CC BY
32
УДК 543.422.3-74; 544.23.022
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА МОДИФИКАЦИИ ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТА МЕДЬ/УГЛЕРОДНЫМ НАНОКОМПОЗИТОМ С ПОМОЩЬЮ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ И КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
^ПОЛЁТОВ Я.А., 1,2ВАСИЛЬЧЕНКО Ю.М., 1,2,3КОДОЛОВ В.И.
1Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7
2
Научно-исследовательский центр ОАО «ИЭМЗ «Купол», 426000, г. Ижевск, ул. Песочная, 3 3Научно-образовательный центр химической физики и мезоскопии УдНЦ УрО РАН, 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7
АННОТАЦИЯ. Исследовалось влияние сверхмалых количеств медь/углеродного нанокомпозита (Си/С НК) на структуру полиметилметакрилата (ПММА) с помощью ИК-спектроскопии и квантово-химического моделирования. Вычислительный эксперимент показал возможность ориентации ацетатных и карбонильных групп молекул ПММА в направлении частицы Си/С НК, а также возрастание дипольного момента последней при увеличении количества звеньев полимера. Полученные данные ИК-спектроскопии демонстрируют увеличение влияния нанодобавки на макромолекулы ПММА при уменьшении её количества до 10-3 % от массы полимера. Отмечено появление новых пиков, соответствующих двойным связям С=С, которые являются следствием рекомбинации.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: полиметилметакрилат, медь/углеродный нанокомпозит, дипольный момент, инфракрасная спектроскопия, квантово-химическое моделирование.
ВВЕДЕНИЕ
Уникальный набор физико-химических свойств позволяет использовать полиметилметакрилат (ПММА) в самых разных областях [1 — 5]. К настоящему времени накоплен значительный опыт модификации ПММА различными углеродными, неорганическими и металлсодержащими наноструктурами [6 — 11].
Перспективным направлением в модифицировании ПММА является использование наночастиц металл/углеродного композита (Ме/С НК). Выполненное в настоящей работе исследование затрагивает свойства медь/углеродных нанокомпозитов (Си/С НК) и их влияние на надмолекулярную структуру ПММА. Изучение свойств Си/С НК напрямую связано с эффектом существенного возрастания его влияния на среду при уменьшении количества нанодобавки менее 0,01 % от массы модифицируемого материала («эффект сверхмалых концентраций»). Результатом модификации является достижение значительных конформационных изменений макромолекул полимеров и олигомеров с помощью минимальных количеств вводимых наноструктур [12, 13].
В рамках данной статьи рассматривается предположение, позволяющее дать объяснение влиянию сверхмалых количеств Си/С НК на ПММА. Предположение основано на проведении аналогии между частицами Си/С НК и открытым колебательным контуром, излучающим электромагнитные волны.
Объяснение эффекта сверхмалых концентраций имеет важное теоретическое значение как в контексте решения задачи направленного изменения свойств полимерных материалов на наноуровне, так и повышения качества и эффективности самих Ме/С НК. С практической точки зрения ПММА, модифицированный Си/С НК, может найти применение в оптике в защитных и/или ИК-/УФ-фильтрующих монослоях, в составе многослойных покрытий, полувзаимопроникающих сетках (полу-ВПС), клеевых составах, экранирующих электромагнитное излучения плёнках и панелях [14 — 19].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Бесцветные прозрачные гранулы ПММА марки ТОСН (ГОСТ 17622-72) промывались в 2-пропаноле («осч»), затем выдерживались в вакуумном сушильном шкафу при температуре 50 °С в течение 1 ч и разряжении - 1 атм до момента достижения постоянной массы. Далее гранулы растворялись в дихлорметане (ДХМ). Для обеспечения равномерного распределения ПММА раствор выдерживался при температуре 30 °С и перемешивался в течение суток.
На основании квантово-химического моделирования в качестве добавки-модификатора были выбраны Си/С НК (производства ОАО «ИЭМЗ «Купол»), изготовленные оригинальным способом в нанореакторах поливинилового спирта [20]. Используемый наномодификатор представляет собой порошок наночастиц полностью либо частично восстановленной меди. Частицы меди покрыты углеродными оболочками в виде ассоциированных с металлом нановолокон [21 — 23].
Нанокомпозит вводился в раствор ПММА в ДХМ и распределялся в массе с помощью ультразвукового диспергатора ИЛ-10 на установке ИЛ-100-6/2 с частотой 22 кГц в течение 20 мин. В процессе диспергирования ёмкость с раствором выдерживалась в специальной ванне с циркулируемой охлаждающей жидкостью при температуре 10 °С. Далее, тонкодисперсная суспензия разбавлялась раствором ПММА без добавок до концентраций 10-1 %, 10-2 %, 10-3 % Си/С НК от массы полимера, перемешивалась и дополнительно диспергировалась в течение 5 мин.
Из приготовленных суспензий затем отливались образцы, представляющие собой прозрачные тонкие плёнки. Образцы получали способом центробежного распределения на вращающейся подложке. Суспензии наносились на крутящийся диск несколькими порциями, каждая из которых образовала плёнку толщиной приблизительно 2 мкм. Послойное изготовление плёнок позволило добиться более эффективного удаления растворителя и более равномерного распределения суспензии на подложке. Толщина плёнок измерялась микрометром с ценой деления 0,01 мм и составила 10 мкм.
Образцы ПММА исследовались методом ИК-спектроскопии на ИК Фурье-спектрометре ФСМ 1201 (производства «Инфраспек»). Плёнки помещали в держатель и снимали в диапазоне волновых чисел 4500^500 см-1 относительно воздуха в режиме пропускания.
Квантово-химическое моделирование осуществлялось полуэмпирическим методом ZINDO/1 с помощью программы Нурег^ет [24, 25]. Фрагменты, которые отражают основные структурные характеристики используемых соединений, рассчитывались сначала по отдельности по установленным процедурам. В дальнейшем фрагменты компонентов объединялись и оптимизировались совместно. В процессе квантово-химического расчёта, по мере добавления фрагментов, вычислялись промежуточные параметры молекулярной системы: распределение зарядов, общий дипольный момент и расстояние от центра масс кластера меди до центра масс графеновой плоскости.
В квантово-механическом представлении дипольного момента заряд является непрерывным распределением, которое, в свою очередь, является функцией положения г точечного заряда. Дипольный момент есть среднее по волновой функции оператора дипольного момента л и в общем случае описывается формулой
^ = Е Ш -\р(гW, (1)
А
где дА - заряд атома, гА - радиус-вектор, начало которого совпадает с положением атомного ядра, р(г) - плотность вероятности электронного распределения. Вектор дипольного момента направлен от центра тяжести отрицательных зарядов к центру тяжести положительных.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Одним из возможных вариантов фрагмента Си/С НК может являться графеновая наноплёнка с расположенным в непосредственной близости кластером меди, состоящим из четырёх атомов. Графен эквивалентен поверхности углеродной оболочки Си/С НК, в то время как кластер меди эквивалентен нанокристаллу восстановленного металла в полноразмерной частице нанокомпозита [26]. Выбранный фрагмент является достаточно стабильным, что подтверждает квантово-химический расчёт как способом минимизации потенциальной энергии, так и способом молекулярной динамики. Фрагмент макромолекулы ПММА, состоящий из трёх звеньев мономера метилметакрилата (ММА), также подвергался молекулярно-динамической симуляции. Фрагменты объединялись в одну молекулярную систему «нанокомпозит-полимер» (рис. 1, а).
<*4Ш1
Щ
чШШ
Т
К
\о
7\н
С)
ф)
Рис. 1. Квантово-химическое моделирование взаимодействия фрагмента Cu/C НК с фрагментами ПММА: начальное положение фрагментов (а); молекулярная система с оптимизированной геометрией (Ь); добавление к системе фрагментов ПММА (^ Пунктиром показано направление дипольного момента системы, кривыми обозначены силовые линии электростатического поля
Оптимизация геометрии молекулярной системы выявила сближение ацетатных -С(О)ОСН3 и карбонильных С=О групп с графеновой плоскостью и расположенным за ней кластером меди (рис. 1, Ь). Дальнейшее добавление фрагментов ПММА с последующей оптимизацией геометрии приводит к более явному повороту ацетатных и карбонильных групп в направлении фрагмента Си/С НК (рис. 1, с, Общий дипольный момент л системы на каждом этапе расчёта, а также изменение заряда кластера меди и расстояния между центрами масс г кластера меди и графеновой плоскости показаны в табл. 1.
Изменение вычисленного дипольного момента Си/С НК в процессе добавления ПММА
Фрагмент Л, D у с, Кл г, А
ПММА 6,69 - -
Си/С НК 26,46 -2,43 1,3922
Си/С НК + 1хПММА 40,56 -2,66 1,4133
Си/С НК + 2хПММА 44,78 -2,79 1,4921
Си/С НК + ЗхПММА 57,96 -2,80 2,8102
По данным расчёта, наиболее существенное изменение зарядов происходит у атомов углерода в группах -С(0)0 и атомов металла в кластере меди. Суммарный отрицательный заряд атомов меди увеличивается при увеличении числа фрагментов ПММА. Это можно объяснить сдвигом электронной плотности от кислорода в группах С=0, находящихся в непосредственной близости от фрагмента НК, к металлу. Вместе с тем, отмечен рост суммарного положительного заряда углерода в группах -С(0)0, что позволяет ожидать более высокую интенсивность пиков ацетатной группы на ИК-спектрах. Расстояние г постепенно увеличивается по мере добавления фрагментов ПММА. Вместе с ростом заряда металлической фазы данное обстоятельство указывает на рост дипольного момента фрагмента Си/С НК.
Полученные центробежным распределением плёнки ПММА с распределёнными внутри частицами Си/С НК исследовались методом ИК-спектроскопии. Для измерения были изготовлены плёнки с содержанием Си/С НК 10-1 %, 10-2 % и 10-3 % от массы полимера. Контрольный образец представлял собой ПММА без добавки.
Общий вид полученных ИК-спектров (рис. 2) свидетельствует о явных изменениях в деформационных и валентных колебаниях различных групп атомов макромолекул ПММА вследствие введения Си/С НК. В модифицированных образцах 2 — 4 появляется ряд новых пиков в диапазонах 707 — 504 см-1, 1636 — 1578 см-1 и 2600 - 1960 см-1. Полосы, относящиеся к металлорганическим соединениям, проявляются обычно в низкочастотной области ИК-спектра [27].
1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-г
§ 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
см-1
Рис. 2. Общий вид ИК-спектров плёнок ПММА с различным количеством распределённого в объёме Си/С НК: контрольный (1); 10-1 % (2); 10-2 % (3); 10-3 % (4)
В спектрах образцов 2 — 4 полосы в диапазоне 706 - 704 см-1 принадлежат пикам слабой интенсивности, возникающим в случае координации п-электронов двойных связей между атомами углерода в оболочке НК с металлическим кластером (рис. 3, а). Полосы в диапазоне 1600 - 1500 см-1 принято относить к колебаниям ароматического кольца [28, 29]; целый ряд исследователей относит их к колебаниям связей С=С в стенках углеродных нанотрубок [30 — 32]. В спектрах модифицированных образцов появляются соответствующие пики 1636 см"1 и 1578 см"1, которые относятся к двойным связям С=С.
а)
Ь)
с)
11)
Рис. 3. Изменение ИК-спектров плёнок ПММА с различным количеством распределённого в объёме Си/С НК. а), Ь) — новые пики, появившиеся после добавления Си/С НК; изменение геометрических пропорций пиков ПММА - группы -0-СН3 (с) и карбонильной группы С=О
-2 -3
При незначительных количествах нанодобавки (10-^10-%) наиболее вероятно отнесение этих полос к возникающим под влиянием Си/С НК двойным связям в концевых звеньях макромолекул ПММА в результате рекомбинации:
Для характеристики геометрических параметров
изменения пиков использовалось отношение линейных
В =
I
а
, (2)
*1/2
где I - высота, а1/2 - полуширина пика. Отношение В характеризует ориентацию соответствующих групп друг относительно друга. При сравнении изменившихся пиков за единицу принимался контрольный образец. Смещение А ~ вычислялось относительно образца, принятого за единицу: А ~ = ~п - ~0 (табл. 2). Как видно из табл. 2, пики ПММА
1387 см-1 и 1735 см-1 вследствие внесения наномодификатора заметно расширяются при увеличении интенсивности. Это указывает на появление или усиление деформационных колебаний, что соответствует увеличению взаимодействия групп -С-СН3 и С=О с окружающими молекулами. В ходе квантово-химического моделирования карбонильные группы стремились повернуться в сторону фрагмента НК. На практике это привело к изменению полуширины линии, соответствующей колебаниям группы С=0.
Характеристики пиков ПММА
~ , см-1 Отнесение Кол-во НК, % А см-1 D
Новые пики
706 Си-С=С 10 - 0,56
10-2 -2,20 0,49
10-1 0,12 0,36
1578 С=С 10-3 0,2 5,46
10-2 0,7 1,50
10-1 - 5,17
1636 С=С 10-3 0,1 1,85
10-2 - 1,30
Изменившиеся пики
1192 С-С(0)-0 Контр. - 0,99
10-3 0,1 0,59
10-2 0,3 0,74
10-1 0,2 0,76
1387 -С-СН3 Контр. - 1,76
10-3 0,1 1,93
10-2 0,2 1,90
10-1 0,0 2,33
1435 -О-СН3 Контр. - 0,64
10-3 0,0 0,41
10-2 0,0 0,40
10-1 0,0 0,48
1735 С=0 Контр. - 48,59
10-3 2,20 7,03
10-2 2,40 16,56
10-1 -2,30 27,46
Карбонильные группы являются частью ацетатных, которым соответствует пик 1435 см-1. Количество степеней свободы у ацетатных групп больше и, следовательно, большее количество возможных пространственных положений. Поэтому AD здесь будет свидетельствовать о росте упорядоченности. Присутствие смещения А ~ у пиков модифицированных образцов относительно контрольного свидетельствует о появлении осевого и углового моментов инерции, т. е. вращательного движения. У пиков 1435 см-1 и 1387 см-1 вращательное движение незначительно или отсутствует при наличии явных геометрических изменений. Это можно объяснить пространственными затруднениями, относящимися к окружающим макромолекулам или отдельным группам атомов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В рамках настоящей работы исследовалось влияние Си/С НК на надмолекулярную структуру ПММА. Рассмотрены причины существенного повышения эффективности модификации полимера при введении сверхмалых (менее 0,01 % от массы полимера) количеств Си/С НК. Исследование проводилось с помощью ИК-спектроскопии и квантово-химического моделирования взаимодействия фрагментов полимера и нанокомпозита.
Расчётный эксперимент показал движение с последующей ориентацией ацетатных -С(О)ОСН3 и карбонильных С=О групп в направлении поверхности фрагмента НК.
Добавление новых фрагментов ПММА к молекулярной системе приводит к их уплотнению в непосредственной близости от фрагмента НК. Конформационные изменения сопровождаются изменением энергетических характеристик: возрастанием общего дипольного момента системы и дипольного момента фрагмента НК, увеличением заряда кластера металла.
Представление о частице Cu/C НК как о колебательном контуре, энергетические характеристики которого возрастают тем более, чем большее число молекул среды включается в поддержание и усиление его колебаний, позволяют объяснить эффект сверхмалых концентраций.
Уменьшение количества вводимых частиц Cu/C НК до 10-3 % от массы ПММА приводит к конформации, при которой появляются концевые группы с С=С связью, возникающие при рекомбинации в ходе обрыва цепи полимера в процессе его получения, а также ориентации этих звеньев по направлению колебаний НК. Возрастание дипольного момента частицы НК по данным квантово-химического расчёта и выявление С=С связей по данным ИК-спектроскопии могут свидетельствовать о поляризации молекул ПММА.
По результатам сравнения, проведённого по ИК-спектрам, можно сделать вывод, что структурные особенности и особые физические свойства частиц Cu/C НК, связанные, прежде всего, с их собственными колебаниями, обусловливают применение данной добавки в качестве эффективного модификатора в сверхмалых количествах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Greeneich J.S. Developer characteristics of poly(methyl methacrylate) electron resist // Journal of the Electrochemical Society. 1975. V. 122, № 7. P. 970-976.
2. Bolhuis S., van Kan J.A., Watt F. Enhancement of proton beam writing in PMMA through optimization of the development procedure // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2009. V. 267, № 12-13. P. 2302-2305.
3. Tsui С.С., Wei H.-C., Chang W.-Fa, Su G.-D.J. Design and fabrication of a mid-wavelength infrared Fresnel lens via liquid poly(methyl methacrylate) // Journal of Micromechanics and Microengineering. 2012. V. 22, № 4. P. 1-8.
4. Gbureck U., Grubel S., Thull R., Barralet J.E. Modified PMMA cements for a hydrolysis resistant metal-polymer interface in orthopaedic applications // Acta Biomaterialia. 2005. V. 1, № 6. P. 671-676.
5. Hoang A.S., Nguyen N.H., Bui H.T., Tran A.T., Duong V.A., Nguen V.B. Carbon nanotubes materials and their application to guarantee safety from exposure to electromagnetic fields // Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 2013. V. 4, № 2. P. 1-5.
6. Sabba Y., Thomas E.L. High-Concentration Dispersion of Single-Wall Carbon Nanotubes // Macromolecules. 2004. V. 37, № 13. P. 4815-4820.
7. Kashiwagi T., Fragan J., Douglas J.F., Yamamoto K., Heckert A.N., Leigh S.D., Obrzut J., Du F., Lin-Gibson S., Mu M., Winey K.I., Haggenmueller R. Relationship between dispersion metric and properties of PMMA/SWNT nanocomposites // Polymer. 2007. V. 48, № 16. P. 4855-4866.
8. Althues H., Henle J., Kaskel S. Functional inorganic nanofillers for transparent polymers // Chemical Society Reviews. 2007. V. 36, № 9. P. 1454-1465.
9. Okamoto M., Morita S., Taguchi H., Kim Y.H., Kotaka T., Tateyama H. Synthesis and structure of smectic clay/poly(methyl methacrylate) and clay/polystyrene nanocomposites via in situ intercalative polymerization // Polymer. 2000. V. 41, № 10. P. 3887-3890.
10. Ash B.J., Siegel R.W., Schadler L.S. Glass-transition temperature behavior of alumina/PMMA nanocomposites // Materials Letters. 2002. V. 55, № 1-2. P. 83-87.
11. Deshmukh R.D., Composto R.J. Surface Segregation and Formation of Silver Nanoparticles Created In situ in Poly(methyl Methacrylate) Films // Chemistry of Materials. 2007. V. 19, № 4. P. 745-754.
12. Першин Ю.В., Кодолов В.И. Модификация поликарбоната с применением медь/углеродного нанокомпозита // Химическая физика и мезоскопия. 2012. Т. 14, № 1. С. 54-58.
13. Чашкин М.А., Тринеева В.В., Вахрушина М.А., Захаров А.И., Кодолов В.И. ИК-спектроскопическое исследование структуры эпоксидной композиции, модифицированной медь/углеродным нанокомпозитом, и процессов, связанных с её модификацией // Химическая физика и мезоскопия. 2012. Т. 14, № 2. С. 223-230.
14. Li X., McKenna G.B., Miquelard-Garnier G., Guinault A., Sollougoub C., Regnier G., Roznski A. Forced assembly by multilayer coextrusion to create oriented graphene reinforced polymer nanocomposites // Polymer. 2013. V. 55, № 1. Р. 248257.
15. Липатов Ю.С., Косянчук Л.Ф., Козак Н.В., Яровая Н.В., Менжерес Г.Я. Комплексообразование р-дикетонатов Fe3+, Cu2+, Cr3+ с полиуретаном и полиметилметакрилатом в полувзаимопроникающих сетках и его влияние на фазовое разделение в системе // Высокомолекулярные соединения. 2006. Т. 48, № 4. С. 616-623.
16. Липатов Ю.С. Физико-химические основы наполнения полимеров. М. : Химия, 1991. 260 с.
17. Mazov I.N., Kuznetsov V.L., Krasnilov D.V., Rudina N.A., Romanenko A.I., Anikeeva O.V., Suslyaev V.I., Korovin E.Yu., Zhuravlev V.A. Electromagnetic shielding properties of MWCNT/PMMA composites in Ka-band // Basic solid state physics. 2009. V. 246, № 11-12. P. 2662-2666.
18. Pande S., Singh B.P., Mathur R.B., Dhami T.L., Saini P., Dhawan S.K. Improved Electromagnetic Interference Shielding Properties of MWCNT-PMMA Composites Using Layered Structures // Nanoscale Research Letters. 2009. V. 4, № 4. P. 327-334.
19. Zhou H., Wang J., Zhuang J., Liu Q. Synthesis and electromagnetic interference shielding effectiveness of ordered mesoporous carbon filled poly(methyl methacrylate) composite films // RSC Advances. 2013. V. 3, № 45. P. 23715-23721.
20. Кодолов В.И., Кодолова В.В., Семакина Н.В., Яковлев Г.И., Волкова Е.Г. Способ получения углеродных наноструктур из органического соединения и метллсодержащих веществ // Патент РФ № 2337062, 2008.
21. Тринеева В.В., Вахрушина М.А. Получение металл/углеродных нанокомпозитов и исследование их структурных особенностей // Нанотехника. 2012. № 4(32). С. 18-20.
22. Кодолова В.В., Кодолов В.И., Денисов В.А., Волкова Е.Г., Макарова Л.Г. Получение нанопродуктов с использованием отходов металлургического производства (на примере металлургической пыли) // Нанотехника. 2007. № 9. С. 41-45.
23. Кодолов В.И., Бондарь А.Ю., Кузнецов А.П. Технология производства углеродметаллсодержащих наноструктур в нанореакторах полимерных матриц (на примере ПВС) // Нанотехника. 2007. № 9. С. 38-41.
24. Bacon A.D., Zerner M.C. An intermediate neglect of differential overlap theory for transition metal complexes: Fe, Co and Cu chlorides // Theoretica Chimica Acta. 1979. V. 53, № 1. P. 21-54.
25. Hypercube, Inc. HyperChem Release 7.0 for Windows Reference Manual, V. 1. 2002. 305 p.
URL: http://www.chemistry-software.com/pdf/hyperchem_getting_started.pdf (дата обращения 14.01.2014).
26. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М. : Химия, 1968. 536 с.
27. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии. М. : Высшая школа, 1971. 259 с.
28. Dean J.A. Lange's handbook of chemistry. McGraw-Hill, Inc., 1999. 1466 p.
29. Преч Э., Бюльманн Ф., Аффольтер К. Определение строения органических соединений. Таблицы спектральных данных. М. : Мир, 2006. 438 с.
30. Mawhinney D., Naumenko V., Kuznetsova A., Yates Jr. J.T. Infrared spectral evidence for the etching of carbonh nanotubes: ozone oxidation at 298K // Jornal of the American Chemical Society. 2000. V. 122. P. 2383-2384.
31. Miller G.P., Knitigh J., Kim E., Weck P., Berber S., Tomanek D. Hydrogenation of single-wall carbon nanotubes using polyamine reagents: combined experimental and theoretical study // Jornal of American Chemical Society. 2008. V. 130. P. 2296-2303.
32. Kim U.J., Furtado C.A., Liu X., Chen G., Eklund P.C. Raman and IR spectroscopy of chemically processed singlewalled carbon nanotubes // Journal of the American Chemical Society. 2005. V. 127. P. 15437-15445.
INVESTIGATION OF COPPER/CARBON NANOCOMPOSITE MODIFICATION ARRANGEMENT OF POLYMETHYLMETHACRYLATE BY INFRARED SPECTROSCOPY AND QUANTUM-CHEMICAL SIMULATION
1,3Polyotov Ya. A., 1,2Vasilchenko Yu.M., 1,2'3Kodolov V.I.
'Kalashnikov Izhevsk State Technical University, Izhevsk, Russia 2Research Center "IEMP "Kupol", Izhevsk, Russia
3High Educational Center of Chemical Physics and Mesoscopy, Udmurt Scientific Center, UB RAS, Izhevsk, Russia
SUMMARY. The influence of supersmall quantities of copper/carbon nanocomposite (Cu/C NC) upon polymethylmethacrylate (PMMA) was investigated by FTIR and quantum-chemical simulation. The computing experiment showed an orientation ability of acetate and carbonyl groups of PMMA molecules towards Cu/C NC particle. The dipole moment of Cu/C NC increases with a new monomer segments addition. FTIR spectra show an increase of the nanofiller influence on PMMA macromolecules with reducing Cu/C NC quantity up to 10-3% (wt.). New peaks were related to C=C bonds which can be a consequence of recombination.
KEYWORDS: polymethylmethacrylate, copper/carbon nanocomposite, FTIR, dipole moment, quantum-chemical simulation.
Полетов Ян Александрович, магистр техники и технологии, аспирант ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, тел. +7 905-877-30-81, e-mail:yan.polyotov@gmail.com
Васильченко Юрий Михайлович, кандидат технических наук, доцент ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, ведущий инженер-технолог НИЦ ОАО «ИЭМЗ «Купол», тел. (3412) 77-60-55, доб. 1147, e-mail: vym@istu.ru
Кодолов Владимир Иванович, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой химии и химической технологии ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, главный специалист НИЦ ОАО «ИЭМЗ «Купол», директор НОЦ химической физики и мезоскопии УдНЦ УрО РАН, e-mail: kodol@istu.ru
