Спосіб отримання металовмісних полімерних нанокомпозитів

Реферат: Спосіб отримання металовмісних полімерних нанокомпозитів, при якому витримують полімерну плівку стехіометричного складу поліетиленімін/пектин в 0,1М водному розчині сульфату міді за кімнатної температури протягом 24 год. до завершення сорбції CuSO 4. Відновлюють за допомогою NaBH4 за кімнатної температури протягом 3 год. у 0,1М водно-спиртовому розчині борогідриду натрію. Промивають і сушать за кімнатної температури протягом 24 год. до сталої 2+ маси. Відновлення іонів металів здійснюють при мольному співвідношенні [ВН 4 ]:[Сu ]=4-10. UA 109532 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ МЕТАЛОВМІСНИХ ПОЛІМЕРНИХ НАНОКОМПОЗИТІВ UA 109532 U UA 109532 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до способів обробки і приготування композитів високомолекулярних сполук, конкретно металовмісних полімерних нанокомпозитів, і призначена для застосування при виробництві пристроїв оптики, електроніки, у процесах каталізу тощо. Відомим аналогом є спосіб отримання металовмісних полімерних нанокомпозитів диспергуванням твердих наповнювачів і подальшим введенням їх у полімерну матрицю [1]. Однак аналог не забезпечує рівномірного розподілу частинок металу в об'ємі полімеру, відповідно в таких матеріалах можна спостерігати градієнт властивостей у різних напрямках. До того ж при диспергуванні утворюються частинки металу різного розміру. Відомим аналогом є спосіб отримання металовмісних полімерних нанокомпозитів шляхом відновлення іонів металів у полімерній матриці хімічними відновниками, наприклад гідразином чи борогідридом натрію [2]. Полімерна матриця сорбує іони металів із водних розчинів. Внаслідок сорбції безбарвні прозорі плівки набувають кольору, властивого відповідним розчинам солей (наприклад при застосування розчинів CuSO 4 вони стають яскраво-синіми). Зміна забарвлення плівок є переконливим якісним доказом сорбції. За умови насичення іони металів рівномірно й регулярно розподіляються в об'ємі полімерної матриці. При відновленні утворюються тверді наночастинки оксидів металів проміжного ступеня окиснення. Найближчим аналогом до корисної моделі є спосіб отримання металовмісних полімерних нанокомпозитів [3] витримуванням полімерної плівки стехіометричного складу поліетиленімін/пектин в 0,1М водному розчині сульфату міді за кімнатної температури протягом 24 год. до завершення сорбції CuSO4, відновленням за кімнатної температури протягом 3 год. у 0,1М водно-спиртовому розчині борогідриду натрію NaBH 4, промиванням і сушінням за кімнатної 2+ температури протягом 24 год. до сталої маси. Мольне співвідношення [ВН 4 ]:[Сu ]=2. Одержані композити досліджували методами ширококутової рентгенографії та трансмісійної електронної мікроскопії. У таких композитах утворюються тверді наночастинки Сu 2О сталого розміру (8-10 нм), рівномірно й однорідно розподілені в об'ємі полімеру. На кресленні (крива 1) наведено дифрактограму одержаного металовмісного полімерного нанокомпозиту. Як видно з креслення, в об'ємі полімерної матриці утворюються наночастинки Сu2О. Недоліком найближчого аналога є те, що іони металів відновлюються до закисного стану Сu(І). В основу корисної моделі поставлена задача розробити спосіб отримання металовмісних полімерних нанокомпозитів відновленням іонів Сu(ІІ) переважно до металічного стану Сu(0). Поставлена задача вирішується тим, що у способі отримання металовмісних полімерних нанокомпозитів витримуванням полімерної плівки стехіометричного складу поліетиленімін/пектин в 0,1М водному розчині сульфату міді за кімнатної температури протягом 24 год. до завершення сорбції CuSO4, відновленням за допомогою NaBH4 за кімнатної температури протягом 3 год. у 0,1М водно-спиртовому розчині борогідриду натрію, промиванням і сушінням за кімнатної температури протягом 24 год. до сталої маси, згідно з корисною моделлю, відновлення іонів металів здійснюють при мольному співвідношенні [ВН 4 2+ ]:[Сu ]=4-10. Металовмісні полімерні нанокомпозити отримували на основі полімерної матриці стехіометричного складу поліетиленімін/пектин (ПЕІ/пектин). Як наповнювач використовували мідь у вигляді водних розчинів сульфату міді. Як відновник використовували борогідрид натрію NaBH4. Корисну модель виконують наступним чином. Приклад 1. На першому етапі плівку стехіометричного складу поліетиленімін/пектин занурюють у 0,1М водний розчин солі CuSO4 на 24 год. за кімнатної температури. При цьому безбарвна плівка набуває яскраво-синього кольору. На другому етапі набухлу плівку вміщують в 0,1М водно-спиртовий розчин борогідриду натрію NaBH 4. Мольне співвідношення [ВН4 2+ ]:[Сu ]=4. На третьому етапі зразок промивають і висушують до сталої маси. Металовмісний полімерний нанокомпозит має темно-коричневий колір і металічний блиск. Розмір частинок становить 8-10 нм. 1 UA 109532 U І II III 5 10 15 Приклади реалізації способу Етапи реалізації способу отримання металовмісних Згідно з корисною моделлю Найближчий полімерних нанокомпозитів аналог Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 Сорбція солі CuSO4 3 водного р0,1 0,1 0,1 0,1 ну, конц-ія, моль/л Т-ра етапу, °C 20 20 20 20 Тривалість етапу, год. 24 24 24 24 Сорбція відновника [ВН4 ] з 0,1 0,1 0,1 0,1 водного р-ну, конц-ія, моль/л 2+ Співвідн. [ВН4 [Сu ] 4 6 10 2 Промивання, сушіння до сталої 1 1 1 1 маси, тиск, атм Т-ра етапу, °C 20 20 20 20 Тривалість етапу, год. 24 24 24 24 Ступінь відновлення наночастинок (вміст закисної фази Сu(І), %) 13,0 5,2 5,2 31,2 склад металовмісних полімерних Фазовий нанокомпозитів Cu(0)/Cu(I) Сu(0) Сu(0) Сu(I) Як видно з таблиці, металовмісні полімерні нанокомпозити, отримані згідно з корисною 2+ моделлю при мольному співвідношенні [ВН4 ]:[Сu ] = 4, містять як фазу Сu2О, так і фазу Сu(0) 2+ (кресл. крива 2). При мольному співвідношенні [ВН4 ]:[Сu ] = 6 композити містять переважно металічну фазу Сu(0), що підтверджується також кресленням (крива 3). На кресленні наведено для порівняння дифрактограму зразка металовмісних полімерних нанокомпозицій з позамежним 2+ мольним співвідношенням [ВН4 ]:[Сu ] = 10 (крива 4). З порівняння кривих 3 і 4 можна зробити 2+ висновок, що оптимальним співвідношенням є [ВН4 ]:[Сu ] = 6, достатнє для одержання металовмісних полімерних нанокомпозитів, що містять переважно металічну мідь, а також при 2+ мольному співвідношенні [ВН4 ]:[Сu ] = 2 (крива 1 - найближчий аналог). Джерело інформації: 1. Помогайло А.Д., Розенберг А.С, Уфлянд Е.И. Наночастицы металлов в полимерах. - М.: Химия, 2000. 2. Зезин А.Б., Рогачева В.Б., Валуева СП и др. // Рос. нанотехнологии. 2006. - Т. 1, № 1. - С. 191. 3. Демченко В.Л., Штомпель В.І. Структурна організація, морфологія і термомеханічні властивості потрійних поліелектроліт-металічних комплексів та отриманих із них нанокомпозитів // Полімери, журн. - 2013. - Т. 35, № 1. - С.47-53. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Спосіб отримання металовмісних полімерних нанокомпозитів витримуванням полімерної плівки стехіометричного складу поліетиленімін/пектин в 0,1М водному розчині сульфату міді за кімнатної температури протягом 24 год. до завершення сорбції CuSO4, відновленням за допомогою NaBH4 за кімнатної температури протягом 3 год. у 0,1М водно-спиртовому розчині борогідриду натрію, промиванням і сушінням за кімнатної температури протягом 24 год. до сталої маси, який відрізняється тим, що відновлення іонів металів здійснюють при мольному 2+ співвідношенні [ВН4 ]:[Сu ]=4-10. 2 UA 109532 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3