Полистирольные суспензии, содержащие наночастицы оксидов металлов (1091724)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования «Московский государственныйуниверситет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова»На правах рукописиСерхачева Наталья СергеевнаПОЛИСТИРОЛЬНЫЕ СУСПЕНЗИИ, СОДЕРЖАЩИЕНАНОЧАСТИЦЫ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВСпециальность: 02.00.06 − высокомолекулярные соединенияДиссертация на соискание ученой степеникандидата химических наукНаучный руководитель:доктор химических наук, профессорН.И.
ПрокоповМосква – 20151СодержаниеСписок сокращений……………………………………………………………….4Введение…………………………………………………………………………...5Глава 1. Литературный обзор…………………………………………..…….10Проблемы создания полимерных материалов, содержащих наночастицыоксидов металлов………………………………………………………………...101.1Наночастицы оксида цинка и диоксида титана: получение, структура исвойства…………………………………………………………………………..111.2 Получение высокодисперсных эмульсий мономеров и синтез полимерныхкомпозиционных материалов…………………….……………………………..201.3Свойства полимерных композиционных материалов, содержащихнаночастицы оксида цинка и диоксида титана ……………………………..…32Глава 2. Экспериментальная часть………………………………………….352.1 Исходные реагенты……………………………………………………….…352.2 Методы исследования……………………………………..………………...362.2.1.
Синтез наночастиц ZnO и TiO2……….…………………………...…......362.2.2 Получение дисперсий наночастиц ZnO и TiO2 в стироле………………372.2.3 Синтез композиционных полистирольных микросфер в присутствиинаночастиц ZnO и TiO2………………………………………………………….372.2.4 Определение коллоидно-химических свойств и структуры наночастиц икомпозиционных полистирольных микросфер ……………………………….382.2.5 Определение сорбционной емкости наночастиц……………………….422.2.6 Определениеагрегативнойустойчивостиэмульсийстиролаидисперсий наночастиц в стироле ……………………………………………....432.2.7 Измерение межфазного натяжения на границе раздела фаз методомВильгельми……………………………………………………………………….442.2.8 Определение свойств смешанных слоев додецилсульфата натрия ицетилового спирта на границе раздела вода/воздух методом ЛенгмюраБлоджетт…………………………………………………………………….……4422.2.9 Измерение реологических параметров межфазных адсорбционныхслоев………………………………………………………………………………452.2.10 Определение конверсии мономера ……………...……………………...492.2.11 Определениеконцентрациинаночастицвкомпозиционныхполистирольных микросферах методом термогравиметрического анализа...502.2.12 Изучение адсорбционных и антимикробных свойств композиционныхполистирольных микросфер………………………………………………...…..50Глава 3.
Результаты и их обсуждение……………………………………….523.1Полимеризация стирола в высокодисперсных эмульсиях в отсутствиенеорганических наночастиц…………………………………………………….543.2 Свойства высокодисперсных эмульсий и межфазных адсорбционныхслоев додецилсульфата натрия и цетилового спирта…………………………613.2.1 Свойства высокодисперсных эмульсий, полученных в присутствиисмеси додецилсульфата натрия и цетилового спирта…………………………613.2.2 Свойства смешанных слоев додецилсульфата натрия и цетиловогоспирта на границе раздела вода/воздух………………………………………...653.2.3 Реологические свойства межфазных слоев додецилсульфата натрия ицетилового спирта……………........................................................................….703.3Получениеполистирольныхсуспензийсиммобилизованныминаночастицами ZnO и TiO2………………………………………………...........833.3.1 Синтез наночастиц ZnO и TiO2 и получение их дисперсий встироле……...………………………………………………………………….....833.3.2 Полимеризация стирола в высокодисперсных эмульсиях в присутствиинаночастиц ZnO и TiO2……………………………………………………….....993.4Свойства композиционных полистирольных микросфер, полученных вприсутствии наночастиц ZnO и TiO2………………………………………….114Заключение…………………………………………………………………….121Выводы…………………………………………………………………………125Список литературы……………………………………………………………..1263Список сокращенийБЭТ – метод Брунауэра-Эмметта-ТеллераДСН – додецилсульфат натрияГД – гексадеканККМ – критическая концентрация мицеллообразованияМАС – межфазный адсорбционный слойОКР – область когерентного рассеянияПАВ – поверхностно-активное веществоПК – персульфат калияПМЧ – полимерно-мономерная частицаРСМА - рентгеноспектральный микроанализРЧР – распределение частиц по размерамСМ – сравнительный методСЭМ – сканирующая электронная микроскопияТЭМ – трансмиссионная электронная микроскопияЦС – цетиловый спирт4ВведениеАктуальностьтемы.Полимерныематериалы,содержащиенаночастицы оксидов металлов, приобретают уникальные свойства, чтооткрывает новые возможности их использования в различных областяхбиотехнологии.Одной из актуальных проблем в области биотехнологии являетсясоздание высокоэффективных композиционных полимерных материалов,обладающих адсорбционными и антимикробными свойствами.
В этом планеперспективно получение высокоактивных композиционных полимерныхматериалов, содержащих иммобилизованные наночастицы оксидов металлов,например, оксида цинка (ZnO) и диоксида титана (TiO2), которые широкоизвестны как вещества, обладающие сорбционными и антимикробнымисвойствами.Степень разработанности темы. В настоящее время полимерныекомпозиционныематериалы,состоящиеизполимернойматрицысвключенными (иммобилизованными) в нее наночастицами оксидов металлов,являютсяпредметомширокогоисследованияфундаментальныхиприкладных наук.Несмотря на значительный интерес в области синтезатакихматериалов, отсутствие их реализации на практике в основном связано с ихнедостаточной устойчивостью.
В связи с этим данная работа представляетсяактуальной, так как поиску новых подходов к выбору дисперсностиэмульсий, в которых протекает полимеризация и ПАВ для стабилизациикомпозиционных частиц, не уделено достаточное внимание. Эту проблемуможно решить, используя высокодисперсные эмульсии мономера и ПАВ,способные формировать на поверхности капель эмульсии и полимерныхмикросферструктурно-механическийиэлектростатическийбарьерыустойчивости.Цельнастоящейработы. Синтез полистирольных микросфер,содержащих наночастицы оксида цинка и диоксида титана, для создания5полимерных материалов, обладающих сорбционными и антимикробнымисвойствами.Для достижения поставленной цели необходимо было решитьследующие задачи: выбрать условия получения высокодисперсной эмульсиимономера, соотношения смеси ПАВ, и изучить полимеризацию мономера ввысокодисперсной эмульсии мономера с целью выбора условий получениякомпозиционных полимерных частиц, содержащих оксиды металлов.Научная новизна работы:- Предложен нетрадиционный подход к синтезу высокодисперсныхполиcтирольных суспензий, содержащих наночастицы оксида цинка идиоксида титана.
Получены высокоэффективные композиционныеполимерные материалы и показана перспективность их использованияв качестве антимикробных агентов и сорбентов ионов тяжелыхметаллов.- Сформулированытребованиякморфологииидисперсностинаночастиц оксида цинка и диоксида титана и создана методологияполучения их устойчивых дисперсий в органической фазе эмульсии.- Методами Ленгмюра-Блоджетт и микроскопии под углом Брюстера, атакже данными по измерению реологических параметров методомРебиндера-Трапезникова определены соотношения додецилсульфатанатрия (ДСН) и цетилового спирта (ЦС), при которых поверхностныйслой полимерно-мономерных частиц характеризуется наибольшейпрочностью, а реакционная система наибольшей устойчивостью.- Предложена методология получения исходных эмульсий стирола,позволяющая получать композиционные полистирольные микросферыс высокой степенью наполнения наночастицами оксидов металлов.- Доказано, что поверхностно-активные наночастицы оксидов металловпринимаютучастиевформировании6структурно-механическогобарьера в межфазном адсорбционном слое частиц, что определяетморфологию композиционных полистирольных микросфер.Теоретическая значимость работы заключается в том, что доказановлияние состава смеси ПАВ, додецилсульфата натрия и цетилового спирта,наформированиеобеспечивающегопрочногонеобходимуюмежфазногоустойчивостьадсорбционногослоя,образующихсяПМЧ.Придание поверхностно-активных свойств наночастицам ZnO и TiO2способствует образованию композиционных полистирольных микросферопределенной морфологии и обеспечивает им устойчивость и сохранениесвойств.Практическая значимость работы.
Проведены микробиологическиеисследования антимикробной активности образцов порошков наночастицоксида цинка и диоксида титана и суспензий полистирольных микросфер,содержащих наночастицы оксида цинка и диоксида титана, и показано, чтопорошки оксида цинка обладают антимикробной активностью по отношениюк грамположительным бактериям и дрожжеподобным грибам, а диоксидтитана к таким микроорганизмам как Staphylococcus aureus, Staphylococcusepidermidis, Bacillus antracoide.Установлено, что суспензии, содержащие полимерные микросферы снаночастицами оксида цинка и диоксида титана на поверхности, обладаютантибактериальной активностью по отношению к Staphylococcus aureus,Staphylococcus epidermidis, Bacillus antracoides, Candida Albicans.Методологияиметодыдиссертационногоисследования.Методологической основой работы послужили подходы к изучениюполимеризации гидрофобных мономеров в высокодисперсных эмульсиях.
Вработеприменялисьтакиесовременныеметодыисследованиякакрентгенография, малоугловое рассеяние света, метод Брунауэра–Эмметта–Теллера для определения сорбционной емкости наночастиц, электроннаясканирующая (SEM) и трансмиссионная (ТЕМ) микроскопия, фотонная7корреляционнаяспектроскопия,методВильгельмидляопределениямежфазного натяжения, метод Ленгмюра-Блоджетт для определения свойствсмешанных слоев додецилсульфата натрия и цетилового спирта на границеразделавода/воздух,реологическихметодРебиндера-Трапезниковапараметровмежфазныхдляадсорбционныхизмеренияслоев,термогравиметрический анализ (ТГА).Положения, выносимые на защиту:1. Кинетическиезакономерностиполимеризациивысокодисперсныхэмульсий стирола в наполненных и ненаполненных наночастицамиоксидов металлов эмульсиях.2. Рецептураполучениякомпозиционныхполимерных материалов,содержащих наночастицы оксидов металлов, для их использования вбиотехнологии.3.
Методология получения устойчивых суспензий наночастиц оксидацинка и диоксида титана в стироле.4. Результатыисследованияколлоидно-химическихсвойствкомпозиционных полистирольных частиц, содержащих наночастицыоксида цинка и диоксида титана.5. Данные по апробации адсорбционных и антимикробных свойствкомпозиционных полистирольных частиц, содержащих наночастицыоксида цинка и диоксида титана.Апробация работы. Результаты исследований и основные положениядиссертации докладывались и обсуждались на 62-ой научно-техническойконференциистудентовМИТХТ(Москва,2010),Международнойконференции по химической технологии «Химическая технология» (Москва,2012), VI Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов истудентов с международным участием «Менделеев-2012» (Санкт-Петербург,2012), XIXМолодежной конференции студентов, аспирантов и молодыхученых «Ломоносов-2012» (Москва, 2012), ХIV Международной научно8технической конференции «Наукоемкие химические технологии» (Тула,2012), Международной научно-технической конференции «Новые материалыи технологии глубокой переработки сырья – основа инновационногоразвитияэкономикиРоссии»(Москва,2012),XXIVконференция«Современная химическая физика» (Туапсе, 2012), VII Всероссийскойконференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международнымучастием по химии и наноматериалам «Менделеев-2013» (Санкт-Петербург,2013), XX Молодежной конференции студентов, аспирантов и молодыхученых«Ломоносов-2013»каргинскойконференции(Москва,2013),«Полимеры-2014»Шестой(Москва,всероссийской2014),XXIМолодежной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых«Ломоносов-2014» (Москва, 2014).Степень достоверности результатов проведенных исследованийподтверждается публикацией научных результатов диссертационной работыв шести научных статьях, опубликованных в рецензируемых научныхжурналах, определенных Высшей аттестационной комиссией, из них шестьстатьи опубликованы в рецензируемых научных журналах, индексируемыхпо базе РИНЦ.9Глава 1.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
