ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛИМЕРНОЙ ОБОЛОЧКИ НА СУБМИКРОННЫХ ЧАСТИЦАХ НАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ИХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ

 Одной из основных задач при формировании полимерных композиционных материалов, наполненных субмикронными частицами, является обеспечение воспроизводимости требуемых физико-технических свойств конечного материала [6]. Достижение воспроизводимости заданных свойств материала возможно за счет обеспечения однородного распределения субмикронных частиц наполнителя в полимере при заданной концентрации [7].

При создании полимерного композиционного материала зачастую необходимо изменение поверхностного взаимодействия частиц наполнителя и полимера матрицы для обеспечения однородного распределения частиц наполнителя в полимерной матрице и управления надмолекулярной структурой полимера. Один из методов основан на формировании сплошной полимерной оболочки заданной толщины на поверхности отдельных субмикронных частиц [2]. За счет выбора полимера, из которого формируется сплошная оболочка, можно изменить поверхностные свойства субмикронных частиц наполнителя и, как следствие, их поверхностное взаимодействие с полимером, а за счет контроля толщины формируемого слоя полимера - обеспечить однородное распределение таких частиц в полимерной матрице при их требуемой концентрации.

Один из перспективных методов формирования полимерной оболочки вокруг отдельных субмикронных частиц основан на осаждении на их поверхность частиц мономера, при смешении двух многофазных газовых потоков [5], с последующей полимеризацией мономера на поверхности субмикронных частиц [3]. Данный метод был реализован в КНИТУ-КАИ в экспериментальной установке [4].

Целью данной работы являлось изменение поверхностных свойств субмикронных частиц при формировании на их поверхности полимерной оболочки в многофазных газовых потоках.

Для проверки изменения поверхностных свойств были проведены эксперименты по формированию полимерной оболочки на поверхности субмикронных частиц в многофазных газовых потоках. В качестве субмикронных частиц использовался оксид цинка ZnO (характерный размер частиц ~200 нм), полимерная оболочка формировалась за счет осаждения мелкодисперсных капель стирола. В результате экспериментов были получены покрытые полистиролом частицы оксида цинка [1]. Полученные покрытые частицы вводились в дистиллированную воду для получения суспензии. Полученная суспензия исследовалась методом фотонной корреляционной спектроскопии – ФКС (другое название - динамическое рассеяние света). Данный метод позволяет определить коэффициент диффузии дисперсных частиц в жидкости путем анализа корреляционной функции флуктуаций интенсивности рассеянного света. Далее, из коэффициента диффузии рассчитывается радиус наночастиц [8].

Исследовались два вида суспензий: дистиллированная вода с покрытыми частицами оксида цинка и дистиллированная вода с непокрытыми частицами оксида цинка (образец сравнения). Сравнение проводилось по среднему размеру частиц и коэффициенту диффузии, характеризующему свойства поверхности частиц.

Результаты измерения среднего размера частиц представлены на Рисунке 1.

Измерения показали, что средний размер частиц вырос на 3 нм (пик 1). Это соответствует результатам экспериментов, проведенных ранее, и предварительным оценкам толщины оболочки при капсулировании ZnO полистиролом при заданном соотношении концентраций [4].

Результаты измерения коэффициента диффузии частиц представлены на Рисунке 2.

Работа выполнена при поддержке гос. задания №11.34.214/К на выполнение государственных работ в сфере научной деятельности, Фонда (Фонд содействия инновациям) содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (конкурс УМНИК--1-13-II), договор №002218.

Список литературы

1.     Богомолова О.Ю., Данилаев М.П., Зуева Е.М., Польский Ю.Е. Условие формирования сплошной полимерной оболочки на поверхности субмикронных частиц в многофазных газовых потоках // Вестник технологического университета. - 2015. - Т.18, №6. - С.49-53.

2.     Богомолова О.Ю., Данилаев М.П., Польский Ю.Е. Оценка минимальной толщины полимерной оболочки, сформированной вокруг центра конденсации субмикронного размера// Международная научно- техническая конференция "Нигматуллинские чтения" 19-21 ноября 2013г. с.317-318.

3.     Богослов Е.А., Данилаев М.П, Ефимов М.В., Михайлов С.А., Польский Ю.Е. Способ получения порошка капсулированного полимерного материала (варианты) и устройство для его реализации (варианты)// Пат. 054768 Российской федерации МПК7 C08J3/12, C08J 3/28, C08J 9/14, C08J 9/00, B05D 1/04, B05C 3/00, B82Y 99/00, заявитель и патентообладатель Казан. нац. исслед.. техн. ун-т им. А.Н. Туполева –№2011136827/04; опубл. 22.06.2012.

4.     Данилаев М.П., Богомолова О.Ю., Богослов Е.А., Михайлов С.А., Польский Ю.Е., Пашин Д.М. Капсулирование полимером субмикронных частиц// Российские нанотехнологии. 2014. Т.9, выпуск 11-12. с. 41-44.

5.     Данилаев М.П., Михайлов С.А, Польский Ю.Е., Файзуллин К.В. Сопоставительный анализ камер смешения двух многофазных потоков противоположено заряженных частиц//  Изв.вузов. Авиационная техника. 2012. №2. с.69-71

6.     Ричардсон М. Промышленные полимерные композиционные материалы: Пер. с англ. /Под ред. Бабаевского П. Г. — М.: Химия, 1980. 472 с.

7.     Чмутин И.А., Рвыкина Н.Г., Дубникова И.Л. и др. Контроль однородности распределения наночастиц в полимерной матрице. В кн.: Тезисы конференции «Нанотехнологии - производству - 2007». Фрязино, 2007 с. 229-234.

8.     Berne B.J. and Pecora R. Dynamic Light Scattering with Applications to Chemistry, Biology and Physics. Willey- Interscience, N.Y. 1976.