CC BY
34
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНО-КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, НАПОЛНЕННЫХ С НАНОЧАСТИЦАМИ ОКСАЛАТА МЕДИ (II)
Кенжаев Даврон Ражабович
старший преподаватель, Термезский государственный университет,
Узбекистан, г. Термез E-mail: [email protected]
Джалилов Абдулахат Турапович
д-р хим. наук, профессор, директор Государственного унитарного предприятия Ташкентского научно- исследовательского института химической технологии, Узбекистан, Ташкентская обл., Зангиотинскийр-н, п/о Ибрат.
E-mail: [email protected]
Тураев Хайит Худайназарович
д-р хим. наук, профессор, Термезский государственный университет,
Узбекистан, г. Термез E-mail:[email protected]
Гелдиев Юсуф Аллаярович
преподаватель Термезского государственного университета,
Узбекистан, г. Термез E-mail: [email protected]
PROPERTIES OF POLYMER-COMPOSITE MATERIALS FILLED WITH NANOPARTICLES
OF COPPER (II) OXALATE
Davron Kenzhaev
Senior Lecturer, Termez State University, Uzbekistan, Termez
Abdulahat Jalilov
Professor, Doctor of Chemical Sciences, Director of the State Unitary Enterprise of the Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, Uzbekistan, Tashkent Region, Zangiotinsky District, Ibraht.
Hayit Turaev
Doctor of Chemical Sciences, Professor, Termez State University,
Uzbekistan, Termez.
Yusuf Geldiev
Senior Lecturer, Termez State University, Uzbekistan, Termez
АННОТАЦИЯ
В статье исследованы влияние концентраций наночастиц оксалата меди (II) (II) в качестве нанонапольнителя на физико-механических свойств полученного композита полиэтилена с низкой плотностью. Определены оптимальные размеры нанонапольнителя по дифракционном методом. Изучено показателя текучести расплава, прочности при растяжении нанокомпозита.
Библиографическое описание: Свойства полимерно-композиционных материалов, модифицированных с наноча-стицами оксалата меди (II) // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. Кенжаев Д.Р. [и др.]. 2019. № 6(60). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/7442
ABSTRACT
The article investigates the effect of the concentration of copper (II) oxalate nanoparticles as a nanofiller on the physicomechanical properties of the resulting low density polyethylene composite. The optimal size of the nanoposition is determined by the diffraction method. The melt flow rate and the tensile strength of the nanocomposite were studied.
Ключевые слова: наночастицы, медь (II) оксалат, нанонапольнитель, нанокомпозит, полиэтилен с низкой плотности, реологический свойств.
Keywords: nanoparticles, copper (II) oxalate, nanofiller, nanocomposite, low density polyethylene, rheological properties.
Введение. Неметаллические материалы отличаются от металлических с природных химических связей, у них нет свободных электронов обеспечивающее тепло- и электропроводящие свойства, а также очень низкую плотность, из-за чего они гораздо легче чем металлические материалы. Происхождение неметаллических материалов и связанные с ним условия их получения и переработки во многом определяют технико-экономические показатели и возможности их практического использования. По происхождению они подразделяются на природные, искусственные и синтетические [1, с. 18].
На основные свойства композитов оказывает существенное влияние природа и особенности полимера, форма и степень дисперсности наноразмерных частиц. Для частиц малых размеров существенным является взаимодействие элементов матрицы с их поверхностью на молекулярном уровне. Это приводит к новым эффектам, которые не следуют из макроскопических свойств матрицы полимера и параметров наполнителя [2, с.32].
Получение наночастиц в газовой фазе осуществляется - в процессе «испарение - конденсация», в газовой фазе, с помощью топохимических реакций, сверхзвуковое истечение газов из сопла, а также термолизом и восстановлением. А, в жидкой фазе наночастиц получают химической конденсацией, осаждением в растворах и расплавах, золь-гель методом, электрохимическим методом. Ещё, наночастиц можно получить с использованием плазмы- плазмохимическим синтезом, электро-
эрозионным методом и ударно-волновым или детонационным синтезом. Кроме того, есть ещё механохими-ческий, криохимический синтез и биохимические методы получения наноматериалов [3, с.17].
Экспериментальная часть. В данной работе использовано метод получения наночастиц осаждением в жидкой фазе. При синтезе использовались водные растворы оксалата натрия (0,01 М) и сульфата меди (II) (0,005 М). В качестве стабилизатора применен полиэти-ленгликоль. Идентификацию образцов проводили на основе дифрактограмма, которых снимали на аппарате XRD-6100 (Shimadzu, Japan), управляемом компьютером. Применяли CuKa-излучение (Р-фильтр, Ni, 1.54178 режим тока и напряжения трубки 30 mA, 30 kV) и постоянную скорость вращения детектора 4 град/мин с шагом 0,02 град. (ю/20-сцепление), а угол сканирования изменялся от 4 до 80о.
Размеры наночастиц определяли по формуле Шеррера. Размеры синтезированных частиц оксалата меди (II) оказался в интервале от 6,63 нм до 13,07 нм. Среднее значение равно к 10,31 нм.
Результаты и их обсуждение. Свойства и технологические характеристики нанонаполненных полимерных композиционных материалов зависеть не только от размеров наночастиц но и их однородностью. Полученные нами наночастицы являются более однородными (от 6,63- до 13,07 nm) среднем 10,31 nm. Такие наночастицы способны улучшить физико-химические параметры полимерных композиционных материалов 1,5-2 раза, чем обычные наполнители (табл. 1.).
Таблица 1.
Определение размерность наночастиц с рентгенофазном методом
№ 2Theta D I I/Io FWHM Integrated I Dp Dp ср.
1 17,4400 5,08094 198 4 1,4400 17662 6,63
2 18,1400 4,88642 332 6 0,0000 0
3 18,8800 4,69653 509 10 0,0000 0
4 20,0400 4,42722 735 14 0,0000 0
5 21,8370 4,06679 5147 100 0,8297 290667 11,59
6 23,2400 3,82435 606 12 0,0000 0
7 24,1600 3,68076 888 17 0,9696 59001 9,96
8 36,5146 2,45879 264 5 0,7607 12449 13,07
В качестве полимерной матрицы был выбран полиэтилен с низкой плотностью, как наиболее дешевый, доступный крупнотоннажный полимер. В качестве наполнителя были использованы наночастицы оксалата меди (II). Для нахождения концентрации оксалата меди
(II) обеспечивающей наилучшее сочетание механических свойств получаемых нанокомпозитов и технологических параметров их переработки, был получен и исследован ряд нанонаполненных образцов ПЭНП, где, концентрация нанонаполнителя варьировались от 0,1
до 2 масс.ч. Увеличение концентрации наполнителя, часто приводит к снижению показателя текучести расплава (ПТР) и затруднению переработки расплава термопластов в конечном изделии.
Оценка реологических свойств нанонаполнен-ных композитов проводили по пределу текучести расплава (ПТР). С повышением содержания оксалата меди (II) в ПКМ, текучесть композиции уменьшается (табл.2), но вместе с тем композиции, напольненные с оксалатом меди (II), можно перерабатывать и экс-трузионным и литейным методом. ПТР измеряли для
расплавов исходного ПЭНП и расплавов его композиций с различными массовыми частями оксалата меди (II) при температуре 190 0С (табл.2). Как видно из таблицы с повышением концентрации оксалата меди (II) уменьшается текучесть полимерного композита. Когда концентрация оксалата меди (II) в полимере достигается до 1 %, текучесть расплава композиции плавно уменьшается, когда больше одного процента изменение ПТР постепенно уменьшается (табл. 2).
Таблица 2.
Зависимость показателя текучести расплава композиций при 190 0С от ее состава
(размер частиц < 13,1 nm)
Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ПЭНП ПЭНП ПТР, г/10 мин.
ПЭНП 5,30
ПЭНП+0,1 оксалат меди (II) 5,11
ПЭНП+0,3 оксалат меди (II) 4,74
ПЭНП+0,5 оксалат меди (II) 4,08
ПЭНП+0,8 оксалат меди (II) 3,43
ПЭНП+1,0 оксалат меди (II) 2,95
ПЭНП+2,0 оксалат меди (II) 2,65
Вероятнее всего, причиной изменения структуры расплава, является больше степени увеличение расстояния между молекулами полимерной матрицы и формированием кристаллических зон. Такое объяснение находит подтверждение изменением прочности при растяжении композита зависимости от концентрации наполнителя (табл.3.). При добавлении различных концентраций оксалата меди (II) прочность композиции при растяжении существенно уве-
личивается до 1 %, далее на увеличение концентрации соли прочность композиции почти не реагирует. Это может быть объяснено с тем, что в меньших концентрациях нанонаполнитель проникая между молекулами полимерной матрице образует мостики, а с повышением концентрации размер мостиков увеличивается и растяжении непропорционально изменится относительно концентрации наполнителя. Как видно из таблицы, максимум прочности при растяжении достигается при 1-2 масс.ч. наполнителя.
Таблица 3.
Зависимость прочности при растяжении композиции от ее состава (размер частиц <13,1 nm)
Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ПЭНП Прочность при растяжении, МРа
ПЭНП 14,5
ПЭНП+0,1 оксалат меди (II) 9,0
ПЭНП+0,3 оксалат меди (II) 9,4
ПЭНП+0,5 оксалат меди (II) 9,9
ПЭНП+0,8 оксалат меди (II) 10,9
ПЭНП+1,0 оксалат меди (II) 14,9
ПЭНП+2,0 оксалат меди (II) 15,2
Данные, полученных зависимостей физико-механических свойств нанонаполненных полимерных композитов показывает оптимальной концентрацией наполнения ПЭНП с оксалатом меди (II) является 1 масс.ч.
Выводы. Получены наночастицы оксалата меди (II) и доказана и их использование в качестве нанона-полнителя для полиэтиленовой матрице. Показано, что введение наночастиц оксалата меди (II) в полиэтилен, позволяет улучшит физико-механических характеристик полимера.
Список литературы:
1. Лахтин, Ю.М. Материаловедение: учеб. для втузов. - изд-е 5-е. стереотип. / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. -М.: Издательский дом Альянс, 2009. - 527 с.
2. Помогайло, А.Д. Наночастицы металлов в полимерах / А.Д.Помогайло, А.С. Розенберг, И.Е. Уфлянд. - М.: Химия, 2000 - 672 с.
3. Михайлов М. Д. Химические методы получения наночастиц и наноматериалов / М. Д. Михайлов. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. - 259 с.
