Способ получения композиционных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидов металлов с модифицированной поверхностью

Изобретение относится к способу получения композиционных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидов металлов с модифицированной поверхностью, которые могут найти применение для получения материалов электронной техники. Для получения композитных материалов поверхность исходных наночастиц BaTiO3 предварительно активируют нанесением гидроксильных групп путем кипячения в растворе перекиси водорода и модифицируют молекулами катионного поверхностно-активного вещества путем обработки в растворе катионного поверхностно-активного вещества с концентрацией ниже критической концентрации мицеллообразования. Полученный осадок фильтруют, отмывают от несвязанного с поверхностью наночастиц оксида металла катионного поверхностно-активного вещества и сушат. Полученные таким образом наночастицы BaTiO3 с модифицированной поверхностью вводят в раствор полимера, достигая требуемого объемного соотношения наполнителя и полимерной матрицы, и подвергают ультразвуковому диспергированию. Технический результат – упрощение способа получения композитных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидных сегнетоэлектриков с модифицированной поверхностью, позволяющее снизить степень агрегации наночастиц в полимере. 3 ил.

 

Изобретение относится к способам получения нанокомпозитных материалов, которые могут использоваться в различных областях техники. Известен способ получения полимерного нанокомпозита, наполненного наночастицами сульфидов с модифицированной поверхностью (Denisyuk et al. US 7,172,811, B2). В качестве модифицирующего вещества в данном случае используется карбоновая кислота, содержащая, по меньшей мере, одну арильную группу. В то же время, в настоящее время широкое распространение получили полимерные композиты с использованием в качестве наполнителя наночастиц оксидных сегнетоэлектриков (Т. Hanemann, D.V. Szaby Polymer-Nanoparticle Composites. From Synthesis to Modern Applications // Materials. - 2010. - Vol. 3. - P. 3468-3517). Недостатком получения композитов простым перемешиванием в полимерной матрице, предложенным в (Y. Rao, С.Р. Wong Material Characterization of a High-Dielectric-Constant Polymer-Ceramic Composite for Embedded Capacitor for RF Applications // Journal of Applied Polymer Science. - 2004. - Vol. 92. - P. 2228-2231) является их агрегация, приводящая к неоднородности функциональных и механических свойств. Известно (P. Kim, N.М. Doss, J.P. Tillotson, P.J. Hotchkiss, M.-J. Pan, S.R. Marder, J. Li, J.P. Calame, J.W. Perry High Energy Density Nanocomposites Based on Surface-Modified BaTiO3 and a Ferroelectric Polymer // ACS Nano. - 2009. - Vol. 3. - №9. - P. 2581-2592), что модификация поверхности наночастиц способна снизить степень агрегации наночастиц, увеличивая гомогенность их распределения в объеме полимерной матрицы.

Технической задачей настоящего изобретения является упрощение способа получения композитных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидных сегнетоэлектриков с модифицированной поверхностью.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе для получения композитного материала в раствор полимера в органическом растворителе вносят наночастицы с модифицированной гидроксильными группами и олеатом натрия поверхностью. Модификация поверхности при этом осуществляется следующим образом. Наночастицы BaTiO2 диспергируются ультразвуком в водной среде. Затем их поверхность активируется нанесением гидроксильных групп путем кипячения в растворе перекиси водорода. Обогащенные гидроксильными группами наночастицы вводят в водный раствор поверхностно-активного вещества (далее - ПАВ) с концентрацией, ниже критической концентрации мицеллообразования. При этом в качестве ПАВ используются коммерчески доступные ПАВ анионного или катионного типа. Полученные наночастицы с модифицированной поверхностью фильтруют и отмывают от несвязанного с поверхностью наночастиц ПАВ. Для создания полимерной матрицы полимер растворяют в органическом растворителе. Затем в растворенный полимер вносят наночастицы с модифицированной поверхностью и диспергируют их ультразвуком. Полученный композит наносят на подложку и высушивают.

Отличие от известных способов заключается в использовании в качестве наполнителя композита наночастиц с модифицированной поверхностью, позволяющее снизить степень их агрегации в полимере во время застывания, что позволяет получать нанокомпозит с более однородным распределением наночастиц по объему полимерной матрицы.

Доказательством увеличения однородности распределения наночастиц по объему матрицы является как внешний вид получаемых композитов, так и микрофотографии нанокомпозитов, полученные методами атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии, а также дифрактограммы малоуглового рентгеновского рассеяния полученных композитов.

Изобретение можно проиллюстрировать следующими примерами.

Пример 1. Поверхность наночастиц BaTiO3 размерами до 100 нм сферической формы обогащается гидроксильными (-ОН) группами путем кипячения в 33%-ном водном растворе перекиси водорода (H2O2) в течение 4 часов. Затем 2 г гидроксилированных наночастиц BaTiO3 вносят в 100 мл 0,5%-ного водного раствора олеата натрия (C17H33COONa) и интенсивно перемешивают при температуре 90°С в течение 3 часов. Полученная суспензия фильтруется и промывается дистиллированной водой для удаления несвязанного олеата натрия. Полученные частицы высушиваются при температуре 90°С в течение 10 часов.

Гранулы полистирола растворяют в толуоле. Затем в раствор вводят наночастицы BaTiO3 с модифицированной поверхностью до достижения необходимого объемного соотношения и диспергируют их ультразвуковым воздействием (23,5 кГц, 300 Вт, 15 минут).

Пленки композитного материала получают нанесением на вращающуюся подложку с дальнейшим высушиванием в сушильном шкафу при температуре 60°С до прекращения потери массы. Сканы поверхности образцов композитных пленок в виде матрицы полистирола с 10% объемным содержанием наночастиц BaTiO3 с модифицированной олеатом натрия поверхностью, полученный методом полуконтактной атомно-силовой микроскопии изображены на рис. 1. Дифрактограмма распределения наночастиц BaTiO3 с модифицированной олеатом натрия поверхностью по размерам в матрице полистирола для объемных содержаний наночастиц 5% и 10% по данным малоуглового рентгеновского рассеяния приведены на рис. 2. Данные дифрактограммы подтверждают увеличение доли неагрегированных наночастиц ВаTiO3 в полимерной матрице.

Пример 2. Для обогащения гидроксильными (-ОН) группами 0,2 г наночастиц BaTiO3 размерами до 100 нм сферической формы кипятят в 80 мл водного раствора (H2O2) в течение 4 часов. Затем 0,2 г наночастиц BaTiO3 с поверхностью, обогащенной таким образом гидроксильными группами, вносят в 100 мл водного раствора диметиламмоний хлорида [(CH3)2NH2]Cl с концентрацией 6 ммоль/гр и интенсивно перемешивают при температуре 80°С в течение 60 минут. Полученная суспензия фильтруется и промывается дистиллированной водой для удаления несвязанного ПАВ. Полученные частицы высушиваются при температуре 100°С в течение 24 часов.

Для получения композитного материала гранулы сополимера поливинилиденфторид трифторэтилена (PVDF-TrFE) растворяют в метилэтилкетоне (C4H8O). В полученный раствор вводят наночастицы BaTiO3 с модифицированной поверхностью до достижения необходимого объемного соотношения и диспергируют их ультразвуковым воздействием (23,5 кГц, 420 Вт, 30 минут). Пленки композитного материала получают нанесением на вращающуюся подложку с дальнейшим высушиванием в сушильном шкафу при температуре 60°С до прекращения потери массы. На Рис. 3 представлено изображение поверхности композита в виде матрицы поливинилиденфторид трифторэтилена с 30% объемным содержанием наночастиц BaTiO3 с модифицированной диметикаммонием хлорида поверхностью, полученное методом сканирующей электронной микроскопии.

Способ получения композиционных материалов в виде полимерных матриц с наполнителем из наночастиц оксидных сегнетоэлектриков, включающий введение наночастиц в раствор полимера с их дальнейшим ультразвуковым диспергированием в объеме полимерной матрицы, отличающийся тем, что для снижения степени агломерации поверхность наночастиц BaTiO3 предварительно активируется нанесением гидроксильных групп путем кипячения в растворе перекиси водорода и модифицируется поверхностно-активным веществом за счет обработки в растворе катионных поверхностно-активных веществ при концентрации ниже критической концентрации мицеллообразования, а затем диспергируют ультразвуковым воздействием в объеме полимерной матрицы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области полимерной промышленности и может быть использовано для изготовления кабельного пластиката. Осуществляют смешение поливинилхлорида, диоктилфталата, стеарата кальция, трехосновного сульфата свинца, эпоксидной смолы, дифенилолпропана, добавление в смесь трихлорпропилфосфата и технический углерод К-354.

Изобретение относится к области полимерной промышленности и может быть использовано для изготовления кабельного пластиката. Композиция для кабельного пластиката содержит компоненты при следующем соотношении, мас.ч: поливинилхлорид эмульсионный ЕП 6602-С (100,0); эпоксидная смола ЭД-20 (10,0); диоктилфталат (55,0); трехосновной сульфат свинца (2,0); стеарат кальция (2,0); бутадиен-нитрильный каучук БНКС-33 (35,0); древесная мука, предварительно обработанная 10-20%-ным водным раствором ФБО (5,0-10,0).

Изобретение относится к области полимерной промышленности и может быть использовано для изготовления кабельного пластиката. Композиция для кабельного пластиката содержит компоненты при следующем соотношении, мас.ч.: поливинилхлорид эмульсионный ЕП 6602-С 100,0; эпоксидная смола ЭД-20 10,0; диоктилфталат 45,0-15,0; трехосновной сульфат свинца 2,0; стеарат кальция 2,0; бутадиен-нитрильный каучук БНКС-33 35,0; трихорэтилфосфат или трихлорпропилфосфат 10,0-40,0.

Изобретение относится к области полимерной промышленности и может быть использовано для изготовления кабельного пластиката. Осуществляют смешение поливинилхлорида, диоктилфталата, стеарата кальция, трехосновного сульфата свинца, эпоксидной смолы, добавление в смесь древесной муки, предварительно обработанной 10-20%-ным водным раствором фосфорборсодержащего олигомера.

Изобретение относится к области полимерной промышленности и может быть использовано для изготовления кабельного пластиката. Осуществляют смешение поливинилхлорида, диоктилфталата, стеарата кальция, трехосновного сульфата свинца, эпоксидной смолы.

Изобретение относится к химии и полимерным композиционным защитным материалам, которые используются для изготовления защитной одежды. Материал содержит ткань-основу, пропитанную полимерной смесью, включающей трехокись сурьмы, хлорпарафин ХП-470, пигмент и смесь растворителей нефраса и этилацетата.

Группа изобретений относится к составу основы для изоляционного материала для адгезивных лент и к изоляционной ленты. Изделие устойчиво к температурам до приблизительно 105°C в течение по меньшей мере 20000 часов и предназначено, в частности, для получения изоляционных лент для использования в различных типах применений, в том числе для изоляции электрических проводов.

Настоящее изобретение относится к композиции пластификатора полимера на основе винилхлорида. Описана композиция пластификатора для полимеров на основе винилхлорида, включающая смесь соединений общей формулы I и II: , где R1, одинаковые или разные, выбраны из линейных или разветвленных С8-С20 алкилов, R2 выбран из линейных или разветвленных C1-C6 алкилов, где алкил может быть необязательно замещен одним или несколькими заместителями, выбранными из галогена, гидроксила, C1-C6 алкокси, галоген-С1-С6-алкила, С5-С10арила или C5-С10гетероарила с 1-3 гетероатомами, выбранными из N, О и S, в которой содержание соединения II составляет от более 2 до 10% масс., от общей массы смеси соединений I и II.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к пластифицированным композициям на основе поливинилхлорида для кабельного пластиката. Композиция для трудногорючего пластиката содержит диоктилфталат, стеарат кальция, трехосновной сульфат свинца, эпоксидную смолу ЭД-20, дифенилолпропан, трихлорпропилфосфат, технический углерод и поливинилхлорид эмульсионный ЕП 6602-С.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способу получения пластифицированных композиций на основе поливинилхлорида для кабельного пластиката.

Изобретение относится к концентрированной полимерной композиции (маточная смесь), содержащей a) ароматические полимеры и/или сополимеры винила в количестве, равном по меньшей мере 10 мас.%, по отношению к целой композиции, b) по меньшей мере одно соединение, содержащее функциональные эпоксидные группы, в количестве от 0,01 до 5 мас.

Изобретение относится к области композиций для получения ядерного топлива на основе порошка актиноида. Композиция содержит органическую матрицу и порошок актиноида или смесь порошков актиноидов.

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к антимикробным полимерным композициям, обладающим бактерицидными свойствами и предназначенным для использования в различных отраслях промышленности и медицины.

Изобретение относится к химии и технологии материалов, преобразующих электромагнитное излучение, и используется для получения люминесцирующих и избирательно поглощающих электромагнитное излучение металлсодержащих полимерных композиций для светотехники, опто- и микроэлектроники.

Изобретение относится к применению композиции для усиления гидрофильных свойств твердого невспененного или вспененного полистирола. Композиция содержит компонент А, компонент В и компонент Р, где компонент А представляет собой алкилсульфонат, алкилбензолсульфонат и/или олефинсульфонат, компонент В представляет собой полиэтиленгликоль и компонент Р представляет собой полистирол и/или его сплав.

Изобретение относится к способу производства полимерной композиции. Способ включает полимеризацию стирольного мономера или бутадиенового мономера в присутствии катализатора для синтеза полистирола или полибутадиена; добавление изопренового мономера к синтезированному таким образом полистиролу или полибутадиену для синтеза полиизопрена и образования таким образом смеси.

Изобретение относится к самозатухающим вспененным полимерам стирола. Описан самозатухающий пенополистирол с пониженным содержанием хлор- или броморганического антипирена, полученный из предвспененного или вспенивающегося стирольного полимера, включающий помимо галогенорганического антипирена смесь гидроксида магния и карбоната кальция 1:1-1:3 при следующем соотношении компонентов, мас.ч: стирольный полимер - 100; галогенорганический антипирен - 1,0-2,0, смесь гидроксида магния и карбоната кальция - 3,0-6,0.

Изобретение относится к производству лигноцеллюлозных полимерных композиционных материалов и изделий на их основе и может быть использовано для получения строительных, конструкционных и отделочных материалов, а также для изготовления мебели, товаров бытового и промышленного назначения.

Настоящее изобретение относится к технологии получения древесно-полимерных композиций. Описан способ получения теплоизоляционного материала на основе древесных и термопластичных отходов, включающий смешение наполнителя, связующего и химической добавки, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют древесную технологическую щепу толщиной 4±2 мм, в качестве связующего используют термопластичные пластмассы, состоящие из полиэтилентерефталата (ПЭТ), полистирола (ПС), полиэтилена низкого давления (ПЭНД) и полиэтилена высокого давления (ПЭВД) полимеров, в качестве химической добавки используют вспенивающий агент азодикарбонамид (ADC), предварительно смешанный со связующим, при этом смешение наполнителя и связующего с химической добавкой осуществляют при температуре 215±15°C, при соотношении всех компонентов смеси, масс.%: ПЭТ 11-13, ПС 12-14, ПЭНД 11-13, ПЭВД 10-13, азодикарбонамид 1-2, технологическая щепа 55-45, после смешения всех компонентов полученную смесь заливают в формы, формы закрывают крышкой, фиксируют запорами и выдерживают в течение 20-30 мин.

Изобретение относится к получению полистирольных композиций на основе полистирола и нефтяных битумов. Получаемые полистирольные композиции могут быть использованы в качестве связующего при получении композиционных материалов, в промышленном и гражданском строительстве для кровельных, гидроизоляционных работ, в дорожном строительстве в качестве связующих для ремонта асфальтобетонных покрытий.

Группа изобретений относится к композициям покрытий для контейнеров для пищевых продуктов или напитков и к изделиям, содержащим контейнер для пищевого продукта или напитка, включающим металлическую банку и покрытие, нанесенное на внутреннюю часть указанного контейнера.

Изобретение относится к способу получения композиционных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидов металлов с модифицированной поверхностью, которые могут найти применение для получения материалов электронной техники. Для получения композитных материалов поверхность исходных наночастиц BaTiO3 предварительно активируют нанесением гидроксильных групп путем кипячения в растворе перекиси водорода и модифицируют молекулами катионного поверхностно-активного вещества путем обработки в растворе катионного поверхностно-активного вещества с концентрацией ниже критической концентрации мицеллообразования. Полученный осадок фильтруют, отмывают от несвязанного с поверхностью наночастиц оксида металла катионного поверхностно-активного вещества и сушат. Полученные таким образом наночастицы BaTiO3 с модифицированной поверхностью вводят в раствор полимера, достигая требуемого объемного соотношения наполнителя и полимерной матрицы, и подвергают ультразвуковому диспергированию. Технический результат – упрощение способа получения композитных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидных сегнетоэлектриков с модифицированной поверхностью, позволяющее снизить степень агрегации наночастиц в полимере. 3 ил.

Наверх