Спосіб отримання нанокомпозитів на основі поліетеру та вуглецевих нанотрубок

Реферат: Спосіб отримання нанокомпозитів на основі поліетеру та вуглецевих нанотрубок додаванням до поліетеру при перемішуванні вуглецевих нанотрубок. Як поліетер використовують частково кристалічний поліетиленгліколь молекулярної маси 1000 г/моль (ПЕГ-1000), нагрівають до температури 60 °C і в одержаний розплав додають ВНТ, перемішують протягом 2 хв. Суміш 6 витримують за температури 60 C під дією постійного електричного поля з напруженістю 1·10 В/м протягом 60 хв і охолоджують до кімнатної температури під дією постійного електричного 6 поля з напруженістю 110 В/м. UA 91248 U (12) UA 91248 U UA 91248 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до способів приготування композицій високомолекулярних сполук з добавками неорганічних компонентів і може знайти застосування переважно в областях електроніки й електротехніки (для виробництва напівпровідникових пристроїв, терморезисторів, іонних перемикачів струму, іонпровідних покриттів та клеїв, елементів мікроелектроніки). Відомий спосіб отримання нанокомпозитів на основі поліетеру та вуглецевих нанотрубок (ВНТ) [1], який полягає в додаванні до системи поліпропіленгліколь-ВНТ неорганічної солі LiClO4 у кількості 2 мас. %. Таким способом вдалося знизити поріг перколяції полімерної системи, наповненої нанотрубками, від 0,45 мас. % до 0,4 мас. %. Недоліком цього способу є те, що в таких нанокомпозитах при додаванні LiClO4 суттєво підвищується електропровідність за рахунок значного вкладу вільних іонів, які утворюються в результаті дисоціації солі. Прототипом пропонованої корисної моделі є спосіб отримання нанокомпозитів на основі поліпропіленгліколю молекулярної маси 400 г/моль (ППГ-400) та вуглецевих нанотрубок (ВНТ) з додаванням органомодифікованого лапоніту (ОЛП) [2]. За прототипом до 100 мас. % ППГ-400 за кімнатної температури додають від 0,1 мас. % до 1,0 мас. % ВНТ при перемішуванні протягом 2 хв, до суміші додають 0,1 мас. % лапоніту (Laponite-RD), попередньо модифікованого в органоформу шляхом введення до його складу гексадецилтриметиламонійброміду (ОЛП), при перемішуванні протягом 2 хв. Таким чином можна знизити поріг електричної перколяції від 0,4 мас. % до 0,2 мас. %. Проте цей спосіб передбачає застосування додаткового прийому органомодифікації лапоніту, що значно ускладнює технологію і збільшує витрати на виробництво таких матеріалів. В основу корисної моделі поставлена задача розроблення способу отримання нанокомпозитів на основі поліетеру та вуглецевих нанотрубок зі зниженим порогом електричної перколяції. Поставлена задача вирішується тим, що за способом отримання нанокомпозитів на основі поліетеру та вуглецевих нанотрубок додаванням до поліетеру при перемішуванні вуглецевих нанотрубок, згідно з пропонованою корисною моделлю, як поліетер використовують частково кристалічний поліетиленгліколь молекулярної маси 1000 г/моль (ПЕГ-1000), нагрівають до 60 °C і в одержаний розплав додають ВНТ, перемішують 2 хв, витримують при 60 °C під дією 6 постійного електричного поля (ПЕП) із напруженістю 10 В/м 60 хв і охолоджують до кімнатної 6 температури під дією ПЕП із напруженістю 10 В/м. Нанокомпозити отримували на основі частково кристалічного поліетиленгліколю молекулярної маси 1000 г/моль (ПЕГ-1000), виробник - компанія Aldrich. Як наповнювач використовували тонкодисперсний порошок багатошарових вуглецевих нанотрубок (виробництво ООО "ТМСпецмаш", Україна). Нанокомпозити отримували під дією постійного 6 електричного поля (ПЕП) із напруженістю Е=10 В/м. Заявлений спосіб отримання нанокомпозитів на основі поліетеру та вуглецевих нанотрубок зі зниженим порогом електричної перколяції реалізується таким чином. Приклад 1. На першому етапі за температури 60 °C до 100 мас. % розплаву ПЕГ-1000 додають 0,2 мас. % наповнювача ВНТ при перемішуванні протягом 2 хв. На другому етапі за температури 60 °C суміш витримують під дією постійного електричного поля з напруженістю 6 110 В/м протягом 60 хв. На третьому етапі суміш охолоджують до кімнатної температури під 6 дією постійного електричного поля з напруженістю 110 В/м протягом 60 хв. Аналогічно готують зразки за прикладами 2-5. У контрольних прикладах 6К і 7К етапи II і III здійснювали за відсутності ПЕП. Суть методу пояснюється прикладами, графіком, таблицею. 1 UA 91248 U Таблиця Етапи реалізації способу Приклади реалізації способу № отримання нанокомпозитів Згідно з пропонованою корисною моделлю Прототип етапу на основі поліетеру та 1 2 3 4 5 6К 7К 8* вуглецевих нанотрубок Введення до 100 мас. % ПЕГ-1000 наповнювача 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,2 1,0 1,0 ВНТ при перемішуванні І Т-ра етапу, °C 60 60 60 60 60 60 60 20 Тривалість етапу, хв 2 2 2 2 2 2 2 2 Витримування 6 6 6 6 6 нанокомпозиту в ПЕП, 110 110 110 110 110 н.у. н.у. В/м II Т-ра етапу, °C 60 60 60 60 60 60 60 Тривалість етапу, хв 60 60 60 60 60 60 60 Охолодження до кімнатної температури в 1106 1106 1106 1106 1106 н.у. н.у. ПЕП, В/м III Т-ра етапу, °C Тривалість етапу, хв 60 60 60 60 60 60 60 Поріг електричної перколяції нанокомпозитів на основі поліетеру та вуглецевих нанотрубок Поріг електричної перколяції, 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,5 0,5 0,2 мас. % * - у прикладі за прототипом як поліетер використовують ППГ-400 і додатково вводять 0,1 мас. % ОЛП 5 10 15 20 25 Значення порога перколяції для нанокомпозитів на основі поліетерів і ВНТ наведено в таблиці. Як свідчать дані таблиці, для нанокомпозитів на основі ПЕГ-1000 і ВНТ, витриманих і охолоджених до кімнатної температури під дією ПЕП, значення порога електричної перколяції зменшується у 5 разів (від 0,5 мас. % до 0,1 мас. %), тобто більше порівняно з прототипом. На рисунку наведено криві залежності електропровідності від вмісту ВНТ (перколяційні криві) для нанокомпозитів, сформованих за н. у. та під дією ПЕП. З рисунка видно, що поріг перколяції (критична концентрація наповнювача, за якої відбувається різкий стрибок електропровідності) для систем, сформованих у ПЕП, значно нижчий, аніж для систем, сформованих за н. у. Як видно з даних таблиці, спосіб отримання нанокомпозитів на основі поліетеру та вуглецевих нанотрубок зі зниженим порогом електричної перколяції, згідно з пропонованою корисною моделлю, дає змогу в 5 разів зменшити вміст ВНТ у складі нанокомпозиту, що при вартості ВНТ від 265 до 700 USD за кілограм дає суттєву економію. Також за пропонованим способом отримання нанокомпозитів на основі поліетеру та вуглецевих нанотрубок зі зниженим порогом електричної перколяції, згідно з пропонованою корисною моделлю, відпадає потреба у використанні штучно синтезованого органомодифікованого лапоніту. Джерела інформації: 1. Лисенков Е.А., Клепко В.В. Особливості переносу зарядів у системі поліетиленгліколь/вуглецеві нанотрубки// Журнал нано- та електронної фізики. - 2013. - Т. 5, № 3. - С 03052-1-03052-6. 2. Lysenkov E.A., Lebovka N.I., Yakovlev Y.V., Klepko V.V., Pivovarova N.S. Percolation behaviour of polypropylene glycol filled with multiwalled carbon nanotubes and Laponite// Composites Science and Technology. - 2012. - V. 72. - P. 1191-1195. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Спосіб отримання нанокомпозитів на основі поліетеру та вуглецевих нанотрубок додаванням до поліетеру при перемішуванні вуглецевих нанотрубок, який відрізняється тим, що як поліетер використовують частково кристалічний поліетиленгліколь молекулярної маси 1000 г/моль (ПЕГ 2 UA 91248 U 5 1000), нагрівають до температури 60 °C і в одержаний розплав додають ВНТ при такому співвідношенні компонентів (мас. %): поліетиленгліколь ПЕГ-1000 100 наповнювач ВНТ 0,2-1,0, перемішують протягом 2 хв, суміш витримують за температури 60 °C під дією постійного 6 електричного поля з напруженістю 1·10 В/м протягом 60 хв і охолоджують до кімнатної 6 температури під дією постійного електричного поля з напруженістю 110 В/м. 10 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3