Изучение сорбции сверхкритического диоксида углерода полимерами и модификация их свойств (1103014), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Актуальной задачей многихконкретных приложений является нанесение тонкого и однородного функциональногополимерного покрытия (например, гидрофобного) на всю доступную поверхность пористогоуглеродного материала. При этом нанесение покрытия не должно изменять морфологию исвойства материала (степень пористости, распределением пор по размерам, проводимость).а)б)в)г)17д)е)Рис. 9. Фотографии капель воды на модифицируемых поверхностях: а) — наповерхности микропористого полиэтилена до гидрофобизации; б) — на поверхностимикропористого полиэтилена после гидрофобизации; в) — на поверхности композитногополимерного материала из микропористой полиэтиленовой подложки и шероховатогопокрытия из полипиррола до гидрофобизации (начальный момент времени, по меренамокания подложки контактный угол уменьшается, гистерезис контактного угла велик);г) — на поверхности того же композитного полимерного материала после гидрофобизации(значение контактного угла не меняется с течением времени, гистерезис контактного угламал); д) — на поверхности гидрофобизованной ткани (батист); д) — на поверхностигидрофобизованной ткани (байка).Размер реперной шкалы 1 мм.Были проведены измерения углов смачивания водой для исходных материалов ипосле их модификации нанесением покрытия фторосодержащего полимера Форум из ск СО2.Было обнаружено, что предложенный и реализованный подход действительно позволяетсущественно увеличить гидрофобность пористых и шероховатых поверхностей и придать имультрагидрофобные свойства.Так, исходный материал МППЭ до экспозиции в ск СО2 с УПТФЭ Форумомхарактеризовался значением угла смачивания 88±1°, а после модификации — 134±2°.Композитный материал, состоящий из подложки МППЭ с нанесенным шероховатым слоемполипиррола до экспозиции имел значение угла смачивания водой 119±2°, а послемодификации — 147±2°.
Причем до экспозиции в растворе УПТФЭ Форум в ск СО2материал имел значительный гистерезис угла смачивания: по мере "промокания"поверхности контактный угол уменьшался. После экспозиции гистерезис контактного углабыл мал, что выражалось в высокой мобильности капли воды на модифицированнойповерхности. Два исследованных образца тканей (батист и байка) до экспозиции впитывалинанесенную каплю воды за секунды, что соответствует нулевому углу смачивания (полноесмачивание).Послеэкспозицииобаматериала18приобреталиярковыраженныеультрагидрофобные свойства, значения углов смачивания: 148±4° (батист) и 156±7° (байка).Нанесенная капля воды не демонстрировала какой-либо тенденции к проникновению вгидрофобизованный материал тканей и сохраняла весьма высокую степень мобильности наповерхности, что свидетельствовало о малом значении гистерезиса контактного угла.
Такимобразом, степень ультрагидрофобности для этих материалов была наибольшей, чтообъясняется их наибольшей шероховатостью.Следует отметить, что полимерные поверхности и поверхности тканей обладалиопределенной шероховатостью не только на микро- и нано- уровне (что необходимо дляиндуцирования ультрагидрофобных свойств).
Они характеризовались также определенноймакроскопической шероховатостью, которая понижала точность измерений значенийконтактных углов. В частности, высокая мобильность наносимых капель воды наультрагидрофобных поверхностях приводила к тому, что их стабилизация было возможнатолько в определенных локальных впадинах поверхности, что занижало измеряемыезначения углов смачивания. Кроме того, ворсистость данных поверхностей не позволялаточно фиксировать направление касательной при измерении контактного угла. Измерениязначений углов смачивания для всех материалов проводились несколько раз, с разнымикаплями, в качестве полученного значения использовали среднее арифметическое,погрешность измерений была определена как ошибка среднего арифметического. Дляматериалов тканей эта погрешность больше, в силу указанных выше причин.Основные выводы диссертации.1.
В работе исследована сорбция ПС сверхкритической двуокиси углерода с помощьюгравиметрической и оптической методик. С помощью гравиметрической методикипроведено определение массовых степеней набухания и коэффициентов диффузииСО2 в ПС Определение коэффициентов диффузии в случае оптической методикипроизводилось непосредственно из анализа движения оптических границ фронтовдиффузии СО2 в ПС. Обнаружена немонотонная зависимость коэффициентадиффузии от давления. В рамках работы представлена соответствующая трактовкаполученных результатов.2. Произведен сравнительный анализ результатов, полученных с использованиемгравиметрическойиоптическойметодик.Показано,чтоприменениегравиметрической методики для определения коэффициентов диффузии имеетзначительные ограничения.
Тем не менее, данный метод прост и удобен длянахождения равновесной степени набухания. Оптическая методика позволяетнепосредственно определять коэффициенты диффузии в полимерах. Сочетание двухметодик, впервые использованное в работе в применении к сверхкритическим средам,19дает наиболее полную картину зависимости свойств полимера от условий ихэкспозиции в ск средах.3. Изучены процессы порообразования в ПС при десорбции ск СО2. Полученызависимости размеров образующихся пор от условий проведения эксперимента –давления, температуры, времени экспозиции образцов в ск СО2.4.
В результате проведенных исследований было показано, что при воздействии на ПСсверхкритического диоксида углерода, возможно направленно создавать в полимерегомогенные или негомогенные (градиентные) пористые структуры с известнойморфологией5. Продемонстрировано,чтоприменяядляописаниянаблюдаемыхпроцессовпорообразования математический аппарат теории гомогенной нуклеации, удаетсядостаточно адекватно прогнозировать поведение полистирола при декомпрессии ивыходе диоксида углерода.6. В результате проведенных исследований исследованы свойства полимерныхкомпозитов полипиррола и микропористого полиэтилена с помощью методаполимеризации пиррола в сверхкритической двуокиси углерода, предложенного ивпервые осуществленного в ходе данной работы.
Метод получения данныхкомпозитов отличается простотой и экологической чистотой. Показано, что удобнымприемом наращивания и регулирования толщины слоя полипиррола на поверхности ив объеме МППЭ является его многоступенчатый последовательный синтез на пленкеМППЭ. Отмечены хорошая адгезионная совместимость входящих в композитполимеров и возможность достижения высокого содержания электропроводящегокомпонента.7. Исследованы свойства ультрагидрофобных поверхностей, созданных с помощьюоригинальнойметодики,состоящейвосаждениигидрофобизующегофторосодержащего полимерного покрытия из растворов в сверхкритической двуокисиуглерода на поверхность шероховатой или пористой подложки.8.
Экспериментально определены подходящие условия экспозиции подложки вгидрофобизующем растворе в сверхкритической двуокиси углерода: температуру,давление, время экспозиции, массу полимерной навески, скорость и температурныйрежимдекомпрессии.подтвержденаМетодомвозможностьсканирующейосаждениясиловойоднородныхискажающих морфологию исходной шероховатой подложки20микроскопиитонкихпокрытий,быланеСписок печатных работ, опубликованных по теме диссертации1. Swelling and impregnation of polystyrene using supercritical carbon dioxide, Lev N.Nikitin, Marat O. Gallyamov, Rostislav A. Vinokur, Alexander Yu. Nikolaev, Ernest E.Said-Galiyev, Alexei R.
Khokhlov, Henrik T. Jespersen, Kjeld Schaumburg, J. ofSupercritical Fluids 26 (2003) 263-273.2. Sorption of supercritical carbon dioxide by some polymers: in situ investigation, Nikitin L.,Gallyamov M., Vinokur R., Said-Galiyev E., Khokhlov A., Nikolaev A., Jespersen H.,Schaumburg K., Proceedings of 6th Symposiun on supercritical fluids, Versailles, 2003, pp.1451-1457.3. Структура композитов, полученных формированием полипиррола всверхкритическом СО2 на микропористом полиэтилене, Л.Н. Никитин, М.О.Галлямов, А.Ю.
Николаев, Э.Е. Саид-Галиев, А.Р. Хохлов, С.С. Букалов, Г.И.Магдануров, В.В. Волков, Э.В. Штыкова, К.А. Дембо, Г.К. Ельяшевич,Высокомолекулярные соединения, Серия А, 2006, том 48, №8, с. 1431-1447.4. Формирование пористости в полимерах с помощью сверхкритического диоксидауглерода, Л.Н. Никитин, А.Ю. Николаев, Э.Е. Саид-Галиев, А.И. Гамзазаде, А.Р.Хохлов, Сверкритические Флюиды: Теория и Практика, Том1, №1, 2006, с. 77-89.5.
Особенности сорпции полистиролом сверхкритического диоксида углерода,конференция аспирантов и студентов, г. Дубна, 1-3 апреля 2002 г., тезисы докладов,с.576. Polymer Composites Made Using Supercritical Carbon Dioxide, Nikitin L., Nikolaev A.,Gallyamov M., Elyashevich G., Rosova E., Said-Galiyev E., KhokhlovA., The 3rdInternational Symposium on Supercritical Fluid Technology for Energy and EnvironmentApplications ( October 16-20, 2004, Tianjin University, Tianjin, China).7.
Formation of non-uniform porous structure in polystyrene via exposition in supercriticalcarbon dioxide, Alexander Nikolaev, Lev Nikitin, Alexey Khokhlov, European PolymerCongress 2005, p.1-36.8. Supercritical CO2 sorption by polystyrene and formation of porous structures, Nikolaev A.,Nikitin L., Gallyamov M., Vinokur R., Said-Galiyev E., Khokhlov A., Schaumburg K.,International Conference Dedicated to 50th Anniversary of A. N. Nesmeyanov Institute ofOrganoelement Compounds, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia, May 30-June4, 20049. Investigation of supercritical CO2 sorption by polystyrene and formation of porousstructures, Nikolaev A., Nikitin L., Gallyamov M., Vinokur R., Said-Galiyev E., Khokhlov21A., Schaumburg K., 7th Italian Conference on Supercritical Fluids and their Applications 9thMeeting on Supercritical Fluids Trieste, Italy June 13–16, 2004.10.
Polyethylene-polypyrrole composites assisted by supercritical carbon dioxide, Nikitin L.,Gallyamov M., Nikolaev A., Elyashevich G., Said-Galiyev E., Bukalov S., Magdanurov G.,Khokhlov A., 8th Conference on Supercritical Fluids and Their Applications, May 28-31,2006, Ischia, Italy.11. Синтез и исследование свойств композитов микропористого полиэтилена иполипиррола, Никитин Л.Н., Ельяшевич Г.К., Розова Е.Ю., Саид-Галиев Э.Е.,Галлямов М.О., Винокур Р.А., Николаев А.Ю., Хохлов А.Р., Schaumburg K., наТретьей Всероссийской Каргинской конференции "Полимеры-2004", Москва, 2004.12. Some peculiarities of polymers sorption of supercritical carbon dioxide, Nikitin L.N.1,Gallyamov M.O., Vinokur R.A., Nikolaev A.Yu., Said-Galiyev E.E., Khokhlov A.R., IМеждународная научно-практическия конференция «Сверхкритические флюидныетехнологии: инновационный потенциал России», г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
