Спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитних матеріалів

Реферат: Спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитних матеріалів включає витримування полімерної плівки стехіометричного складу поліетиленімін/пектин в 0,1 М водному розчині сульфату міді за кімнатної температури протягом 24 год. до завершення сорбції CuSO4, відновлення за допомогою NaBH4 за кімнатної температури протягом 3 год. у 0,1М водно2+ спиртовому розчині борогідриду натрію при мольному співвідношенні [BH4 ]:[Cu ]=6, промивання і сушіння за кімнатної температури протягом 24 год. до сталої маси. Відновлення іонів Сu(ІІ) до металічного стану Сu(0) здійснюють у постійному електричному полі з 6 напруженістю E=10 В/м за кімнатної температури протягом 3 год. UA 98286 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ МЕТАЛ-ПОЛІМЕРНИХ НАНОКОМПОЗИТНИХ МАТЕРІАЛІВ UA 98286 U UA 98286 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів обробки і приготування композитів високомолекулярних сполук, конкретно метал-полімерних нанокомпозитних матеріалів, і призначена для застосування при виробництві пристроїв оптики, електроніки, у процесах каталізу тощо. Відомий спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитних матеріалів подрібненням металевих порошків і подальшим введенням їх в об'єм полімеру [1]. Однак дисперговані частинки металу мають різний розмір, перемішування композитів не забезпечує рівномірного розподілу частинок металу в об'ємі полімеру, відповідно і властивості таких матеріалів не є однорідними. Відомий спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитних матеріалів шляхом відновлення іонів металів у полімерній матриці хімічними відновниками, наприклад гідразином чи борогідридом натрію [2]. Спосіб реалізують сорбцією іонів металів із водних розчинів полімерними плівками. При цьому безбарвні прозорі плівки набувають кольору, властивого відповідним розчинам солей (наприклад у разі 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 є спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитних матеріалів [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 2+ NaBH4 при мольному співвідношенні [BH4 ]:[Cu ] 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 нанокомпозитних матеріалів: при мольному співвідношенні [BH 4 ]:[Cu ]=0,5 утворюються наночастинки Сu2О (зразок 2П, крива 1), тобто іони Сu(ІІ) відновлюються тільки до 2+ Сu(І); при мольному співвідношенні [BH4 ]:[Cu ]=5 з'являється фаза Сu(0) (крива 2). При 2+ мольному співвідношенні [BH4 ]:[Cu ]=6 процес відновлення відбувається найповніше, у зразку присутні наночастинки як Сu2О, так і Сu(0) (зразок 3П, крива 3). Збільшення мольного 2+ співвідношення до [BH4 ]:[Cu ] =10 не змінює складу нанокомпозиту (крива 4). Отже, мольне 2+ співвідношення [BH4 ]:[Cu ]=6 є оптимальним для даного способу відновлення. Недоліком відомого способу є те, що іони металів відновлюються частково до металічного, частково до закисного стану. Задачею корисної моделі є розробка способу отримання метал-полімерних 2+ нанокомпозитних матеріалів при мольному співвідношенні [BH4 ]:[Cu ]=6 із відновленням іонів Сu(ІІ) до металічного стану Сu(0). Поставлена задача вирішується тим, що спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитних матеріалів включає витримування полімерної плівки стехіометричного складу поліетиленімін/пектин в 0,1 М водному розчині сульфату міді за кімнатної температури протягом 24 год. до завершення сорбції CuSO4, відновлення за допомогою NaBH4 за кімнатної температури протягом 3 год. у 0,1 М водно-спиртовому розчині борогідриду натрію при 2+ мольному співвідношенні [BH4 ]:[Cu ]=6, промивання і сушіння за кімнатної температури протягом 24 год. до сталої маси, згідно з корисною моделлю, відновлення іонів Сu(ІІ) до 6 металічного стану Сu(0) здійснюють у постійному електричному полі з напруженістю E=10 В/м 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 NaBH 4. Відновлення 6 здійснювали в постійному електричному полі (ПЕП) з напруженістю E=10 В/м таким чином, що силові лінії поля орієнтувалися перпендикулярно до площини плівки. Заявлений спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитних матеріалів реалізують 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 ОДМ водно-спиртовий розчин борогідриду натрію NaBH4. Мольне співвідношення [BH4 1 UA 98286 U 2+ 5 ]:[Cu ]=6. На третьому етапі здійснюють відновлення іонів Сu(ІІ) до металічного стану Сu(0) під 6 дією постійного електричного поля (ПЕП) з напруженістю E=10 В/м, витримують 3 год. при кімнатній температурі. На четвертому етапі одержаний метал-полімерний нанокомпозитний матеріал промивають і висушують до сталої маси. Метал-полімерний нанокомпозитний матеріал має темно-коричневий колір і металічний блиск. Розмір частинок Сu(0) становить 8-10 нм. Етапи реалізації способу отримання метал-полімерних нанокомпозитних матеріалів І II Ill IV 10 15 20 Приклади реалізації способу Запропонована корисна Найближчий аналог модель 1 2П 3П Сорбція солі CuSO4 з водного р-ну, конц-ія, моль/л Т-ра етапу, °C Тривалість етапу, год. Сорбція відновника [BH4 ] з водного р-ну, конц-ія, моль/л 2+ Співвідн. [BH4 ]:[Cu ] Відновлення під дією ПЕП, Е, В/м Т-ра етапу, °C Тривалість етапу, год. Промивання, сушіння до сталої маси, тиск, атм Т-ра етапу, °C Тривалість етапу, год. 0,1 0,1 0,1 20 24 20 24 20 24 0,1 0,1 0,1 6 6 10 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 нанокомпозитні матеріали, 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 2+ мольним співвідношенням [BH4 ]:[Cu ]=6, отриманого за найближчим аналогом (зразок 3П, крива 1) і за запропонованою корисною моделлю (зразок 1, крива 2). Як видно з фіг. 2, у зразку 3П присутні як фаза Сu(0), так і фаза Cu2O, 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 полмерах. 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., Рябов С.В., Гончаренко Л.А. // Наноструктурное материаловедение. - 2014. - № 1. - С. 45. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб отримання метал-полімерних нанокомпозитних матеріалів, що включає витримування 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 водно2+ спиртовому розчині борогідриду натрію при мольному співвідношенні [BH4 ]:[Cu ]=6, промивання і сушіння за кімнатної температури протягом 24 год. до сталої маси, який відрізняється тим, що відновлення іонів Сu(ІІ) до металічного стану Сu(0) здійснюють у 6 постійному електричному полі з напруженістю E=10 В/м за кімнатної температури протягом 3 год. 2 UA 98286 U 3 UA 98286 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 4