Синтез и исследование сорбционных свойств гуанидинсодержащих полимерных нанокомпозитов - Химия магистерская работа

Главная

Химия
Синтез и исследование сорбционных свойств гуанидинсодержащих полимерных нанокомпозитов

Получение композиционных материалов на основе полимеров и природных слоистых силикатов (смектитов): гекторит и монтмориллонит. Полигуанидины как структуры для получения гуанидинсодержащих полимерных нанокомпозитов. Полимер-силикатные нанокомпозиты.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
«Синтез и исследование сорбционных свойств гуанидинсодержащих полимерных нанокомпозитов»
Современный этап химической науки характеризуется пристальным вниманием к развитию новых методов получения наноматериалов. Ионообменные сорбенты, модели биополимеров, нанотрубки с повышенной прочностью, органические наноматериалы, обладающие многими свойствами недоступными неорганическим веществам; полимерные нанокомпозитные и пленочные материалы для нелинейных оптических и магнитных систем, газовых сенсоров, биосенсоров, мультислойных композитных мембран; полимерные наноструктуры для гибких экранов - таков далеко не полный перечень практического применения нанокомпозиционных материалов. Можно полагать, однако, что сегодня область разработки и исследования полимерных наноматериалов находится лишь на начальном участке того экспоненциального пути, который предсказывает ей логика развития науки.
В последние годы проводятся широкие исследования процессов получения композиционных материалов на основе полимеров и природных слоистых силикатов. Этот класс новейших нанокомпозитов обладает синергизмом свойств исходных компонентов. Необычность их архитектурного оформления заключается в том, что органическая фаза может захватывать наночастицы внутрь своеобразной «ловушки» или полимерной сетки.
В то же время многие природные силикаты (так называемые смектиты), к числу которых относятся, например, гекторит и монтмориллонит (со структурой типа слюды), состоят из чередующихся слоев катионов и отрицательно заряженных слоев силикатов. Такие слои «хозяина» с регулируемыми системами перколяционных пор и каналов легко образуют соединения включения, в том числе и в случае молекул мономера в качестве «гостей» [1-10].
Одним из наиболее эффективных способов получения нанокомпозитов является внедрение в глинистый минерал мономеров с их постинтеркаляционной полимеризацией [5]. В этом случае образуются нанокомпозиты, в которых неорганический и полимерный компоненты связаны сильными ковалентными или ионными химическими связями.
Перспективными структурами для получения полимерных нанокомпозитов являются полигуанидины. Гуанидинсодержащие полимеры содержат большое количество функциональных групп, которые способны образовывать прочные связи с поверхностью глины. В связи с этим, распределение органоглины в полимерной матрице будет осуществляться гораздо легче, что позволит решить основную проблему, которую приходится преодолевать при создании таких материалов - несовместимость неорганических и органических компонентов. Кроме того, соединения, содержащие гуанидиновые группы, проявляют заметную биоцидность. Введение таких групп в макромолекулярные цепи приводит к усилению биоцидных свойств, поэтому создание новых полимерных композиционных материалов, содержащих гуанидиновые группы, изучение их физико-химических свойств и характеристик, а также выявление возможности получения на их основе нанокомпозитов, обладающих сорбционными и биоцидными свойствами, представляется нам весьма актуальным.
Цели настоящей работы заключались в исследовании возможности получения новых гуанидинсодержащих полимерных композиционных материалов на основе гуанидинсодержащих мономеров методом постинтеркаляционной радикальной полимеризации, и изучении их физико-химических, сорбционных и биоцидных свойств.
Полимер - силикатные нанокомпозиты: структура и свойства
Расширение сфер применения наноматериалов, потребность в них применительно к самым разнообразным отраслям, естественно стимулирует интерес исследователей к проблемам синтеза и механизма образования этого класса полимерных материалов.
К настоящему времени получено достаточно много классов полимерных нанокомпозитов, имеющих различные механизмы упрочнения, но общие в том смысле, что эти механизмы реализуются за счет введения в полимерную матрицу частиц нанометровых размеров. Как известно, основной особенностью таких частиц является резко увеличенная площадь контакта полимер-наполнитель по сравнению с обычными наполнителями размера микронного масштаба, что дает максимальный эффект упрочнения при малых содержаниях нанонаполнителя [11]. Отсюда следует, что основным предметом исследования в данном случае являются межфазные явления на границе полимерная матрица-наполнитель. Взаимодействие на межфазной границе приводит к изменению свойств отдельных компонентов системы, в результате чего композиционные материалы приобретают принципиально новые свойства по сравнению с составляющими их компонентами. Степень гетерогенности и соотношение между фазами часто являются основными для проявления эффекта синергизма. Именно сложность нанокомпозитов и обеспечивает их подчас уникальные свойства как материалов, предназначенных для использования в различных сферах.
Поскольку все процессы, проходящие при получении нанокомпозиционных материалов и при их эксплуатации в различных условиях учесть и описать в настоящее время невозможно, исследователи идут по пути обобщения отдельных экспериментальных фактов, постепенно увеличивая их количество в многопараметрической задаче. Развитие методологических возможностей и создание принципов построения полимерных нанокомпозиционных материалов позволяют заложить основы для создания сложных полимерных систем с необходимым комплексом свойств.
1.1 Общая характеристика композиционных материалов
Композиционный материал (КМ) - это система из двух или нескольких фаз, отличающихся химическим составом и структурой [12-14]. Равномерно распределенные жёсткие компоненты - наполнители играют главную роль в изменении свойств полимера - матрицы в КМ. По форме частиц наполнителя КМ разделяют на дисперсные, слоистые и волокнистые [15].
Полимерные нанокомпозиты - это класс композиционных материалов, представляющих собой полимеры, наполненные частицами, имеющими хотя бы один из размеров нанометрового диапазона. В зависимости от того, какой из размеров имеет такой масштаб, различают три типа наполнителей:
- когда во всех трех измерениях частицы имеют размер порядка нанометра, мы имеем дело с нуль-мерными изоразмерными наночастицами (таковыми, в частности, являются сферические силикатные наночастицы, полученные по in situ золь-гелевой технологии [15-17]). К нуль-мерным наночастицам можно отнести также полупроводниковые нанокластеры [18], магнитные кластеры и др.;
- если лишь два размера частиц наполнителя (удлиненные одномерные образования) имеют нанометровый масштаб, а третий размер - существенно больше, речь идет о нанотрубках [19] или так называемых вискерах (усах) [20, 21], которые широко используются как упрочняющие нанонаполнители с исключительными зачастую уникальными свойствами;
- частицы третьего типа наполнителей (двумерные пластинчатые образования) характеризуется только одним размером нанометрового уровня. В этом случае наполнитель представляет собой слои, толщиной от одного до нескольких нанометров и длиной в сотни, и даже и в тысячи нанометров.
Семейство нанокомпозитов, в которых используются наполнители третьего типа, объединено под названием полимерно-слоистые нанокомпозиты. Эти материалы почти всегда получаются путем интеркаляции (внедрения) цепей полимера (или молекул мономера, впоследствии полимеризующегося) в межслоевые пространства кристалла-хозяина (основного кристалла). Существует множество синтетических и природных слоистых минералов, которые можно использовать в качестве наполнителей для полимеров. В таблице 1 показаны некоторые из них. После интеркаляции полимера в межслоевые пространства большинства из представленных в таблице слоистых кристаллов образуются нанокомпозиты с различными практически важными свойствами [8]. Однако для использования в качестве наполнителей при производстве крупнотоннажных материалов наиболее перспективными среди них оказались природные слоистые алюмосиликаты, прежде всего благодаря таким своим качествам, как доступность, дешевизна, возможность относительно простого регулирования поверхностных свойств [22-24].
Примеры слоистых кристаллических структур, в которых
возможна интеркаляция макромолекул полимера [8]
Монтмориллонит, гекторит, сапофит, флюоромика, флюогекторит, вермикулит, каолинит, магадит…
M 6 Al 2 (OH) 16 CO 3 ·nH 2 O; M=Mg, Zn
1.2 Структура слоистых алюмосиликатов и их физические и химические свойства
Природные слоистые алюмосиликаты, обычно используемые в нанокомпозитах, принадлежат к структурному семейству, известному, как 2:1-филосиликаты[6, 25, 26].
Атомные структуры обычно встречающихся глинистых минералов были весьма детально определены в результате работ многочисленных исследователей, которые при этом основывались на обобщениях Паулинга [27], сделанных им для структуры слюд и родственных им слоистых минералов.
В основе строения атомных решеток большинства глинистых минералов лежат два структурных элемента. Один структурный элемент состоит из двух слоев плотноупакованных атомов кислорода или гидроксильных групп, между которыми в октаэдрической координации расположены атомы алюминия, железа или магния, так что они равноудалены от 6 кислородов или гидроксилов (рис. 1). Если в этих положениях находятся атомы алюминия, они заполняют лишь две трети всех возможных положений, чтобы уравновесить структуру, которая в этом случае является структурой гидраргиллита и имеет формулу А1 2 (ОН) 6 . При наличии магния заполненными оказываются все положения; уравновешенная структура является в этом случае структурой ору сита и характеризуется формулой Mg 3 (OH) 6 . Обычно расстояние О - О равно 2,60 Е , а расстояние ОН - ОН обычно 3 Е, однако в данном структурном элементе расстояние ОН - ОН имеет величину 2,94 Е, и пространство, доступное для иона в октаэдрической координации, имеет размер примерно 0,61 Е . Толщина этого структурного элемента в структурах глинистых минералов равна 5,06 Е. Второй элемент структуры построен из кремнекислородных тетраэдров. В каждом тетраэдре атом кремния равноудален от четырех атомов кислорода или гидроксильных групп в зависимости от требований баланса структуры, образованной тетраэдрами с атомами кремния в их центрах. Тетраэдрические группы кремнезема расположены в форме бесконечно повторяющейся гексагональной сетки, образующей слой состава Si 4 О 6 (OH) 4 (рис. 1). Тетраэдры расположены так, что вершины каждого из них направлены в одну и ту же сторону, а основания находятся в одной и той же плоскости. В структуре этого слоя можно выделить три уровня. На первом уровне в виде ажурной сетки находятся атомы кислорода. На втором уровне находятся атомы кремния, каждый из которых лежит в выемке, образованной тремя соприкасающимися атомами кислорода первого уровня, вследствие чего они в своей совокупности образуют гексагональную сетку. На третьем уровне находятся гидроксильные группы, причем каждый гидроксил расположен в вершине тетраэдра прямо над атомом кремния. Гранецентрированная гексагональная сетка может рассматриваться как образованная тремя системами рядов атомов кислорода, пересекающихся под углом в 120°. Расстояние О - О в тетраэдрическом слое равно 2,55 Е , а пространство, доступное для иона, в тетраэдрической координации имеет размер примерно в 0,55 Е . Толщина этого структурного элемента в структурах глинистых минералов -- 4,93 Е ; каждый из них имеет расстояние от центра до центра примерно 2,1 Е [28].
Рис. 1.1. Схематическое изображение отдельного кремнекислородного тетраэдра (а) и сетки кремнекислородных тетраэдров, расположенных по гексагональному мотиву (б): 1 - атомы кислорода; 2 - атомы кремния
Некоторые глинистые минералы являются волокнистыми и построены из структурных элементов, отличных от описанных выше. По своим структурным особенностям эти минералы подобны амфиболам, и их основные структурные элементы состоят из кремниевых тетраэдров, расположенных в форме двойной цепи состава Si 4 О 11 , как показано на рис. 2. Структура этого элемента подобна структуре слоя из кремнекислородных тетраэдров в слоистых минералах с тем лишь отличием, что она имеет бесконечную протяженность только в одном направлении. В другом направлении она распространена лишь примерно на 11,5 Е. Цепи связаны вместе атомами алюминия или магния, расположенными так, что каждый из них окружен шестью «активными» атомами кислорода. Активными являются те атомы кислорода, которые имеют лишь одну связь с кремнием и, следовательно, находятся на краях цепей и в вершинах тетраэдров [29].
Рис. 1.2. Схематическое сдвоенных цепей кремнекислородных тетраэдров, характерных для амфиболевого структурного типа глинистых минералов. а - в перспективе;
б - в проекции на плоскость основания тетраэдров
Диоктаэдрические (гептафиллитовые) монтмориллониты
(ОН) 4 Si 3 (Al 3,34 Mg 0,66 {Na 0,66 })O 20
(ОН) 4 (Si 4,34 Al 1,66 {Na 0,66 }) Al 4,34 O 20
(ОН) 4 (Si 6 Al 2 {Na 0,56 }) Al 4,44 O 20
(ОН) 4 (Si 7,34 Al 0,66 {Na 0,66 }) Fe 4 3+ O 20
Триоктаэдрические (октафиллитовые) монтмориллониты
(ОН) 4 Si 6 Mg 5,04 {Na 0,66 }Li 0,66 )O 20
(ОН) 4 (Si 7,34 Al 0,66 {Na 0,66 })Mg 6 O 20
(ОН) 4 (Si 6,66 Al 1,34 {Na 0,66 })(Mg 5.34 Al 0,66 ) O 20
Структура слоистых силикатов, способы модификации. Структура полимерных нанокомпозитов на базе монтморилонита. Определение межслойного пространства, степени распределения частиц глины в матрице. Получение полимерных нанокомпозитов на базе алюмосиликатов. статья [1,2 M], добавлен 22.02.2010
Одним из наиболее перспективных и многообещающих направлений развития современной науки является нанотехнология. Исследование нанокомпозитов из керамики и полимеров, нанокомпозитов, содержащих металлы или полупроводники. Возможности нанотехнологий. реферат [453,7 K], добавлен 26.01.2011
Понятие полимерных нанокомпозитов. Разработка способов получения и изучение сорбционных свойств композитов на основе смесей порошков нанодисперсного полиэтилена низкой плотности, целлюлозы, активированного углеродного волокна и активированного угля. дипломная работа [762,4 K], добавлен 18.12.2012
Хемосорбционное модифицирование минералов. Свойства глинистых пород. Методика модификации бентонитовой глины месторождения "Герпегеж". Физико-химические способы исследования синтезированных соединений. Определение сорбционных характеристик бентонина. курсовая работа [9,2 M], добавлен 27.10.2010
Определение понятия и свойств полимеров. Рассмотрение основных видов полимерных композиционных материалов. Характеристика пожарной опасности материалов и изделий. Исследование особенностей снижения их горючести. Проблема токсичности продуктов горения. презентация [2,6 M], добавлен 25.06.2015
Закономерности трансформации состава, свойств бентонита в процессе модифицирования. Исследование сорбционной активности природных и модифицированных форм бентонита. Определение закономерностей модифицирования бентонита Кабардино-Балкарского месторождения. магистерская работа [9,2 M], добавлен 30.07.2010
Общая характеристика современных направлений развития композитов на основе полимеров. Сущность и значение армирования полимеров. Особенности получения и свойства полимерных композиционных материалов. Анализ физико-химических аспектов упрочнения полимеров. реферат [28,1 K], добавлен 27.05.2010
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Синтез и исследование сорбционных свойств гуанидинсодержащих полимерных нанокомпозитов магистерская работа. Химия.
Реферат по теме Техника и технологии в социально-культурном сервисе и туризме
Курсовая работа по теме Общий подход к оценке эффективности инвестиций. Система показателей эффективности инвестиционного проекта и требования к их определению
Сочинение На Севере Диком Стоит Одиноко Лермонтов
Реферат На Тему Туристические Ресурсы Одесской Области
Курсовая работа по теме Проект виробництва таблеток 'Парацетамол'
Сочинение: "Жизнь - это свобода". По произведениям В.Гроссмана "Жизнь и судьба" и Ю.Домбровского "Факультет ненужных вещей"
Курсовая работа по теме Организация стимулирования сбыта продукции
Сочинение По Картине Васнецова На Распутье
Доклад по теме Некоторые особенности оформления контракта с китайским партнером
Контрольная работа: Деньги, кредит, банки
Лекция по теме Конспект лекций по специальной педагогике и психологии
Город Моей Мечты Сочинение
Реферат по теме Питание с учетом различных вероисповеданий
Контрольная Работа 5 11 Класс Алгебра
Реферат по теме Методы формирования кадрового состава
Реферат По Физкультуре Маленький
Пособие по теме Статистические данные по санаторно-курортному комплексу Кавминвод
Дипломная работа по теме Разработка практических рекомендаций по совершенствованию стиля лидерства руководителя ПК 'Инза'
Курсовая работа по теме Выявление тенденций и закономерностей заболеваемости населения Камчатского края
Общая Хирургия Реферат
Формирование глагольного словаря старших дошкольников с общим недоразвитием речи 3-го уровня - Педагогика дипломная работа
Причины мирового экономического кризиса и его последствия для России в 2010 г. - Международные отношения и мировая экономика реферат
Причины конфликтов и их роль в управлении организацией - Менеджмент и трудовые отношения реферат