Нановолокнистый полимерный материал с высокими прочностными показателями и стойкостью к уф-излучению

Изобретение относится к нетканым полимерным нановолокнистым материалам на основе полигидроксибутирата, применяющимся для фильтрации различных сред, выращивания живых клеток, создания пористых матриц для контролируемого высвобождения лекарственных препаратов. Описан нетканый полимерный нановолокнистый материал для фильтрации на основе полигидроксибутирата, полученный из формовочного раствора, содержащего в качестве технологической добавки соль тетрабутиламмоний йодид, растворенную в смеси хлороформа и муравьиной кислоты в концентрации 1 г/л, отличающийся тем, что формовочный раствор включает наноразмерный карбид кремния, который является однофазным поликристаллическим и состоящим из синтетического карборунда (SiC) со структурой муассанита политип 6Н со средним размером частиц 34±3 нм в количестве 0,1-1,5 мас. %. Технический результат: повышение прочности и стойкости к УФ-излучению полимерного нетканого композиционного материала. 2 табл.

 

Настоящее изобретение относится к нетканым полимерным нановолокнистым материалам на основе полигидроксибутирата и наноразмерных частиц минерального вещества, применяющихся для фильтрации различных сред, выращивания живых клеток, создания пористых матриц для контролируемого высвобождения лекарственных веществ и др.

Известны полимерные нетканые материалы на основе полигидроксибутирата или его сополимеров, или его смесей с полилактидами и их сополимерами [О.Н. Kwon, I.S. Lee, Y. -G. К o, W. Meng, K.-H. Jung, I.-K. Kang, Y. Ito / Electrospinning of microbial polyester for cell culture / Biomed. Mater. 2 (2007) S52-S58], [H. Kenar, G.T. Kose, V. Hasirci / Design of a 3D aligned myocardial tissue construct from biodegradable polyesters / J Mater Sci: Mater Med (2010) 21:989-997], [O. Suwantong, S. Waleetomcheepsawat, N. Sanchavanakit, P. Pavasant, P. Cheepsunthorn, T. Bunaprasert, P. Supaphol. / In vitro biocompatibility of electrospun poly(3-hydroxybutyrate) and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) fiber mats / International Journal of Biological Macromolecules 40 (2007) 217-223], [J.S. Choi, S.W. Lee, L. Jeong, S.-H. Bae, B.C. Min, J.H. Youk, W.H. Park / Effect of organosoluble salts on the nanofibrous structure of electrospun poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) / International Journal of Biological Macromolecules 34 (2004) 249-256].

Недостатками известных композиций являются низкие физико-механические характеристики: относительное удлинение и разрывная длина, что накладывает значительные ограничения на их применение.

Аналогичным по технической сущности к предлагаемому изобретению является нетканый полимерный материал на основе полигидроксибутирата, полученного из формовочного раствора, содержащего в качестве технологической добавки соль тетрабутиламмоний йодид, а в качестве эксплутационной добавки - диоксид титана двух наноразмерных модификаций [О.В. Староверова, А.А. Ольхов, С.В. Власов, Г.М. Кузьмичева, Е.Н. Доморощина, Ю.Н. Филатов / Ультратонкие волокна на основе биополимера полигидроксибутирата (ПГБ), модифицированные наноразмерными модификациями диоксида титана. / Вестник МИТХТ, 2011, т. VI, №6, с. 120-127].

Недостатком данных композиционных материалов является низкие показатели разрывной длины и относительного удлинения, а также низкие значения стойкости к УФ излучению.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является нетканый полимерный материал на основе полигидроксибутирата, полученного из формовочного раствора, содержащего в качестве технологической добавки соль тетрабутиламмоний йодид, а в качестве эксплутационной добавки - нанокристаллический кремний [Ольхов А.А., Староверова О.В., Иорданский А.Л., Филатов Ю.Н., Ищенко А.А., Симонов-Емельянов И.Д. Нановолокнистый полимерный материал. // Патент RU №2543377 С2. Опубликовано: 27.02.2015. Бюл. №6.]. Характеристики нанокристаллическогго кремния, использующегося в прототипе, приведены в следующем источнике [Патент RU 2429189 С1 «Полимерная нанокомпозиция для защиты от УФ-излучения»/ Ищенко А.А., Ольхов А.А., Гольдштрах М.А., опубл. 20.09.2011, Бюл. №26].

Недостатком данного композиционного материала является недостаточно высокие показатели разрывной длины, относительного удлинения и стойкости к УФ излучению в опасной для живых организмов спектральной области.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение разрывной длины, относительного удлинения, повышение стойкости к УФ излучению, а также расширение арсенала полимерных материалов, стойких с УФ-излучению.

Указанный технический результат достигается тем, что формовочный раствор, из которого получают нетканый полимерный материал на основе полигидроксибутирата, включает наноразмерный карбид кремния, который является однофазным поликристаллическим и состоящим из синтетического карборунда (SiC) со структурой муассанита политип 6Н со средним размером частиц 34±3 нм в количестве в количестве 0,1-1,5 масс. % (вместо нанокристаллического кремния).

Примеры выполнения изобретения.

Нетканые волокнистые материалы получены методом электростатического формования. Формовочный раствор содержит биополимер, соль тетрабутиламмоний йодид, муравьиную кислоту и наноразмерный наполнитель. Примеры реализации данного изобретения приведены в таблицах 1 и 2 (пп. 7-8) в сравнении с прототипом (пп. 4-6) и аналогом (пп. 1-2). Установка для получения полимерных волокон методом электростатического формования и сама технология описана в [Филатов Ю.Н. Электроформование волокнистых материалов (ЭФВ-процесс). М.: Нефть и Газ, 1997.].

Измерение физико-механических свойств нетканых полимерных нановолокнистых материалов (изделий) выполняют на разрывной машине РМ-3-1 по методике, изложенной в ТУ 25.061065-72 или РМ-30-1 по ТУ 25.061066-76.

Разрывная длина рассчитывалась как:

L=(F⋅l₀/g⋅m₀)⋅10^-3 м, где

L - разрывная длина пробы; F - разрушающее усилие, Н; m₀ - масса разорванной элементарной пробы, г; l₀ - начальная длина образца, м.

Разрывная длина и относительное удлинение рассчитывались по методике МИ-ЛА-4-01 для волокнистых фильтрующих материалов ФП.

где ТБАИ - тетрабутиламмоний йодид; ПГБ - полигидроксибутират; ХФМ/МК - смесь хлороформа и муравьиной кислоты; η-TiO₂, TiO₂ (анатаз) - модификации наноразмерного диоксида титана; nSi - нанокристаллический кремний, nSiC - наноразмерный карбид кремния.

Определение стойкости нетканого нановолокнистого материала к УФ-излучению проводили с использованием камеры искусственной погоды Feutron 1001 (Германия) по методике : оОблучение осуществляли ртутной лампой высокого давления (мощность 375 Вт, расстояние до образцов - 30 см).

где ТБАИ - тетрабутиламмоний йодид; ПГБ - полигидроксибутират; ХФМ/МК - смесь хлороформа и муравьиной кислоты; η-TiO₂, TiO₂ (анатаз) -модификации наноразмерного диоксида титана; nSi - нанокристаллический кремний, nSiC - наноразмерный карбид кремния.

Предлагаемый нетканый полимерный нановолокнистый материал позволяет увеличить разрывную длину, характеризующую прочность материала, в 3-5 раз и существенно увеличить стойкость к УФ излучению в опасной для живых организмов спектральной области.

Нетканый полимерный нановолокнистый материал для фильтрации на основе полигидроксибутирата, полученный из формовочного раствора, содержащего в качестве технологической добавки соль тетрабутиламмоний йодид, растворенную в смеси хлороформа и муравьиной кислоты в концентрации 1 г/л, отличающийся тем, что формовочный раствор включает наноразмерный карбид кремния, который является однофазным поликристаллическим и состоящим из синтетического карборунда (SiC) со структурой муассанита политип 6Н со средним размером частиц 34±3 нм в количестве 0,1-1,5 мас. %.