Спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитів

Реферат: Спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитів витримуванням полімерної плівки стехіометричного складу поліетиленімін/пектин в 0,1 М 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 0,1 М водно-спиртовому розчині 2+ борогідриду натрію при мольному співвідношенні [BH4 ]:[Cu ]=6, промиванням і сушінням за кімнатної температури протягом 24 год. до сталої маси, причому відновлення іонів металів здійснюють у постійному магнітному полі з індукцією B=0,2 Тл за кімнатної температури протягом 3 год. UA 98259 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ МЕТАЛ-ПОЛІМЕРНИХ НАНОКОМПОЗИТІВ UA 98259 U UA 98259 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів обробки і приготування композитів високомолекулярних сполук, конкретно метал-полімерних нанокомпозитів, і призначена для застосування при виробництві пристроїв оптики, електроніки, у процесах каталізу тощо. Відомий спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитів диспергуванням твердих наповнювачів і подальшим введенням їх у полімерну матрицю [1]. Однак цей спосіб 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. Відомий спосіб отримання метал-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 у разі застосування розчинів CuSO4, 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. Прототипом є спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитів [3] витримуванням полімерної плівки стехіометричного складу поліетиленімін/пектин в 0,1 М водному розчині сульфату міді за кімнатної температури протягом 24 год. до завершення сорбції CuSO4 (при цьому безбарвна плівка набуває яскраво-синього кольору), відновленням за кімнатної температури протягом 3 год. у 0,1 М водно-спиртовому розчині борогідриду натрію NaBH4 при 2+ мольному співвідношенні [ВН4 ]:[Сu ] від 0,5 до 10 (про перебіг процесу відновлення свідчить інтенсивне виділення бульбашок газу і зміна кольору плівки на темно-коричневий), промиванням і сушінням за кімнатної температури протягом 24 год. до сталої маси. Одержані композити досліджували методами ширококутової рентгенографії та трансмісійної електронної мікроскопії. У таких композитах утворюються тверді наночастинки сталого розміру (8-10 нм), рівномірно й однорідно розподілені в об'ємі полімеру. На Фіг. 1 наведено дифрактограми метал2+ полімерних нанокомпозитів. Як видно з Фіг. 1, при мольному співвідношенні [BH4 ]:[Cu ]=0,5 утворюються наночастинки Сu2О (крива 1), тобто іони Сu(ІІ) відновлюються тільки до Сu(І), при 2+ мольному співвідношенні [ВН4 ]:[Сu ]=5 з'являється фаза Сu(0) (крива 2). При мольному 2+ співвідношенні [ВН4 ]:[Cu ]=6 процес відновлення відбувається найповніше, у зразку присутні наночастинки як Сu2О, так і Сu(0) (крива 3). Збільшення мольного співвідношення до [ВН 4 2+ ]:[Сu ]=10 не змінює складу нанокомпозиту (крива 4). Отже, мольне співвідношення [ВН 4 2+ ]:[Сu ]=6 є оптимальним для даного способу відновлення. Недоліком відомого способу є те, що іони металів відновлюються частково до металічного, частково до закисного стану. Задачею пропонованої корисної моделі є розробка способу отримання метал-полімерних 2+ нанокомпозитів при мольному співвідношенні [ВН4 ]:[Сu ]=6 із відновленням іонів Сu(ІІ) до металічного стану Сu(0). Поставлена задача вирішується тим, що за способом отримання метал-полімерних нанокомпозитів витримуванням полімерної плівки стехіометричного складу поліетиленімін/пектин в 0,1 М 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 0,1 М водно-спиртовому розчині борогідриду натрію при 2+ мольному співвідношенні [ВН4 ]:[Сu ]=6, промиванням і сушінням за кімнатної температури протягом 24 год. до сталої маси, згідно з запропонованою корисною моделлю, відновлення іонів металів здійснюють у постійному магнітному полі з індукцією B=0,2 Тл за кімнатної температури протягом 3 год. Композити 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. Заявлений спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитів реалізується таким чином. Приклад 1. На першому етапі плівку стехіометричного складу поліетиленімін/пектин занурюють у 0,1 М 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 0,1 М водно-спиртовий розчин борогідриду натрію NaBH4. Мольне співвідношення [ВН4 2+ ]:[Сu ]=6. На третьому етапі здійснюють відновлення іонів Сu(ІІ) до металічних наночастинок Сu(0) під дією постійного магнітного поля (ПМП), витримують 3 год. при кімнатній температурі. На четвертому етапі зразок промивають і висушують до сталої маси. Метал-полімерний 1 UA 98259 U нанокомпозит має темно-коричневий колір і металічний блиск. Розмір частинок становить 8-10 нм. Етапи реалізації способу отримання метал-полімерних нанокомпозитів Приклади реалізації способу Згідно з пропонованою KM Прототип 1 2П 3П Сорбція солі CuSO4 з водного р-ну, конц-ія, моль/л І Т-ра етапу, °C Тривалість етапу, год. Сорбція відновника [ВН4 ] з водного рII ну, конц-ія, моль/л 2+ Співвідн. [ВН4 ]:[Сu ] Відновлення під дією ПМП, В, Тл III Т-ра етапу, °C Тривалість етапу, год. Промивання, сушіння до сталої маси, тиск, атм IV Т-ра етапу, °C Тривалість етапу, год. 5 10 15 0,1 0,1 0,1 20 24 20 24 20 24 0,1 0,1 0,1 6 0,2 20 3 0,5 6 1 1 1 20 20 20 24 24 24 Ступінь відновлення наночастинок Сu(0) Cu(I) Cu(0)/Cu(I) Як видно з таблиці, метал-полімерні композити, отримані, згідно з запропонованою корисною моделлю, містять лише металічну фазу Сu(0), що підтверджується також даними Фіг. 2. На Фіг. 2 наведено для порівняння дифрактограми зразка з оптимальним мольним 2+ співвідношенням [ВН4 ]:[Сu ]=6, отриманого за прототипом (зразок 3П, крива 1) і за запропонованою корисною моделлю (зразок 1, крива 2). Як видно з фіг. 2, у зразку ЗП присутні як фаза Сu(0), так і фаза Сu2О, тоді як у зразку 1 присутня тільки фаза металічної міді. Джерела 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 С.П и др. // Рос. нанотехнологии. 2006. - Т. 1, № 1. - С. 191. 3. Демченко В.Л., Штомпель В.І., Рябов С.В., Гончаренко Л.А. // Наноструктурное материаловедение. 2014. - № 1. - С. 45. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитів витримуванням полімерної плівки стехіометричного складу поліетиленімін/пектин в 0,1 М 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 0,1 М водно-спиртовому розчині 2+ борогідриду натрію при мольному співвідношенні [BH4 ]:[Cu ]=6, промиванням і сушінням за кімнатної температури протягом 24 год. до сталої маси, який відрізняється тим, що відновлення іонів металів здійснюють у постійному магнітному полі з індукцією B=0,2 Тл за кімнатної температури протягом 3 год. 2 UA 98259 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3