Научная статья на тему 'Исследование влияния ультрафиолетового излучения на физико-химическое строение полиметилметакрилата, модифицированного функционализированными медь-углеродными нанокомпозитами'

Исследование влияния ультрафиолетового излучения на физико-химическое строение полиметилметакрилата, модифицированного функционализированными медь-углеродными нанокомпозитами Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
596
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТ / МЕДЬ-УГЛЕРОДНЫЙ НАНОКОМПОЗИТ / УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ / РЕНТГЕНОВСКАЯ ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ / АТОМНАЯ СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ / POLYMETHYLMETHACRYLATE / COPPER-CARBON NANOCOMPOSITES / ULTRAVIOLET IRRADIATION / X-RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY / ATOMIC FORCE MICROSCOPY

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Быстров Сергей Геннадьевич

Методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и атомной силовой микроскопии исследованы изменения физико-химического строения исходного и модифицированного функциализированным медь-углеродным нанокомпозитом полиметилметакрилата, происходящие под действием ультрафиолетового излучения. Показано, что введение сверхмалых количеств медь-углеродных нанокомпозитов в полимерные материалы можно рассматривать как перспективный метод повышения их стойкости к воздействию ультрафиолетового излучения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Быстров Сергей Геннадьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE ULTRAVIOLET IRRADIATION INFLUENCE ON A PHYSICAL AND CHEMICAL STRUCTURE OF THE POLYMETHYLMETHACRYLATE, MODIFIED BY THE COPPER-CARBON NANOCOMPOSITES

By the methods of the x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and atomic force microscopy (AFM) the influence of the ultraviolet irradiation (UV) on a physical and chemical structure of the polymethylmethacrylate (PMMA), modified by the copper-carbon nanocomposites (NC), was investigated. Under the influence of UV radiation on the modified polymer, mobile oxygen-containing functional groups are removed with the preservation of the main chain and the formation of intermolecular crosslinking. This leads to a decrease in the oxygen content in the system (both adsorbed and chemisorbed) and the formation of crosslinked carbon structures in the polymer, resistant to oxidation. These data indicate the active influence of copper-containing carbon (NC), as a catalyst on the processes occurring in the volume and on the surface of the polymer both at the stage of modification and under the influence of UV radiation. It has been achieved, that the super-little amount of the copper-carbon nanocomposites addition in a polymer materials is an available method of its ultraviolet irradiation resistance increasing.

Текст научной работы на тему «Исследование влияния ультрафиолетового излучения на физико-химическое строение полиметилметакрилата, модифицированного функционализированными медь-углеродными нанокомпозитами»

УДК 539.211:541.64:544.72.023

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТА, МОДИФИЦИРОВАННОГО ФУНКЦИОНАЛИЗИРОВАННЫМИ МЕДЬ-УГЛЕРОДНЫМИ НАНОКОМПОЗИТАМИ

БЫСТРОВ С. Г.

Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН, 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34

АННОТАЦИЯ. Методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и атомной силовой микроскопии исследованы изменения физико-химического строения исходного и модифицированного функциализированным медь-углеродным нанокомпозитом полиметилметакрилата, происходящие под действием ультрафиолетового излучения. Показано, что введение сверхмалых количеств медь-углеродных нанокомпозитов в полимерные материалы можно рассматривать как перспективный метод повышения их стойкости к воздействию ультрафиолетового излучения.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: полиметилметакрилат, медь-углеродный нанокомпозит, ультрафиолетовое излучение, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, атомная силовая микроскопия.

ВВЕДЕНИЕ

Повышение радиационной стойкости полимеров является весьма актуальной задачей, решение которой позволит существенно улучшить эксплуатационные характеристики изделий и расширить области применения полимерных материалов.

Традиционно радиационную стойкость полимерных материалов повышают путем введения специальных добавок, в частности, антиоксидантов. В качестве антиоксидантов используют производные вторичных ароматических аминов и фенолов, а также органические производные фосфитов и сульфидов [1]. Содержание антиоксидантов в ненасыщенных высокомолекулярных соединениях составляет обычно 0,5 - 3,0 %. Наличие в молекуле двойных и сопряженных связей, ароматических колец и гетероциклов увеличивает радиационную стойкость полимеров. Также радиационную стойкость полимерных материалов повышают путем введения в композицию соединений тяжелых металлов (в частности, полиэтиленсиликоната свинца) [2]. Наполнитель вводился в количестве 10 масс.%. В перечисленных методах антиоксиданты вводятся в полимерные материалы в значительных количествах, что не может не влиять отрицательно на физико-механические и экологические свойства композитов.

В настоящее время в России и за рубежом ведутся интенсивные исследования в области создания полимерных материалов нового поколения путем модификации олигомеров и полимеров нанодисперсными или наноструктурными микрочастицами (наномодификаторами) искусственного или природного происхождения [3, 4]. Наномодификаторы, обладая сверхбольшой поверхностной энергией, имеют высокую сорбционную способность по отношению к полимерным молекулам. При этом изменяются конформационные характеристики полимерных цепей и формируется особый поверхностный слой, что и приводит к усилению механических, барьерных свойств и изменению других характеристик [5]. Благодаря уникальным физико-химическим свойствам нано-модификаторы можно добавлять в композиции в сверхмалых количествах (менее тысячных долей процента). Для модификации полимеров возможно использование как природных нанопродуктов (монтмориллонит, вермикулит, нанокремнеземы) так и искусственных нанопродуктов - фуллеренов, углеродных нанотрубок (УНТ), астраленов, наноалмазов. [6 - 8].

Группой профессора В.И. Кодолова (ИжГТУ) было предложено использовать в качестве модифицирующей добавки медь-углеродные нанокомпозиты (Cu/C НК) производства ОАО «ИЭМЗ «Купол», полученные оригинальным способом в нанореакторах поливинилового спирта [9]. Выбранный модификатор представляет собой порошок наночастиц полностью либо частично восстановленной меди, покрытой углеродной оболочкой из нановолокон, ассоциированных с металлической фазой [10, 11].

Целью данной работы являлось исследование влияния модификации полиметилметакрилата (ПММА) сверхмалыми количествами функционализированных медь-углеродных нанокомпозитов (НК) на стойкость полимера к ультрафиолетовому излучению.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Бесцветные прозрачные гранулы ПММА марки ТОСН (ГОСТ 17622-72) промывались в 2-пропаноле (ос. ч.), затем выдерживались в вакуумном сушильном шкафу при температуре 80 °С под вакуумом до момента достижения постоянной массы. Далее гранулы смешивали с растворителем - дихлорметаном (ДХМ) в массовом соотношении 1:28 соответственно. Для обеспечения равномерного распределения ПММА раствор выдерживали при температуре 30 °С и периодически перемешивали.

В качестве модифицирующей добавки использовались медь-углеродные нанокомпозиты, модифицированные полифосфатом аммония ПФА (Cu/C-ПФА НК). Перед приготовлением суспензии Cu/C НК измельчали в механической ступе в течение 10 мин. Далее порошок высушивался под вакуумом при температуре 110 °С до достижения постоянной массы. Порошок Cu/C НК в растворителе подвергался воздействию ультразвука в течение 30 с. Для диспергирования использовали установку погружного типа ИЛ-10, соединённую с генератором ИЛ-100-6/2. При непрерывном воздействии ультразвука в растворитель добавлялся раствор ПММА (из расчета 0,1 масс.% НК от массы сухого полимера) в течение 30 мин. Далее в течение 20 мин осуществлялась обработка суспензии ультразвуком до достижения однородной среды. Во время диспергирования пипетками 0,01; 0,1; 0,2; 2,0; 5,0 мл отмеривали для добавления в растворы ПММА определённые объёмы суспензии, количество частиц в которых после добавления равнялось от 10-4 масс.% до 10-2 масс.% сухого полимера. После этого суспензию распределяли в более вязком растворе ПММА с помощью механического перемешивания.

Образцы представляли собой прозрачные тонкие плёнки, полученные способом отливки раствора на подложку. Растворитель удалялся из нанесённого на подложку раствора при комнатной температуре в эксикаторе. Для удаления остатков растворителя плёнки выдерживались в сушильном шкафу при температуре 60 °С. Толщина плёнок измерялась микрометром с ценой деления 0,01 мм и составила 40 мкм. Площадь образцов равнялась 1 см . Концентрация модификатора Cu/C-ПФА НК в исследуемых образцах составляла 10-4 масс.%.

Обработка образцов УФ и ближним фиолетовым излучением производилась с помощью кварцевой лампы мощностью 100 Вт, длительность обработки 60 мин, длина волны излучения, согласно паспортным данным, 230 - 400 нм. Образцы располагались на расстоянии 20 см от лампы. Произведен оценочный расчет плотности мощности излучения (Р) и экспозиционной дозы (Д) в приближении равномерного распределения излучения по

площади цилиндра радиусом r = 20 см и длиной l = 15 см (длина кварцевой лампы).

22

При такой геометрии эксперимента Р = 526 Дж/(м •с), Д = 1,9-106 Дж/м .

Исследование образцов методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) проводилось на приборе фирмы SPECS (Германия) с использованием Mg анода. Погрешность измерения концентрации составляет 3 % от измеряемой величины. Обработка результатов и разложение спектров производилось с помощью лицензионной программы CasaXPS.

Исследования топографии образцов проводились методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) на зондовом микроскопе SOLVER 47 PRO в контактном режиме. Использовался зонд CSG. Для каждого образца получены изображения топографии поверхности. Средняя арифметическая шероховатость поверхности Ra рассчитывалась для каждого образца по АСМ изображениям 9 участков поверхности размером 2*2 мкм с помощью программы обработки данных для зондового микроскопа.

Кроме того, методом АСМ были проведены испытания образцов на стойкость к «истиранию». К игле зонда АСМ прикладывалась определенная нагрузка (за счет изменения силы прижима иглы к образцу), сканировался участок 1*1 мкм три раза, затем производился скан участка 3*3 мкм в той же области. Если на большом скане были заметны следы разрушения поверхности, испытание прекращалось. Если нет - нагрузка ступенчато увеличивалась и повторялась та же процедура на другом участке образца. Испытания проводились при значениях нагрузки 3,5 нН; 7,0 нН и 10,5 нН. Фиксировались значения нагрузки Бр, при которой произошло разрушение поверхности образца.

Также было проведено измерение силы адгезии иглы зонда к исследуемым образцам. Измерения проводились в 9 точках поверхности. Сила Fa оценивалась по высоте «ступеньки» на кривых отрыва зонда от образца. Проведен расчет погрешности всех измеряемых величин - среднеквадратического отклонения (СКО).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Согласно стехиометрическим расчетам, содержание элементов в ПММА должно быть следующим: С - 71 ат.%, О - 29 ат.%. Данные РФЭС свидетельствуют, что в исходном полимере содержание кислорода меньше на 3 ат.% (табл. 1).

Таблица 1

Относительное содержание элементов С и полуширина а^ линий РФЭС спектров в исследуемых образцах

№ п/п Химический элемент

Образец С О

С, ат% а1/2 С, ат% а1/2

1 ПММА исходный 74 2,5 26 3,2

2 ПММА исходный + УФ 70 2,3 30 3,1

3 ПММА + Cu/C-ПФА НК 74 2,6 26 3,5

4 ПММА + Cu/C-ПФА НК + УФ 80 1,8 20 3,2

Анализ тонкой структуры РФЭС спектров (табл. 2) показывает, что в исследуемом полимере пониженное, по сравнению с эталонным, содержание простых эфирных групп (Есв С1б = 286,8 эВ). Возможно, это связанно с конформационными особенностями надмолекулярной структуры полимера. В остальном же количество функциональных групп и их взаимное соотношение (табл. 2) соответствует данным, приведенным в справочной литературе [12].

После обработки исходного ПММА УФ излучением содержание кислорода на его поверхности увеличивается на 4 ат.% в результате протекания процессов окисления (табл. 1). Поскольку происходит снижение на 14 % относительной концентрации алифатических групп (табл. 2), можно предположить, что кислород присоединяется именно к этим группам.

Содержание элементов на поверхности модифицированного образца ПММА + Си/С-ПФА НК совпадает, в пределах погрешности измерений, с данными для исходного ПММА (табл. 1), то есть, нет заметной миграции компонентов добавки на поверхность. Это подтверждается отсутствием на обзорном спектре данного образца линий Си, N и Р (рис. 1).

Результаты разложения РФЭС спектров линии С1з исследуемых образцов

Образец С18

Есв эВ 8, % Группа

ПММА эталон [Беаш80п е! а1.] 285,0 42 С-Н

285,7 21 С-С(О)О

286,8 21 С-О

289,0 17 С(О)О

ПММА исходный 285,0 43 С-Н

285,7 25 С-С(О)О

286,9 16 С-О

289,1 17 С(О)О

ПММА исходный + УФ 285,0 29 С-Н

285,7 39 С-С(О)О

287,0 16 С-О

289,2 16 С(О)О

ПММА + Си/С-ПФА НК 284,0 19 С-С

285,0 52 С-Н

286,6 16 С-О

288,8 13 С(О)О

ПММА + Си/С-ПФА НК + УФ 285,0 76 С-Н

где Есв - энергия связи, эВ; 8 - относительная концентрация данной линии в С1в спектре, %.

Энергия связи, эВ

Рис. 1. Обзорный РФЭС спектр модифицированного образца ПММА+ Си/С-ПФА НК

Важно отметить появление в тонкой структуре линии С^ пика с Есв = 284 эВ (табл. 2). Этот пик соответствует углероду, находящемуся в графитоподобных веществах (ГПВ). Наличие таких соединений в ПММА, модифицированном Cu/C-ПФА НК отмечено и в работах [13, 14]. Появление углерода с подобным типом химических связей на поверхности данного образца может быть связано как с частичной миграцией на поверхность фрагментов углеродных оболочек НК, так и с перестройкой надмолекулярной структуры полимера под действием введенных модификаторов.

В образце модифицированного ПММА после облучения УФ (ПММА + Си/С-ПФА НК + УФ) происходит существенное (на 6 ат.%) уменьшение концентрации кислорода на поверхности (табл. 1), что является необычным эффектом. Одновременно уменьшается полуширина линии углерода (табл. 1). В спектре линии С^ исчезает пик с Есв = 284 эВ (табл. 2).

На рис. 2 приведены АСМ изображения топографии поверхности исследуемых образцов. Морфология поверхностей исходного ПММА и ПММА + Си/С-ПФА НК (рис. 2, а, в) близка по своему характеру, также и значения шероховатости указанных образцов совпадают в пределах погрешности (табл. 3). Шероховатость образца ПММА + Си/С-ПФА НК + УФ резко возрастает (табл. 3). Видно, что поверхность данного образца состоит из пластинок, имеющих общие центры роста (рис. 2, г).

Рис. 2. АСМ изображения топографии поверхностей плёнок ПММА: а) ПММА исходный; б) ПММА + УФ; в) ПММА + Cu/C-ПФА НК; г) ПММА + Cu/C-ПФА НК +УФ

Сила адгезии иглы зонда Ба минимальна для исходного полимера (табл. 3). Поскольку известно, что сила адгезии иглы зонда к исследуемой поверхности зависит от поверхностной энергии и жесткости материала [15], можно предположить, что исходный образец ПММА обладает низкой поверхностной энергией. Под действием УФ излучения поверхностная энергия ПММА резко возрастает (табл. 3, образец №2). К такому же эффекту приводит модификация полимера (табл. 3, образец №3). Этот результат подтверждает данные РФЭС об изменении физико-химического строения поверхности ПММА в результате модификации.

Свойства поверхности исследуемых образцов по данным АСМ

№ п/п Образец Яа, нм СКО, нм Га, нН СКО, нН Гр, нН

1 ПММА исходный 1,2 0,4 3,3 1,0 10,5

2 ПММА + УФ 1,9 0,4 39,4 1,0 10,5

3 ПММА + Си/С-ПФА НК 1,7 0,5 33,8 2,8 7,0

4 ПММА + Си/С-ПФА НК + УФ 9,6 1,9 > 44 - > 10,5

где Яа - средняя арифметическая шероховатость поверхности, нм; Га - сила адгезии зонда к поверхности, нН; Гр - нагрузка на иглу зонда, при которой происходило разрушение поверхности образца, нН.

Эффект увеличения поверхностной энергии полимера после его модификации металлсодержащими НК позволяет объяснить наблюдаемое на практике повышение прочности адгезионных соединений модифицированных полимеров с подложкой [16].

Важно отметить, что для образца ПММА + Си/С-ПФА НК + УФ (табл. 3, образец №4) величина силы адгезии максимальна и превышает предельное значение, которое можно измерить данным зондом. Образец ПММА + Си/С-ПФА НК + УФ отличается и по прочности Бр - она максимальна среди исследованных образцов (табл. 3, образец №4). По-видимому, все особенности морфологии и физико-механических свойств образца ПММА + Си/С-ПФА НК + УФ - это результат влияния НК как катализатора на процессы, протекающие на поверхности полимера под действием УФ излучения.

Полученные результаты позволяют предложить следующий механизм влияния медь-содержащего углеродного НК на процесс увеличения стойкости ПММА к ультрафиолетовому излучению. При введении в полимер нанокомпозита происходит изменение надмолекулярной структуры полимера. На поверхности полимера формируется слой, обогащенный углеродом, входящим в состав графитоподобных функциональных групп. Отмечено повышение поверхностной энергии модифицированного полимера.

Далее, под действием УФ излучения на модифицированный полимер, происходит удаление подвижных кислородсодержащих функциональных групп с сохранением основной цепи и образованием межмолекулярных сшивок. Это приводит к уменьшению содержания кислорода в системе (как адсорбированного, так и хемисорбированного) и образованию в полимере сшитых углеродных структур, стойких к окислению. Данные соединения защищают поверхность полимера от окисления и выступают в качестве восстановителей (ловушек свободных радикалов). Важно отметить повышение поверхностной энергии и прочности поверхности модифицированного полимера после воздействия УФ излучения.

ВЫВОДЫ

Приведенные данные свидетельствуют об активном влиянии медь-содержащего углеродного НК как катализатора на процессы, протекающие в объеме и на поверхности полимера как на стадии модификации, так и под действием УФ излучения.

Введение сверхмалых количеств металл-содержащих углеродных нанокомпозитов в полимерные материалы можно рассматривать как перспективный метод повышения их стойкости к ультрафиолетовому излучению.

Автор выражает благодарность Я.А. Полетову и В.И. Кодолову за предоставленные образцы и обсуждение результатов.

Работа выполнена в рамках государственного задания ФАНО России (тема № АААА-А17-117022250040-0).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антиоксиданты. Химическая энциклопедия. URL: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/321.html (дата обращения 11.03.2015).

2. Павленко В. И., Едаменко О. Д., Ястребинский Р. Н., Черкашина Н.И. Радиационно-защитный композиционный материал на основе полистирольной матрицы // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2011. № 3. С. 113-116.

3. Куличихин В. Г. Новые подходы к переработке нанокомпозитов на основе полимерных матриц // Международный форум по нанотехнологиям «Rusnanotech 08». Т. 1. М.: «РОСНАНО», 2008. С. 392-393.

4. Огрель Л. Ю., Строкова В. В., Ли Я., Баоде Д. Управление структурообразованием олигомеров и полимерных композитов неорганическими модификаторами // Материалы трудов Третьих Воскресенских чтений «Полимеры в строительстве». Казань: КазГАСУ, 2009. С. 73-76.

5. Поздняков О. Ф., Редков Б. П., Поздняков А. О. Термостабильность пленок полистирола, химически связанного с фуллереном С60. Эффект толщины в субмикронном диапазоне // Письма в Журнал технической физики. 2002. Т. 28, № 24. С. 53-57.

6. Simonyan V.V., Johnson J.K. Hydrogen storage in carbon nanotubes and graphitic nanofibers // Journal of Alloys and Compounds, 2002, vol. 330-332, pp. 659-665.

7. Gavalas V. G., Andrews R., Bhattacharyya D., Bachas L. G. Carbon nanotube sol-gel composite materials // Nano Letters, 2001, vol. 1, no. 12, pp. 719-721.

8. Girifalco L. A., Hodak M., Lee R. S. Carbon nanotubes, buckyballs, ropes, and a universal graphitic potential // Physical Review B, 2000, vol. 62, no. 19, pp. 13104-13110.

9. Кодолов В. И., Кодолова В. В., Семакина Н. В., Волкова Е. Г., Макарова Л. Г., Яковлев Г. И. Способ получения углеродных наноструктур из органического соединения и металлсодержащих веществ // Патент РФ № 2337062, 2008.

10. Тринеева В. В., Вахрушина М. А., Булатов Д. Л., Кодолов В. И. Получение металл/углеродных нанокомпозитов и исследование их структурных особенностей // Нанотехника. 2012. № 4(32). С. 18-20.

11. Теребова Н.С., Шабанова И.Н., Макарова Л.Г., Кодолова В.В., Кодолов В.И. Рентгеноэлектронное исследование наноструктур, полученных из смеси металлургической пыли (Ni, Fe) и полимерного сырья // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2009. Т. 73, № 7. С. 1051-1052.

12. Beamson G., Briggs D. High resolution XPS of organic polymers: The Scienta ESCA300 Database. Chichester: Wiley, 1992. 287 p.

13. Шабанова И. Н., Кодолов В. И., Теребова Н. С., Сапожников Г. В. Рентгеноэлектронное исследование влияния содержания металл/углеродных наноструктур и их активности на модифицирование полимеров // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2014. № 7. С. 104-108.

14. Shabanova I. N., Terebova N. S., Sapozhnikov G. V. XPS study of the influence of minute additions of carbon metal-containing nanoforms on the polymer structureв // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 2014, vol. 195, pp. 43-47.

15. Bystrov S. G., Dorfman A. M., Lyakhovich A. M., Povstugar V. I. An investigation of the plasma-polymerized inhibited protective coating on iron by atomic force microscopy and spectroscopy // Journal of Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2001, vol. 16, no. 11, pp. 1731-1737.

16. Лобковский С. А., Ощепкова М. Ю., Кустов М. А., Тринеева В. В. Нанометрические добавки как средство повышения эксплуатационных характеристик клеевых систем при изготовлении изделий спецтехники // Клеи. Герметики, Технологии. 2011. № 8. С. 14-16.

THE ULTRAVIOLET IRRADIATION INFLUENCE ON A PHYSICAL AND CHEMICAL STRUCTURE OF THE POLYMETHYLMETHACRYLATE, MODIFIED BY THE COPPER-CARBON NANOCOMPOSITES

Bystrov S. G.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Udmurt Federal Research Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia

SUMMARY. By the methods of the x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and atomic force microscopy (AFM) the influence of the ultraviolet irradiation (UV) on a physical and chemical structure of the polymethylmethacrylate (PMMA), modified by the copper-carbon nanocomposites (NC), was investigated. Under the influence of UV radiation on the modified polymer, mobile oxygen-containing functional groups are removed with the preservation of the main chain and the formation of intermolecular crosslinking. This leads to a decrease in the oxygen content in the system (both adsorbed and chemisorbed) and the formation of crosslinked carbon structures in the polymer, resistant to oxidation. These data indicate the active influence of copper-containing carbon (NC), as a catalyst on the processes occurring in the volume and on the surface of the polymer both at the stage of modification and under the influence of UV radiation. It has been achieved, that the super-little amount of the copper-carbon nanocomposites addition in a polymer materials is an available method of its ultraviolet irradiation resistance increasing.

KEYWORDS: polymethylmethacrylate, copper-carbon nanocomposites, ultraviolet irradiation, x-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy.

REFERENCES

1. Antiokcidanty. Chymycheskaia enciklopedia [Antyoxidants. Chemical encyclopedia]. URL: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/321.html (accessed March 11, 2015).

2. Pavlenko V. I., Edamenko O. D., Yastrebinskiy R. N., Cherkashina N. I. Radiatsionno-zashchitnyy kompozitsionnyy material na osnove polistirol'noy matritsy [Radiation-protective composite materials on base of the polystyrene matrices]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V. G. Shukhova [Bulletin of the Belgorod State Technological University. V. G. Shukhova], 2011, no. 3, pp. 113-116.

3. Kulichikhin V. G. Novye podkhody k pererabotke nanokompozitov na osnove polimernykh matrits [The new methods of the nanocomposites on base of polymer matrix treatment]. Mezhdunarodnyy forum po nanotekhnologiyam Rusnanotech 08 [International forum on nanotechnologies Rusnanotech 08, vol. 1. Moscow: ROSNANO Publ., 2008, pp. 392-393.

4. Ogrel' L. Yu., Strokova V. V., Li Ya., Baode D. Upravlenie strukturoobrazovaniem oligomerov i polimernykh kompozitov neorganicheskimi modifikatorami [The control on a structure of the oligomers and polymers composites by means of nonorganic modifiers]. Materialy trudov 3 Voskresenskikh chteniy Polymery v stroitel'stve [Materials of the Third Resurrection readings Polymers in Construction]. Kazan: KazGASU Publ., 2009, pp. 73-76.

5. Pozdnyakov O. F., Redkov B. P., Pozdnyakov A. O. Pozdnyakov OF, Redkov BP, Pozdnyakov AO Thermal stability of the films of polystyrene chemically bound to C60. Effect of film thickness in the submicron range. Technical Physics Letters, 2002, vol. 28, no. 12, pp. 1046-1048. https://doi.org/10.1134/L1535498

6. Simonyan V. V., Johnson J. K. Hydrogen storage in carbon nanotubes and graphitic nanofibers. Journal of alloys and compounds, 2002, vol. 330-332, pp. 659-665. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(01)01664-4

7. Gavalas V. G., Andrews R., Bhattacharyya D., Bachas L. G. Carbon nanotube sol-gel composite materials. Nano Letters, 2001, vol. 1, no. 12, pp. 719-721. doi: 10.1021/nl015614w

8. Girifalco L. A., Hodak M., Lee R. S. Carbon nanotubes, buckyballs, ropes, and a universal graphitic potential. Physical Review B, 2000, vol. 62, no. 19, pp. 13104-13110. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.13104

9. Kodolov V. I., Kodolova V. V., Semakina N. V., Volkova E. G., Makarova L. G., Yakovlev G. I. Sposob polucheniya uglerodnykh nanostruktur iz organicheskogo soedineniya i metallsoderzhashchikh veshchestv [The method of carbon nanostructures production from organic compounds and metal containing substances]. Patent RU 2337062, 2008.

10. Trineeva V. V., Vakhrushina M. A., Bulatov D. L., Kodolov V. I. Poluchenie metall/uglerodnykh nanokompozitov i issledovanie ikh strukturnykh osobennostey [Obtaining metal/carbon nanocomposites and studying their structural features]. Nanotekhnika [Nanotechnics], 2012, no. 4(32), pp. 18-20.

11. Terebova N. S., Shabanova I. N., Makarova L. G., Kodolova V. V., Kodolov V. I. X-ray photoelectron study of the nanostructures obtained from a mixture of metallurgical powder (Ni, Fe) and raw polymer materials. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2009, vol. 73, no. 7, pp. 995-997. https://doi.org/10.3103/S1062873809070417

12. Beamson G., Briggs D. High resolution XPS of organic polymers: The Scienta ESCA300 Database. Chichester: Wiley, 1992. 287 p.

13. Shabanova I. N., Kodolov V. I., Terebova N. S., Sapozhnikov G. V. Rentgenoelektronnoe issledovanie vliyaniya soderzhaniya metall/uglerodnykh nanostruktur i ikh aktivnosti na modifitsirovanie polimerov [XPS study of the influence of metal/carbon nanocomposites concentration and its activity on polymer modification]. Poverkhnost'. Rentgenovskie, sinkhrotronnye i neytronnye issledovaniya [Journal of Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques], 2014, no. 7, pp. 104-108. https://doi.org/10.7868/S0207352814070178

14. Shabanova I. N., Terebova N. S., Sapozhnikov G. V. XPS study of the influence of minute additions of carbon metal-containing nanoforms on the polymer structureв. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 2014, vol. 195, pp. 43-47. https://doi.org/10.1016/j.elspec.2014.04.002

15. Bystrov S. G., Dorfman A. M., Lyakhovich A. M., Povstugar V. I. An investigation of the plasma-polymerized inhibited protective coating on iron by atomic force microscopy and spectroscopy. Journal of Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2001, vol. 16, no. 11, pp. 1731-1737.

16. Lobkovskiy S. A., Oshchepkova M. Yu., Kustov M. A., Trineeva V. V. Nanometricheskie dobavki kak sredstvo povysheniya ekspluatatsionnykh kharakteristik kleevykh sistem pri izgotovlenii izdeliy spetstekhniki [Nanometric additives as tools for improving the service characteristics of adhesive systems during manufacturing the special equipment products]. Klei. Germetiki. Tekhnologii [Adhesives. Sealants, Technologies], 2011, no. 8, pp. 14-16.

Быстров Сергей Геннадьевич, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, Физико-технический институт УдмФИЦ УрО РАН, тел. +79128517855, e-mail: bystrov.sg@mailru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.