Диссертация (1150237)
Текст из файла
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕСАНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТМЕНЬШИКОВ Иван НикитичКОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧАСТИЦ ЖЕЛЕЗА,МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИФТОРИРОВАННЫМДИАЛКИЛДИСУЛЬФИДОМ02.00.11 – коллоидная химияДиссертация на соискание ученой степеникандидата химических наукНаучный руководитель:доктор химических наук,профессор А.Н. ЖуковСанкт-Петербург2015СокращенияБЭТМетод Брунауэра-Эммета-ТеллераГЖХГазо-жидкостная хроматографияКЖКарбонильное железоКМКомпозиционный материалКССВКонстанты спин-спинового взаимодействияМППМеталлополимерные покрытияМРЖМагнитно-реологические жидкостиМУНТМногослойные углеродные нанотрубкиМУЭМагнитоуправляемые эластомерыНВЖНуль-валентное железоПАВПоверхностно-активное веществоПАНПолианилинПВСПоливиниловый спиртПДМСПолидиметилсилоксанПММАПолиметилметакрилатПФДПерфтордекалинПФДМЦГПерфтордиметилциклогексанПФМДПерфторметилдекалинПФМЦГПерфторметилциклогексанПЭВПоглотители электромагнитных волнРПМРадиопоглощающий пленочный материалРФЭСРентгеновская фотоэлектронная спектроскопияСВЧСверхвысокочастотное излучениеСКТН-ГСилоксановый каучук термостойкийнизкомолекулярный марки ГСЭМСканирующая электронная микроскопияУНТУглеродные нанотрубкиФКФторкаучук2ЭДЖЭлектродуговое железоЭМВЭлектромагнитной волныЯМРСпектроскопия ядерного магнитного резонансаDSCДифференциальная сканирующая каллориметрияDTGДифференциальная термограммаPPyПолипирролPSПолистиролTGТермограммаS-13O2S-60ClМодификаторбис(3,7-диоксаперфтороктил)дисульфидМодификаторбис(3-окса-2-хлорперфторбутил)дисульфид3ОглавлениеВВЕДЕНИЕ _____________________________________________ 6Глава 1.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ____________________________ 141.1. Металлические частицы: методы получения и модификации _________141.2. Композиционные материалы на основе полимерных матриц и магнитныхчастиц __________________________________________________________151.3. Твердые металлополимерные композиционные материалы __________171.4. Жидкие металлополимерные композиционные материалы ___________251.5. Получение нанокомпозиционных магнитных материалов ____________35Глава 2.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ __________________ 402.1. Частицы железа ______________________________________________402.2. Использованные реагенты ______________________________________412.2.1. Реагенты-модификаторы поверхности частиц __________________412.2.2 Растворители ______________________________________________432.3. Условия проведения адсорбционной модификации частиц металлов __442.4. Условия хроматографических исследований_______________________442.5. Исследование композиций частиц железа в полимерных матрицах ____482.6.
Определение удельной поверхности частиц _______________________482.7. Исследование морфологии частиц железа методом сканирующейэлектронной микроскопии _________________________________________492.8.Термогравиметрический анализ__________________________________492.9. Анализ реагента-модификатора и состава растворов после еговзаимодействия с частицами железа методом 19F ЯМР-спектроскопии ____512.10.
Исследование поверхности частиц методом рентгеновскойфотоэлектронной спектроскопии ____________________________________51Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ _______________ 543.1. Поверхностная модификация частиц металлов _____________________5443.1.1. Поверхностная модификация частиц КЖ бис(3-окса-2хлорперфторбутил)дисульфидом __________________________________543.1.2. Поверхностная модификация частиц ЭДЖ бис(3-окса-2хлорперфторбутил)дисульфидом __________________________________733.2.
Свойства магнитных жидкостей на основе модифицированных НВЖ __763.3. Комплексный термический анализ образцов карбонильного железа. __773.4. Комплексный термический анализ композиций на основе фторкаучуков._______________________________________________________________80ВЫВОДЫ ______________________________________________ 85СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ _________________________________ 88ПРИЛОЖЕНИЯ ________________________________________ 1005ВВЕДЕНИЕВ последние десятилетия одним из важных направлений развитиянанотехнологий является создание новых функциональных систем иматериалов путем сборки организованных структур на основе множестваоднородныхилиразличныхнаноблоков[1-5].Высокодисперсныеметаллические частицы являются перспективными исходными материаламидля этих целей [6-9]. Для создания на основе таких частиц новыхструктурированных материалов необходимо направленное регулированиепроцесса их организации, в том числе в приложенном магнитном поле.Необходиматакжеметаллическихразработкачастицфункциональностиисметодовзаданнымидостаточнополученияпараметрамивысокостабильнойдисперсныхразмераиповерхностнойструктурой.
Ранее в качестве носителей магнитных свойств применяличастицы из различных оксидов металлов, которые обеспечивают стабильныемагнитные характеристики и контролируемые размеры, однако имеютсравнительно низкие значения магнитных характеристик. Ставя перед собойзадачу реализовать высокие удельные магнитные характеристики именнометаллических, а не оксидных частиц, совместно исследователями ФГУП«НИИСК»ипентокарбонилаСПбПолитехническогожелезавприсутствииУниверситетааэрозоля[10,11]изфторированногомодификатора в токе инертного газа были получены наночастицы железа,защищенные от агрессивного воздействия окружающей среды и обладающиемагнитными характеристиками близкими к чистому железу.
Для созданиянового поколения структурированных материалов из наночастиц металловцелесообразно также введение в их поверхностный слой функциональныхгрупп, обеспечивающих лучшую совместимость наполнителя с матрицей.Кроме того, введение стабилизаторов на высокодисперсные металлическиечастицы необходимо для их защиты от экстремально агрессивных сред сцелью создания на их основе инновационных защитных материалов,способныхрассеиватьразличныеэлектромагнитные6волны.Такиекомпозиции с металлическим наполнителем типа ядро-оболочка могут такжеслужить магнитными затворами и прочими магнитными жидкостями,управляемыми приложенным внешним магнитным полем в отраслях,связанных с экстремальными условиями работы [12-15]. Известно, чтоиспользование модификаторов близких по природе к матрице позволяетповысить эффективность композитного материала.
Формируемые на основетакого принципа частицы обладают преимуществом над частицами безпокрытия,благодоряорганическиммолекуламнаповерхности,комплементарным матрице по составу и функциональности. За счет этогофрагменты модификатора связывают и удерживают такие частицы вполимере за счет комплекса нековалентных взаимодействий [16-18]. Однакоэтот метод до сих пор не был использован для создания частиц с участиемфторированных соединений в оболочке.
Новые типы металлических частиц сфторсодержащейоболочкойперспективныкакнаполнителидляпроизводства композиционных материалов, основанных на фтрополимерах ифторсилоксанах.В связи с вышесказанным разработка методов синтеза новых типовмодифицированных металлических частиц с функциональными группами,локализованными в их поверхностном слое, в том числе частиц типаядро−оболочка, а также формирование, путем введения таких частиц вразличныефторполимеры,новыхматериаловдлярадиозащитыимагнитоэлектроники является актуальной задачей.Работа выполнена в соответствии с планами НИР ФГУП НИИСК, атакжепоФЦНТП«Исследованияиразработкипоприоритетнымнаправлениям развития научно-технологического комплекса России на 20072012 годы» (Индустрия наносистем и материалов) и Научным программамПрезидиума РАН («Программа фундаментальных исследований президиумаРАН№27в2012г»,«Основынанотехнологий и наноматериалов»).7фундаментальныхисследованийАктуальнось работы.
В последнее время пристальное вниманиеисследователей обращено на физические и коллоидно-химические свойствадисперсных систем, содержащих частицы нуль-валентного железа (НВЖ).Промышленное производство порошков НВЖ из года в год увеличивается всвязи с расширением областей их практического применения. Дисперсныечастицы НВЖ с высокими магнитными характеристиками и размерамипорядка 10-1000 нм широко используются в технологических процессахпроизводствамагнитныхкомпозитныхматериалов,жидкостей,которыеразличныхметаллополимерныхприменяютсякакпокрытия,поглощающие радиоволновое излучение, а также в качестве компонентовэффективных сорбентов для удаления из почв радионуклидов.Однако эти важные практические направления использования НВЖосложнены проблемой коррозии, которая является особенно острой припроизводстве и применении материалов на основе суспензий частиц железа,как в протонных, так и в апротонных средах.
Так, например, даже достаточнокрупные порошки этого металла с размером частиц 100-1000 нм уже прикомнатной температуре оказываются активными вплоть до проявленияэффекта пирофорности. Поэтому для достижения стабильных высокихмагнитных, радиопоглощающих и других специфических характеристикматериалов, получаемых на основе НВЖ, необходимо искать подходы кпредотвращению окисления и агрегации металлических частиц. В настоящейработе рассмотрены пути защиты и стабилизации дисперсий НВЖ вапротонных жидких средах, в том числе полимерных.К настоящему времени в научной и патентной литературе описаныспособы формирования оксидных, сульфидных, фосфидных, солевых идругих поверхностных слоев на частицах металлов, а также разнообразныевариантыформированиясилоксановыхиполимерныхполиимидных(воболочектомначислетермостойкихчастицахНВЖ.).Предпринимаются попытки объяснить создание систем типа «ядрооболочка». К сожалению, большинство предложенных способов защиты на8поверхности частиц НВЖ работает в очень ограниченном диапазонетемператур и неэффективно в случае агрессивных сред.
Это объясняетсямалой прочностью связей ядра с поверхностным слоем, недостаточнойсплошностью,прочностьюисобственнойстабильностьюзащитногопокрытия. В этой связи представляется актуальным исследование природыформирования защиты поверхности частиц НВЖ.Использование ряда фторированных радикалов, природа которыхотличается инертностью и термостойкостью, позволяет создать на основемодифицированных с их помощью частиц НВЖ магнитно-реологическиежидкости (МРЖ) и металлополимерные покрытия (МПП), используемые длярадиопоглощения и рассеивания электромагнитного излучения, т.е. дляпозиций, предъявляющих особые требования к стойкости материалов.Инертность и химстойкость фторированных радикалов, выступающих вкачестве модификатора частиц НВЖ, позволяет изолировать ограниченностойкую полимерную основу МРЖ и МПП от высокоактивной поверхностиметалла.Цель работы: Исследование возможности защиты и повышениястойкости частиц НВЖ от окисления и агрегации путем модификации ихповерхности фторированным диалкилдисульфидом из растворов апротонныхрастворителей,амагнитореологическихтакжеисследованиесвойствдисперсныхколлоиднохимическихсистем,наиосновестабилизированных таким образом частиц НВЖ.Для достижения поставленных целей сформулированы основныезадачи работы: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}
