является углеродное волокно такую задачу, решают несколькими методами:
• Нанесение на поверхность подслоя аппрета;
• Травление поверхности анодной обработкой;
• Функционализация поверхности -прививка активных групп (например -СООН). [1]
В нашей работе в качестве мы использовали полимеры анилина и пиррола, электрохимически привитые на поверхность углеродного волокна из электролита. Такой способ позволяет избежать двух негативных последствий классического травления:
• Большая часть тока тратиться не на разрушение поверхности, а на создание полимера;
• Электрополимеризация ряда полимеров протекает в более мягком режиме для анода, что также позволяет сохранить внутреннею структуру исходного волокна.
В качестве исходных мономеров нами был исследован ряд азотсодержащих циклических мономеров (анилин, пиррол и их производные) с акцентом на анилин и пиррол. Из литературных данных известно, что эти соединения подвергаются окислительной полимеризации на аноде при протекании постоянного тока в подходящих электролитах [3]. Однако работы по полимеризации таких соединений на углеродных волокнах, применяемых в качестве анода, практически отсутствуют.
Нами была поставлена задача исследовать зависимость свойств полианилина и полипиррола от состава электролита, различных добавок и режимов электрополимеризации.
В работе использовались волокна Марки УНК 2500. Внешний вид исходного углеродного волокна представлен на рис.1.
Рис.1 СЭМ поверхности исходного необработанного волокна Марки УНК 2500.
Диаметр исследованного филамента составляет ~6 мкм, причем его поверхность имеет неразвитую структуру и некоторые неоднородности, как следствие наличия продуктов коксования а также естественных включений из воздуха.
Исходя из предыдущих наших работ [2] мы использовали в качестве электролита водный раствор солянокислого анилина или пиррола. Снимки СЭМ поверхности углеродного волокна после электрохимической обработки в водной среде анилина представлена на рис.2.
Можно видеть, что после электрохимической полимеризации анилина поверхность волокна становится более гладкой, за счет внедрения в неровности адсорбированного полимера. Кроме того, на поверхности образуются заметные локальные области полианилина.
Неожиданный синергетический эффект наблюдается при введении в указанную систему моноэтаноламина (рис. 3).
Очевидно значительное ускорение
полимеризации анилина на анодном углеродном волокне, что приводит к покрытию поверхности волокна толстыми слоями полианилина и образованию поперечных тяжей между близкорасположенными филаментами.
В качестве другого гетероциклического мономера способного к окислительной электрохимической полимеризации мы использовали пиррол, который умеренно растворим в воде (1,2 г/л при 250С).
Рис.2. СЭМ поверхности единичного филамента d=6мкм углеродного волокна после обработки в электролите, содержащем солянокислый анилин.
поверхности
Рис.3. СЭМ углеродного волокна,
после обработки в электролите, содержащем солянокислый анилин и моноэтаноламин.
Рис.4. СЭМ поверхности углеродного волокна, после обработки в электролите, содержащем пиррол. Толщина волокна d= 6,2 мкм.
Полимеризационное осаждение на углеродном волокне проводили в условиях аналогичных полимеризации анилин. Микрофотографии волокна, подвергнутые указанной обработке, представлены на рис. 4 и 5.
Данный электролит позволяет осаждать равномерные пленки полипиррола на поверхности углеродного волокна, в отличие от фрагментарного характера осаждения полианилина.
В результате проведенных исследований, была показана принципиальная возможность создания полимерных пленок анилина и пиррола на поверхности углеродного волокна, что должно
положительно влиять на адгезионные свойства поверхности к различным связующим.
Рис.5. СЭМ поверхности углеродного волокна, после обработки в электролите, содержащем пиррол. Толщина волокна d= 6,4 мкм
Губанов Александр Алексеевич
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Москва, Россия Коршак Юрий Васильевич
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Москва, Россия Ваграмян Тигран Ашотович
ГБУ ВПО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Москва, Россия 125047, г. Москва, Миусская пл. д.9,, Тел. 89031997236
Библиографические ссылки
1. Варшавский В.Я. Углеродные волокна, изд. 2-е.- М.: Варшавский, 2007.- 500с
2. Страхов И. С., Губанов А. А., Устинова М. С., Кривцов Д. И., Варшавский В. Я., Ваграмян Т. А., Плющий И. В., Коршак Ю. В. «Электрохимическая модификация поверхностных свойств углеродного волокна на основе полиакрилонитрила» МГТУ им. Баумана Наука и образование 09, сентябрь 2013, DOI: 10.7463/0913.0620998
3. Углеродные волокна и углекомпозиты: Пер. с англ./Под ред. Э Фитцер. - М.: Мир, 1988. С.369
Gubanov Alexander Alekseevich, Korshak Yuri Vasilevich, Vagramyan Tigran Ashotovich agubanov@hotbox.ru, yukorhask@yandex, vagramyan@muctr.ru
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
ANILINE AND IMIDOL ELECTROPOLYMERIZATION ON THE CARBON FIBER SURFACE
Abstract
In this paper electropolymerisation of monomers such as aniline, pyrrole and its derivatives in aqueous electrolytes under various conditions was investigated. It was established the influence of the external potential, the electrolyte composition, the nature of the counterion on the nature of the process and on the morphology of the polymer layers on the surface of carbon fiber.
Key words: Aniline, pyrolle, oxidation polymerization, electropolymerization
