Способ получения наномодифицированных полимерных материалов

Изобретение относится к способу получения полимерных материалов. Способ получения наномодифицированных полимерных материалов включает конденсацию паров мономера. Мономер предварительно нагревают до температуры кипения. Далее пары мономера подают в газовый канал, тем самым создавая первый двухфазный поток, включающий газ и пары мономера. Затем первый двухфазный поток подают в камеру смешения. Одновременно во второй газовый канал подают охлажденные до температуры не менее 0 градусов по Цельсию наночастицы, создавая тем самым второй двухфазный поток, который также подают в камеру смешения одновременно с первым двухфазным потоком. Конденсацию паров мономера стирола получают в камере смешения, устанавливая температуру стенок которой не ниже температуры кипения мономера. Процесс смешения двух двухфазных газовых потоков осуществляют не менее 0,1 с, в результате чего получают конденсат частиц мономера на поверхности наночастиц и далее полимеризуют до твердого состояния. Технический результат - повышение степени контроля структуры наномодифицированного полимерного материала благодаря конденсации мономера на поверхности наночастиц. 1 ил.

 

Данное изобретение относится к способу получения полимерных материалов с целью введения наночастиц в полимерную матрицу, используемую для создания изделий из модифицированных полимерных материалов, и может быть использовано в устройствах серийного производства полимерных изделий.

Предпосылкой создания изобретения является необходимость получения исходных модифицированных полимерных материалов (МПМ) с требуемыми свойствами, пригодных для изготовления изделий с улучшенными свойствами в различных областях техники и промышленности.

Известны способы получения полимерных материалов с целью введения наночастиц в полимерную матрицу.

Существует способ [Патент на изобретение Ru 2428402 от 29.09.2009, Польский Юрий Ехилевич, Михайлов Сергей Анатольевич, Амирова Лилия Миниахметовна, Данилаев Максим Петрович] диспергирования нано- и микрочастиц, их смешения с частицами полимера и закрепления на поверхности частиц полимера с целью введения нано- или микрочастиц в полимерную матрицу, используемую для создания изделий из модифицированных полимерных материалов, которые могут быть использованы в устройствах серийного производства указанных изделий. Реализация данного способа достигается тем, что смешение отдельных нано- или микрочастиц происходит в газовой среде, при этом конгломераты нано- или микрочастиц вводятся в поток газа. Полученная смесь ионизируется, и конгломераты нано- или микрочастиц заряжаются, затем диспергируются на отдельные заряженные нано- или микрочастицы. Одновременно частицы полимера вводятся в другой поток газа, полученная смесь также ионизируется, при этом частицы полимера заряжаются противоположным по знаку зарядом относительно заряда нано- или микрочастиц. Затем раздельные двухфазные газовые потоки смешиваются, при этом нано- или микрочастицы осаждаются на частицах полимера за счет электростатического взаимодействия между заряженными противоположными по знаку зарядами нано- или микрочастиц и частиц полимера. Закрепление нано- или микрочастиц на полимерном материале осуществляется за счет воздействия электромагнитным полем на частицы полимера вместе с осажденными на их поверхности частицами. Производство изделий из модифицированного полимерного материала осуществляется стандартным способом, например с использованием экструдера с последующей формовкой деталей.

Существует способ [Патент на изобретение RU 2446187 от 17.06.2010, Карбушев Валерий Валерьевич, Семаков Александр Васильевич, Куличихин Валерий Григорьевич] получения полимерного нанокомпозита, включающий смешение термопласта с наполнителем - наноалмазом детонационного синтеза, указанное смешение осуществляют в расплаве термопласта в режиме упругой неустойчивости, для чего выбирают температуру и напряжение сдвига, обеспечивающие значение числа Вайссенберга не менее 10, при следующем соотношении компонентов, мас.%: термопласт 95,0-99,5; наноалмаз детонационного синтеза 0,5-5,0.

Существует способ получения полимерных материалов [Заявка на изобретение RU 2002135374 от 20.07.2004, Григорьев Евгений Иванович (Кардаш Игорь Ефимович, Чвалун Сергей Николаевич, Пебалк Андрей Владимирович, Завьялов Сергей Алексеевич], выбранный в качестве прототипа, содержащих наночастицы металлов, путем совместной конденсации в вакууме на подложке паров параксилилена (его производных или смесей), получаемых из циклофана и его производных, отличающийся тем, что соконденсация проводится с парами металлов (или их смесей), получаемых пиролизом карбонилов металлов (или их смесей).

Приведенный в качестве прототипа способ имеет ряд недостатков. Основными недостатками являются:

- недостаточный контроль процесса получения наномодифицированного материала;

- невозможность нанесения на одну частицу определенного количества мономера.

Решаемая техническая задача изобретения заключается в повышении степени контроля структуры наномодифицированного полимерного материала благодаря конденсации мономера на поверхности наночастиц.

Решаемая техническая задача в способе получения наномодифицированных полимерных материалов, включающем конденсацию паров мономера, достигается тем, что вещество мономер предварительно нагревают до температуры кипения, далее пары мономера подают в газовый канал, тем самым создавая первый двухфазный поток, включающий газ и пары мономера, затем первый двухфазный поток подают в камеру смешения, одновременно во второй газовый канал подают охлажденные до температуры не менее 0 градусов по Цельсию наночастицы, создавая тем самым второй двухфазный поток, который также подают в камеру смешения одновременно с первым двухфазным потоком, а конденсацию паров мономера стирола на наночастицах получают в камере смешения, устанавливая температуру стенок которой не ниже температуры кипения мономера, процесс смешения двух двухфазных газовых потоков осуществляют не менее 0,1 с, в результате чего получают конденсат частиц мономера на поверхности наночастиц, который далее полимеризуют до твердого состояния.

На чертеже изображен схематичный чертеж установки для осуществления предложенного способа. Установка для осуществления способа получения наномодифицированных полимерных материалов содержит: баллон 1, редуктор 2, манометр 3, ресивер 4, краны 5, 6, газовые каналы 7, 8, манометры 9, 10, эжектор для паров мономера 11, эжектор для наночастиц 12, горелку 13, датчик температуры 14, холодильник 15, датчик температуры 16, камеру смешения 17, горелку 18, датчик температуры 19, камеру полимеризации 20, ультрафиолетовые лампы 21, электростатический фильтр 22.

Баллон 1 соединен с редуктором 2, к которому подсоединен манометр 3, далее подключают ресивер 4, к которому через краны 5 и 6, подсоединяют газовые каналы 7 и 8, к газовым каналам подсоединяют манометры 9 и 10. Газовый канал 7 подсоединяют к эжектору для паров мономера 11, а газовый канал 8 подсоединяют к эжектору для наночастиц 12. Эжектор для паров мономера 11 устанавливают на горелку 13, к эжектору подсоединен датчик температуры 14, а к эжектору для наночастиц 12 подсоединяют холодильник 15, на который установлен датчик температуры 16. Оба эжектора 11 и 12 подсоединяют к камере смешения 17, под которой установлена горелка 18, на камере смешения 17 установлен датчик температуры 19. К камере смешения 17 подсоединяют камеру полимеризации 20, на которой закреплены ультрафиолетовые лампы 21, далее к камере полимеризации подсоединяют электростатический фильтр 22.

Из баллона 1 через редуктор 2 подается газ, например азот, под давлением, давление регулируется и выставляется при помощи манометра 3, далее газ попадает в ресивер 4, далее открывают краны 5 и 6 и газ попадает в первый газовый канал 7 и во второй газовый канал 8. Давление в газовых каналах выставляется при помощи манометров 9 и 10. Далее газ подается в эжектор для мономера 11, создавая первый двухфазный поток. Эжектор 11 содержит мономер, например стирол (Энциклопедия полимеров. Том 3, Ред. коллегия: В.А. Кабанов (глав. ред.) и др. Т.3. П-Я. М., Сов. Энц., 1977. 1152 стр., ил.], находящийся в жидком состоянии, причем внутри эжектора создают температуру выше температуры кипения стирола, т.е. выше 146 градусов по Цельсию, благодаря чему мономер закипает и образуются пары. Одновременно газ подается в эжектор для наночастиц 12 и создается второй двухфазный поток. В качестве наночастиц используются углеродные нанотрубки [Рамбиди Н.Г. Физические и химические основы нанотехнологий / Н.Г. Рамбиди, А.В. Березкин. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 456 с.]. Необходимая температура мономера создается и поддерживается при помощи горелки 13. Температуру в эжекторе для мономера 11 контролируют при помощи датчика температуры 14. Эжектор 12 для наночастиц содержит холодильник 15, с помощью которого охлаждаются наночастицы до 0 градусов по Цельсию, и датчик температуры 16, с помощью которого контролируется температура. Далее два двухфазных потока попадают в общую камеру смешения 17. Температура стенок камеры смешения выставляется, например, 150 градусов по Цельсию. Это необходимо для того, чтобы пары мономера не полимеризовались на стенках камеры смешения. Камера смешения изготавливается из теплопроводного материала. Температура поддерживается при помощи горелки 18 и контролируется при помощи датчика температуры 19. Далее два двухфазных потока перемешиваются в камере смешения, благодаря чему пары мономера стирола конденсируются на углеродных нанотрубках за счет разницы температур, смешение осуществляется не менее 0,1 с, после чего смесь попадает в камеру полимеризации 20. Смешение длится более 0,1 секунды, поскольку именно за это время можно произвести конденсацию мономера на поверхности наночастиц. Камера изготовлена из кварцевого стекла. Полимеризацию осуществляют под воздействием ультрафиолетового излучения за счет шестнадцати ультрафиолетовых ламп 21. Кварцевое стекло пропускает ультрафиолет, за счет чего инициируется реакция радикальной полимеризации, благодаря которой частицы мономера стирола полимеризуются на центрах конденсации - углеродных нанотрубках. После полимеризации мономера образуется порошок, который отлавливается при помощи электростатического фильтра 22. Таким образом, по сравнению с прототипом, за счет контроля разницы температур наночастиц и мономера в камере смешения обеспечивается контроль структуры наномодифицированного материала.

Способ получения наномодифицированных полимерных материалов, включающий конденсацию паров мономера, отличающийся тем, что вещество мономер предварительно нагревают до температуры кипения, далее пары мономера подают в газовый канал, тем самым создавая первый двухфазный поток, включающий газ и пары мономера, затем первый двухфазный поток подают в камеру смешения, одновременно во второй газовый канал подают охлажденные до температуры не менее 0 градусов по Цельсию наночастицы, создавая тем самым второй двухфазный поток, который также подают в камеру смешения одновременно с первым двухфазным потоком, а конденсацию паров мономера стирола на наночастицах получают в камере смешения, устанавливая температуру стенок которой не ниже температуры кипения мономера, процесс смешения двух двухфазных газовых потоков осуществляют не менее 0,1 с, в результате чего получают конденсат частиц мономера на поверхности наночастиц, который далее полимеризуют до твердого состояния.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сополимеру для укладки, способу его получения, композиции для укладки волос, содержащей указанный сополимер, и применению сополимера для укладки волос.
Изобретение относится к полимерным материалам с повышенной электропроводностью и может быть использовано в токопроводящих изделиях конструкционного назначения. .

Изобретение относится к химии полимеров, а именно к формованным изделиям, изготовленным из полимерной композиции, содержащей акриловую сополимерную матрицу и частицы, содержащие неорганический оксид со средневесовым размером частиц, меньшим или равным 400 нм.
Изобретение относится к полимерной дисперсии для маркировки дисперсионных клеев. .

Изобретение относится к технологии получения радиационно-защитного композиционного материала, который может быть использован при изготовлении элементов защиты в различной аппаратуре, применяемой для дефектоскопии, для медицинских целей, для радиоактивного каротажа нефтяных и газовых скважин, в портативных нейтронных генераторах и др.
Изобретение относится к получению ячеистых полимерных частиц, пригодных к применению в композициях для нанесения покрытия. .

Изобретение относится к химии полимеров, а именно к способу получения тепло- и электропроводящих материалов на основе полипропилена, которые могут быть использованы при изготовлении резисторов, тензометрических датчиков деформации, волноводов, экранов, радиаторов и т.д.

Изобретение относится к физически усиленным композитам ультравысокомолекулярного полиэтилена с наполнителем, а именно к композитам с высоким модулем упругости при изгибе и растяжении, используемым для получения формованных изделий, в том числе протезов, пленок, цилиндрических стержней, листовых материалов, панелей, а также к способам получения композита.

Изобретение относится к технологии получения углеродных волокнистых композиционных материалов, в частности к способу упрочнения углеродного волокна, и имеет широкий спектр применения от спортивного инвентаря до деталей самолетов.
Изобретение может быть использовано при изготовлении инструментов для горнодобывающей, камнеобрабатывающей и металлообрабатывающей промышленности. Готовят исходную композицию, состоящую из следующих компонентов, мас.%: фуллерены С-60 или С-70 - 30-50; теплопроводящий компонент - 10-60; связующая добавка - остальное.

Изобретение относится к области получения нанодисперсных порошков неорганических материалов и соединений. Плазмохимические реакции инициируют импульсным микроволновым разрядом, воздействующим на исходные реагенты, в качестве которых используют смесь порошков титана и бора в атмосфере азота, при этом в качестве исходных реагентов используют порошок аморфного бора с размером частиц 1 мкм-100 мкм и порошок титана с размером частиц 1 мкм-100 мкм, причем используется микроволновой разряд мощностью от 50 кВт до 500 кВт и длительностью импульса от 100·10-6 с до 100·10-3 с, а рабочее давление азота составляет от 0,1 до 1 атмосферы.

Изобретение относится к технологии изготовления изделий сложной формы из металлов и сплавов, способных приобретать нано- и микрокристаллическую структуру с регламентированно минимизированным размером зерна в результате предварительной интенсивной пластической деформации заготовок.

Изобретение относится к технологии изготовления сверхбольших интегральных схем (СБИС) в части формирования многоуровневых металлических соединений. Способ формирования многоуровневых медных межсоединений СБИС по процессу двойного Дамасцена через двухслойную жесткую маску включает нанесение слоя изолирующего диэлектрика на пластину, в теле которого будут формироваться проводники многоуровневой металлизации интегральной схемы, нанесение поверх изолирующего диэлектрика нижнего слоя двухслойной жесткой маски двуокиси кремния и верхнего слоя двухслойной жесткой маски, формирование на верхнем слое двухслойной жесткой маски топологической маски из резиста, травление верхнего слоя двухслойной жесткой маски по топологической маске из резиста, удаление остаточного резиста с поверхности топологического рисунка, сформированного в верхнем слое двухслойной жесткой маски, травление нижнего слоя двухслойной жесткой маски двуокиси кремния по топологическому рисунку верхнего слоя двухслойной жесткой маски, вытравливание траншей и переходных контактных окон в слое изолирующего диэлектрика по топологическому рисунку в двухслойной жесткой маске, заполнение сформированных траншей и переходных контактных окон слоем металлизации и удаление избыточного объема нанесенного металла с поверхности пластин, при этом в качестве материала верхнего слоя жесткой маски используют слой вольфрама.
Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления тонкопленочных транзисторов с пониженной плотностью дефектов.
Изобретение относится к области получения композиционных материалов на основе смол, диспергированных наномодификатором - углеродными нанотрубками (УНТ), которые могут быть использованы для введения в высоковязкие основы при получении полимерных композиционных материалов широкого спектра применения.

Изобретение относится к области нанотехнологии композиционных материалов на основе мезопористых матриц, содержащих наноразмерные изолированные металлические частицы, и может быть использовано для получения магнитных материалов.

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано для получения наноструктурированного материала на основе рекомбинантных жгутиков архей H.

Изобретение относится к медицине, биохимии, цитологии, нанотехнологии и предназначено для создания наноустройств, используемых на клеточном уровне для введения сред.

Изобретение относится к области кавитационной обработки жидких сред, где удельное содержание воды или иной жидкой фазы превышает 30-35% от общей массы. Способ одновременной ультразвуковой кавитационной обработки объемов жидких сред включает их размещение в рабочей жидкости в ванне прямоугольной формы, при этом материал объемов с жидкими средами имеет удельное акустическое сопротивление, равное или близкое удельному акустическому сопротивлению рабочей жидкости.

Изобретение относится к способу получения полимерных материалов. Способ получения наномодифицированных полимерных материалов включает конденсацию паров мономера. Мономер предварительно нагревают до температуры кипения. Далее пары мономера подают в газовый канал, тем самым создавая первый двухфазный поток, включающий газ и пары мономера. Затем первый двухфазный поток подают в камеру смешения. Одновременно во второй газовый канал подают охлажденные до температуры не менее 0 градусов по Цельсию наночастицы, создавая тем самым второй двухфазный поток, который также подают в камеру смешения одновременно с первым двухфазным потоком. Конденсацию паров мономера стирола получают в камере смешения, устанавливая температуру стенок которой не ниже температуры кипения мономера. Процесс смешения двух двухфазных газовых потоков осуществляют не менее 0,1 с, в результате чего получают конденсат частиц мономера на поверхности наночастиц и далее полимеризуют до твердого состояния. Технический результат - повышение степени контроля структуры наномодифицированного полимерного материала благодаря конденсации мономера на поверхности наночастиц. 1 ил.

Наверх