Полистирольные суспензии, содержащие наночастицы оксидов металлов (1091724), страница 14
Текст из файла (страница 14)
в расчете на мономер, концентрации ДСН - 3% масс. в расчете на мономер, мольное соотношение ДСН/ЦС = 1:2, УЗобработка - амплитуда – 20%, общее время обработки 12.5 мин, длительностьимпульса 10 с, время между импульсами 2 сПолученные результаты были сравнены с данными, наблюдаемымипри полимеризации стирола в присутствии наночастиц оксида цинка при техже условиях [96] (рис.
3.3.2(6)). Оказалось, что полимеризация в присутствиинаночастиц TiO2 протекает с меньшей скоростью по сравнению снаблюдаемой в присутствии наночастиц ZnO. Для того, чтобы объяснитьполученные результаты был изучен фазовый состав композиционныхполистирольных микросфер (табл. 3.3.2(1)).1031001Конверсия мономера, %908027036050403020100020406080100120140Время, минРис. 3.3.2(6) Графики зависимость конверсии мономера от времени: 1 – вотсутствие наночастиц; 2 - в присутствии TiO2 (образец 3 (Hombifine N)) (3% масс.
в расчете на мономер); 3 – в присутствии ZnO (3 % масс. в расчете намономер). Температура - 70 ºС, концентрации персульфата калия - 2 % масс.в расчете на мономер, концентрации ДСН - 3 % масс. в расчете на мономер,мольное соотношение ДСН/ЦС = 1:2, УЗ-обработка - амплитуда – 20%,общее время обработки 12.5 мин, длительность импульса 10 с, время междуимпульсами 2 с104Таблица 3.3.2(1) Обозначение образцов полистирольных композиционныхмикросфер, полученных в присутствии наночастиц TiO2№п/пНазвание образца1Образец I2Образец II3Образец III4Образец IVХарактеристика образцаОбразец 1 - получен гидролизом сульфататитанилаОбразец 2 - получен гидролизом тетрабутоксидатитанаОбразец 3- коммерческий порошок - Hombifine NОбразец 4 - коммерческий порошок - HombikatUV 100На рисунке 3.3.2(7)а представлена дифрактограмма для полистирола,полученного в отсутствие наночастиц: наличие широких и малоинтенсивныхпиков показывает, что полистирол относится к мало кристалличнымвеществам.
На всех дифрактограммах (рис. 3.2.2(7)а-д) присутствуют узкиепики при 2Θ ~ 21 - 22 , относящиеся к компонентам рецепта синтеза смесиПАВ (ДСН и ЦС) и инициатора. Результаты анализа фазового составакомпозиционных полистирольных микросфер показали, что на поверхностимикросфер находятся наночастицы диоксида титана. На дифрактограммахобразцов I, III, IV наблюдается дополнительный узкий пик при 2характерный как для анатаза, так и для~ 25 ,-TiO2.
Эти результаты позволяютдумать, что в процессе полимеризации стирола степень кристалличностидиоксида титана возрастает по сравнению с наблюдаемой в исходныхобразцах. Ярко выраженное дифракционное отражение на дифрактограммеобразца II (рис. 3.3.2(7)в) при 2Θ ~ 25 (данный пик был очень размытым нарентгенограммерентгеноаморфногоподтверждают данный вывод.105TiO2)(рис.3.3.1(5),(6),(7))аб106вгдРис.
3.3.2(7) Дифрактограммы полученных полимерных микросфер вотсутствие наночастиц TiO2 (а) и в присутствии: б) образца 1; в) образца 2; г)образца 3; д) образца 4Все композиты имели одинаковые размеры в области когерентногорассеяния света (D ~ 4 нм), сопоставимые с размерами полистирольныхмикросфер, но отличались размерами микросфер (N, нм), которыекоррелируют с диаметрами капель эмульсии [96], и содержанием TiO2(величина n) в композиционных частицах (табл. 3.3.2(3)): чем больше107удельная поверхность исходных образцов с наноразмерным TiO2 (табл.3.2.1(2)) и чем меньше диаметр микросфер, тембольше содержаниедиоксида титана в композите.Таблица 3.3.2(3) Свойства полимерных композиционных частицНазваниеобразцаГидродинамическийдиаметрчастиц вэмульсии, нм.Полистирол75(4)Диаметрпреобладающегоколичествамикросферкомпозита, NСЭМ,нм50-60Образец I130(7)120-130Образец II90(5)60-70Образец III145(8)90-100Образец IV120(6)80-90Среднеесодержание TiO2,n, масс.
% вобразцах (поданным методаРСМА)nср=2.5(7)(nmin=1.7(8),nmax=3.0(9))n=4(1) (полученотолько в однойточке)nср=1.8(1)(nmin=1.5(1),nmax=2.2(1))nср=6.0(8)(nmin=5.7(8),nmax=6.8(9))Анализ микрофотографий показал, что микросферы с более узкимраспределением частиц по размерам получали в присутствии наночастицTiO2 в образцах II и IV. Необходимо обратить внимание на фотографиюмикроструктуры образца IV с Hombikat UV100 (рис. 3.3.2(8)и), в которомсамое большое содержание диоксида титана. На ней видна упаковкамикросфер со средним диаметром 80-90 нм по принципу плотнейшей иприсутствие отдельных микросфер с диаметром 150-160 нм (рис.
3.3.2(8)к).Аналогичная картина, но менее выраженная, наблюдается на фотографияхмикроструктуры полистирольных микросфер (рис. 3.3.2(8)а): плотнейшаяупаковка микросфер со средним диаметром 50-60 нм и отдельныемикросферы диаметром 130 нм.108абвгде109Рис.жзик3.3.2(8) Микрофотографии СЭМ и распределение по размерамполистирольных микросфер, полученных в отсутствие наночастиц TiO2 (а, б)и образцов I (в, г), II (д, е), III (ж, з), IV (и, к)Расположениенаночастицпреимущественнонаповерхностиполимерных микросфер (структура «ядро-оболочка») характерно для образцаIV подтверждено методом СЭМ (рис. 3.3.2(9)а).
Анализ микрофотографийТЭМ (рис 3.3.2(9)б) также подтверждает наличие наночастиц в полимернойматрице.110аб111Содержание частиц, %Средний диаметр, нмвРис. 3.3.2(9) Микрофотографии СЭМ (а) и ТЭМ (б) образца IV ираспределение размеров частиц(увеличениедиоксида титанана микросферах (в)100 000)ПолученныеобразцыбылиохарактеризованыметодомИК-спектроскопии. В ИК-спектрах образцов, содержащих коммерческие образцы(табл. 3.3.2(4)) зафиксированы полосы (~ 1050 1150 см–1), обусловленныедеформационными колебаниями групп Ti–O–H на поверхности частиц, скоторыми, вероятно, связаны Н-связями молекулы H2O. За полосы 3200–3700см-1, 1600–1700 см-1 ответственны валентные и деформационные колебанияH2O, а полосы в низкочастотной области (< 700 см–1) обязаны колебаниямсвязей Ti–O.112Таблица 3.3.2(4) Отнесение полос ИК-спектров для изученных образцов[98]ОтнесениеОбразец IIIОбразец IV(Ti–O–Ti),(Ti–O–O)664665−666Кристаллизационная вода1069, 11521073, 1156(Ti–O–H)1069, 11521639,16563348–34301073, 1156(H–O–H)(H–O–H)Методомсодержаниетермогравиметрическогонаночастицванализаполистирольной16413130−3680быломатрице(рис.определено3.3.2(10)).Проводили анализ образцов – полимерные частицы в отсутствие наночастици полученные композитные полимерные частицы на основе дисперсии, вкоторой концентрация ZnO была 3.3 и 6.6 % масс.
на мономер и TiO2 – 3.3 %масс. на мономер. Метод ТГА позволяет регистрировать изменение массыобразца в зависимости от температуры. Расчет по результатам анализапоказал, что содержание наночастиц в композитных частицах составило 90.1% от теоретически возможного.113ТГ, %100806040203211100400300200500Температура, ºСРис. 3.3.2(10) Термогравиметрический анализ полученных полистирольныхмикросфер, полученных в отсутствие наночастиц (1) и модифицированныхнаночастицами TiO2 (2) и ZnО (3)Таким образом, получены композиционные частицы на основеполистирольных микросфер с наноразмерным диоксидом титана.
Результатыэкспериментов показали, что наибольшее содержание наночастиц диоксидатитана, в том числе, и на поверхности микросфер, получено прииспользовании TiO2, который имеет самую большую удельную поверхность(по сравнительному методу), бóльшее содержание групп ОН (образец 4(Hombikat UV100)).3.4Свойствакомпозиционныхполистирольныхмикросфер,полученных в присутствии наночастиц ZnO и TiO2Адсорбционные свойстваИз литературы [90] известно, что наночастицы диоксида титанаобладаютадсорбционнымисвойствами.Этообусловленотем,чтоповерхностные атомы не связаны с соседними атомами, они обладаютсвободными связями, которые очень активны. В исследуемых образцахполистирольных композиционных микросфер за наличие адсорбционных114свойств отвечает присутствие гидроксильных групп на поверхностинаночастиц [91].В работе была оценена степень сорбции (R, %) ионов тяжелыхметалловполимернымикомпозиционнымимикросферамисиммобилизованными наночастицами TiO2 и ZnO.В таблице 3.4(1)представленыIII,значениястепенисорбцииобразцасодержащегонаночастицы диоксида титана образца 3 (Hombifine N).
Исходя из данныхтаблицы, видно, что представленные образцы обладают адсорбционнымисвойствами и, можно предположить, что основные отличия двух образцовсвязаны с разным количеством связей, образованных ионами металлов сгидроксильными группами. Полистирольные микросферы, полученные вприсутствии наночастиц TiO2, по сравнению с микросферами, полученнымив присутствии наночастиц ZnO, обладают большей степенью сорбции поотношению к таким элементам, как Li, Fe, Mo, Pd, Sb и W.Таблица 3.4(1) Степень сорбции (R, %) ионов тяжелых металловполимерными композиционными микросферами с наночастицами ZnO и TiO2Название ионов тяжелыхметалловR, %Полистирольные115Образец IIIЛитий (Li)Бор (B)Магний (Mg)Фосфор (P)Железо (Fe)Селен (Se)Иттрий (Y)Молибден (Mo)Рутений (Ru)Палладий (Pd)Олово (Sn)Сурьма (Sb)Тантал (Ta)Теллур (Te)Лантан (La)Церий (Ce)Празеодим (Pr)Вольфрам (W)Висмут (Bi)* - величина R < 1 %микросферы с ZnO10.4014.0019.7022.7511.0513.8512.0010.9013.3510.7012.4010.0520.4511.0012.1011.9012.3512.4010.0010.505.15**13.00**13.259.7511.006.0512.1514.358.957.757.707.7521.255.90Антимикробные свойстваДля исследования антимикробных свойств были рассмотрены образцыпорошков наночастиц оксида цинка [75] и диоксида титана и суспензийполистирольных микросфер, содержащих наночастицы ZnO и TiO2 (дляобразцов 1, 3 и 4) на их поверхности (содержание неорганическихнаночастиц 3.3 % масс.).Были проведены микробиологические исследования антимикробнойактивности образцов в отношении следующего ряда микроорганизмов,отличительныеособенностикоторыхприведенывтаблице3.3(2):Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Bacillusantracoides, Candida Albicans.116Таблица 3.4(2) Свойства бактериальных тест-культурБактерииStaphylococcus aureusStaphylococcus epidermidisEscherichia coliBacillus antracoidesCandida аlbicansОтличительные особенностиГрамположительные шаровидные,патогенные бактерии родаStaphylococcus, факультативныеанаэробы.Грамположительные шаровидные,условно-патогенные бактерии родаStaphylococcus, факультативныеанаэробы.Грамотрицательные палочковидныефакультативно-анаэробныеэнтеробактерии, способныепереключать метаболизм с аэробногодыхания на брожениеГрамположительныеспорообразующие бактерии,хемоорганогетеротрофы,факультативные аэробыДрожжеподобные грибы родаCandida, почкующиеся клетки,образующие псевдомицелийВ таблице 3.4(3) показаны результаты антимикробных испытанийпорошков ZnO и TiO2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
