Полистирольные суспензии, содержащие наночастицы оксидов металлов (1091724), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Как правило,ультразвуковую обработку проводят в течение нескольких минут додостижения требуемого размера капель.Ультразвук высокой интенсивности подаѐт мощность, необходимуюдлядиспергированиядиспергированияжидкойвзрывающиесяфазывнебольшиекавитационныекапли.пузырькиВзоневызываютобразование интенсивно сталкивающихся в окружающей жидкости волн, чтоприводит к образованию струй жидкости, обладающих высокой скоростью.Известно, что эмульгирование происходит особенно сильно на границераздела между жидкостью и источником колебания и между жидкостью истенками сосуда.
После короткого облучения ультразвуковыми волнамипрозрачная вода в тщательно очищенном сосуде даѐт эффект Тиндаля. Крометого, при образовании эмульсии под действием ультразвука решающеезначение могут иметь внешнее давление и наличие в жидкости пузырьковвоздуха и растворенных газов.
В работе [55] показано, что приэмульгировании систем типа масло/вода сильное влияние оказывает наличиегаза как третьей фазы. Наличие газа в значительной степени ускоряетпроцесс эмульгирования, а иногда является необходимым условием.В процессеобразованияэмульсиисущественнуюроль играеткавитация. Под кавитацией в гидродинамике подразумевают образованиепустот в жидкости в результате разрыва ее при больших отрицательныхизбыточных давлениях. Это явление может иметь место в интенсивныхультразвуковых полях. Подобные пустоты особенно легко образуютсявблизи поверхностей раздела.
Их образованию способствуют растворенныегазы, которые в известной степени являются инициаторами процесса. Этимобъясняется тот факт, что наличие газа благоприятствует образованиюэмульсии. В вакууме и при высоких внешних давлениях кавитация непроисходит и не происходит также эмульгирования. Эмульгированиеускоряется при внезапном смыкании пустот, образовавшихся при кавитации.30Поэтому при высоких концентрациях растворенные газы неблагоприятновлияют на процесс эмульгирования, так как они приводят к замедлениюсмыкания пустот.Повышение внешнего давления сначала увеличивает эмульгирующеедействие ультразвука.
Максимум достигается приблизительно при 500 мм рт.ст., после чего дальнейшее увеличение внешнего давления понижаетэмульгирующее действие ультразвука. С одной стороны, повышенноедавления способствует смыканию пустот, возникающих при кавитации, но, сдругойстороны,слишкомбольшоедавлениеможетвообщевоспрепятствовать образованию пустот.
При пониженном внешнем давлении(например, для систем толуол – вода при давлении меньше 100 мм рт. ст.)эмульгированиененаблюдается,таккакзатрудняетсясмыканиевозникающих пустотПомимо кавитации, на образование эмульсии благоприятно влияюттурбулентное течение жидкостей, всегда возникающие под действиемсильных ультразвуковых полей [56].Таким образом, выбор оптимальной длительности и интенсивностиимпульсногоультразвуковоговоздействиянаэмульсиюобеспечитобразование устойчивых дисперсных систем с необходимыми величинамисреднего диаметра и РЧР.1.3Свойстваполимерныхкомпозиционныхматериаловснаночастицами оксида цинка и диоксида титанаВключение наноразмерных частиц оксида цинка и диоксида титана вполимерную матрицу придает ей свойства, характерные для этих наночастиц:фотокаталитические, антибактериальные и адсорбционные.Фотокаталитические свойстваВ работе [57] TiO2 использовали при создании внутренних покрытий дляфотокаталитическихреакторов,которые31используютдляувеличенияразложенияскоростиформальдегидаприочисткесточныхводвпромышленных и медицинских учреждениях.В работе [58] были получены композиционные микросферы на основесополимера стирола с дивинилбензолом, модифицированные наночастицамиTiO2.
Органическое ядро (сополимер) выжигали при температуре 600 ºС.Далее проводили оценку фотокаталитической активности в жидкой и газовойфазе в отношении окисления NO.В работе [59] получены полимерные композиционные частицы наоснове полиакриловой кислоты, кремния, магнетита и диоксида титана.Сочетания таких компонентов позволило получить частицы, в которыхсочетались магнитные и фотокаталитические свойства.
Под действиемультрафиолетового излучения в течение 120 минут было удалено более 80 %родамина Б.Антибактериальные свойстваВсовременнойсистемездравоохранениябактерицидныхматериалов исследователиполимернымкомпозиционнымприразработкеуделяют особое вниманиематериалам,модифицированнымнаночастицами оксидов металлов (ZnO и TiO2), которые известны своимибактерицидными свойствами [60]. Такие наполнители используют присоздании упаковочных материалов в пищевой промышленности, покрытийдля фильтров в холодильниках для очистки воздуха от бактерий,диагностических тест-системах, антимикробных повязках, солнцезащитныхкремах, дезинфицирующих средствах, суспензиях, используемых длясамоочищающихся покрытий [1, 62].Однойизсамыхпервыхработ,посвященныхполучениюбактерицидных материалов на основе полимера и TiO2, была работа [63], вкоторой был достигнут эффективный контроль и гибель Escherichia coli вполимерных (полиамидных) мембранных системах.
В работе [64] былполучен материал на основе сополимера полиэтилена и поливинилового32спирта с различным содержанием диоксида титана с размером частиц ~ 9 нм.Показано проявление антимикробных свойств нанокомпозитами против рядамикроорганизмов: грамположительных и грамотрицательных бактерий(Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa), грамположительных кокков(Staphylococcus aureus) и дрожжей (Zygosaccharomyces rouxii). Такиенанокомпозитыотличалисьлучшимбактерициднымповедениемпосравнению с хорошо известными бактерицидными материалами на основесеребра. В работе [65] были получены пленки на полиэфирной основе,модифицированнойнаночастицамидиоксидатитана.Поддействиемультрафиолетового излучения система активно удаляла бактерии, ноограниченно воздействовала на грибы. Также известно о получениикомпозиционных микросфер на основе полимолочной кислоты и наночастицдиоксида титана с модификацией анатаз со средним диаметром около 15 нм.БылапоказанаантимикробнаяактивностьчастицвотношенииантибактериальнаяактивностьStaphylococcus aureus [66].Вработе[67]исследованананокомпозитных полистирольных пленок с наночастицами ZnO (0, 0.1, 1.0,2.5 % масс.) под действием видимого света в отношении бактерий Listeriamonocytogenes, Escherichia coli, Staphylococcus aureus и Bacillus cereus.Установлено, что выживание данных бактерий уменьшается с увеличениемсодержания ZnO, а наибольшая чувствительность выявлена для бактерийStaphylococcus aureus.
Изучение антибактериальной активности наночастицZnO, композитов ZnO/полистирол и ZnO/поливинилпролидон в отношениибактерий Listeria monocytogenes, Salmonella Enteritidis и Escherichia coli,которые высевали в ростовой среде и жидком яичном белке (при 22 С)показало,чтокомпозитZnO/поливинилпролидонхарактеризуетсязначительной противомикробной активности в отношении всех трехбактерий, а для композита ZnO/ полистирол антимикробная активность ненаблюдалась [68].Аналогичныекомпозиционныематериалы33былиполученыивприсутствии наночастиц диоксида титана. В работе [69] показано, чтополимерныекомпозиты,содержащиенаночастицыTiO2,обладаютудовлетворительным антибактериальным действием на бактерии Escherichiacoli и Staphylococcus aureus под действием УФ-облучения.Результатыизучения композитов TiO2 (анатаз; средний размер частиц 20-30нм), где вкачестве полимера использовали полистирол, свидетельствуют о высокойантибактериальной активности по отношению к известным бактериям:антибактериальнаяактивностьсоставила99%,аэффективностьдетоксикации на бактериальный эндотоксин - более чем 90% [70].Рассмотренный литературный материал позволяет сформулироватьнаучный подход к получению полимерных суспензий, частицы которыхсодержат наночастицы оксидов металлов и которые характеризуютсяустойчивостью в процессе получения и хранения.
Этот подход включаетследующие этапы получения исходной эмульсии и проведения эмульсионнойполимеризации в высокодисперсной эмульсии:1. Синтезнаночастицопределеннойморфологии,обладающихповерхностно-активными свойствами.2. Получение устойчивой дисперсии наночастиц в органической фазе;3. Выбор ПАВ для стабилизации эмульсии, наночастиц и полимерныхмикросфер в процессе полимеризации.4. Определение условий получения высокодисперсных эмульсий ипроведения полимеризации в них.5. Изучение свойств образованных композиционных полимерныхмикросфер и применение их в различных областях.34Глава 2. Экспериментальная часть2.1 Исходные реагентыСтирол, Aldrich, 99 %, (очищали от стабилизатора 5 %-ным воднымраствором гидроксида натрия, промывали водой до нейтральнойреакции, сушили над прокаленным хлористым кальцием и дваждыперегоняли в вакууме, использовали фракцию, кипящую при 41 °С(2,1 кПа), d20 = 0,906 г см-3, n20 =1,5450)Цетиловый спирт (ЦС), Aldrich, 99 %Додецилсульфат натрия (ДСН), Sigma, > 98,0 %Персульфат калия (ПК), Sigma Aldrich, 99,9 %Динитрил азоизомасляной кислоты (ДАК), Sigma Aldrich, 99,0 %.Сульфат титанила, Sigma Aldrich, 99,9 %Тетрабутоксид титана, Sigma Aldrich, 97,0 %Дигидрат ацетата цинка, Acros, >98,0%Хлорид калия, ГОСТ 4569-95Гидроксид калия, «Реахим», ГОСТ 24363-80Олеиновая кислота, «ТЦ Вымпел», ТУ 9145-002-51043152-2005Этиловый спирт, чда, «Химмед», ТУ 6-09-4512-90Изопропиловый спирт, чда, «Химмед», ТУ 6-09-07-1718-91Гексан, чда, «Реахим», ТУ 6-09-3375-78О-ксилол, чда, «Реахим», ТУ 2631-018-78119972-06Азотная кислота, осч, «Химмед», ГОСТ 11125-84Ацетон, чда, «Реахим», ТУ 6-09-3513-86Вода, бидистиллят352.2 Методы исследования2.2.1 Синтез наночастиц ZnO и TiO2Синтез наночастиц оксида цинкаНаночастицы оксида цинка синтезировали щелочным гидролизом солицинка в изопропаноле согласно методике, описанной в [56].Раствор гидроксида калия в изопропаноле готовили при интенсивномперемешивании в плоскодонной колбе, снабженной обратным водянымхолодильником в течение 30 минут при 60 оС.
К раствору небольшимипорциямиприприготовленныйпостоянномрастворперемешиваниидигидратаацетатаприливалицинкавзаранееизопропаноле.Полученную суспензию перемешивали в течение 2 часов при 60 оС, затемцентрифугировали при 3000 об/мин в течение 10 минут. Полученный осадокмногократно промывали смесью гексана с изопропанолом (массовоесоотношение гексан/оксид цинка 2:1) для удаления побочных продуктовреакции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
