Сумісне модифікування монтморилоніту з одночасно гідрофобізуючою та реакційноздатною сполуками для отримання нанокомпозитів на основі поліуретанів
Розроблено спосiб модифiкування монтморилонiту (ММТ) з одночасно гiдрофобiзуючою та реакцiйноздатною сполуками з метою отримання нанокомпозитiв на основi полiуретанiв, дослiджено особливостi проходження сумiсної адсорбцiї на поверхнi ММТ....
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/8458 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Сумісне модифікування монтморилоніту з одночасно гідрофобізуючою та реакційноздатною сполуками для отримання нанокомпозитів на основі поліуретанів / Ю.В. Савельєв, О.М. Гончар, В. Г. Сєров, В. I. Литвяков, Л.П. Робота // Доп. НАН України. — 2009. — № 4. — С. 153-157. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-8458 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-84582010-06-01T12:01:49Z Сумісне модифікування монтморилоніту з одночасно гідрофобізуючою та реакційноздатною сполуками для отримання нанокомпозитів на основі поліуретанів Савельєв, Ю.В. Гончар, О.М. Сєров, В.Г. Литвяков, В.І. Робота, Л.П. Хімія Розроблено спосiб модифiкування монтморилонiту (ММТ) з одночасно гiдрофобiзуючою та реакцiйноздатною сполуками з метою отримання нанокомпозитiв на основi полiуретанiв, дослiджено особливостi проходження сумiсної адсорбцiї на поверхнi ММТ. A new method of montmorillonite modification simultaneously by hydrophobizating and reactive compounds to obtain nanocomposites based on polyurethanes is developed. Peculiarities of the combined adsorption behavior on the montmorillonite surface are investigated. 2009 Article Сумісне модифікування монтморилоніту з одночасно гідрофобізуючою та реакційноздатною сполуками для отримання нанокомпозитів на основі поліуретанів / Ю.В. Савельєв, О.М. Гончар, В. Г. Сєров, В. I. Литвяков, Л.П. Робота // Доп. НАН України. — 2009. — № 4. — С. 153-157. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/8458 54-183:678.664: uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Хімія Хімія |
| spellingShingle |
Хімія Хімія Савельєв, Ю.В. Гончар, О.М. Сєров, В.Г. Литвяков, В.І. Робота, Л.П. Сумісне модифікування монтморилоніту з одночасно гідрофобізуючою та реакційноздатною сполуками для отримання нанокомпозитів на основі поліуретанів |
| description |
Розроблено спосiб модифiкування монтморилонiту (ММТ) з одночасно гiдрофобiзуючою та реакцiйноздатною сполуками з метою отримання нанокомпозитiв на основi полiуретанiв, дослiджено особливостi проходження сумiсної адсорбцiї на поверхнi ММТ. |
| format |
Article |
| author |
Савельєв, Ю.В. Гончар, О.М. Сєров, В.Г. Литвяков, В.І. Робота, Л.П. |
| author_facet |
Савельєв, Ю.В. Гончар, О.М. Сєров, В.Г. Литвяков, В.І. Робота, Л.П. |
| author_sort |
Савельєв, Ю.В. |
| title |
Сумісне модифікування монтморилоніту з одночасно гідрофобізуючою та реакційноздатною сполуками для отримання нанокомпозитів на основі поліуретанів |
| title_short |
Сумісне модифікування монтморилоніту з одночасно гідрофобізуючою та реакційноздатною сполуками для отримання нанокомпозитів на основі поліуретанів |
| title_full |
Сумісне модифікування монтморилоніту з одночасно гідрофобізуючою та реакційноздатною сполуками для отримання нанокомпозитів на основі поліуретанів |
| title_fullStr |
Сумісне модифікування монтморилоніту з одночасно гідрофобізуючою та реакційноздатною сполуками для отримання нанокомпозитів на основі поліуретанів |
| title_full_unstemmed |
Сумісне модифікування монтморилоніту з одночасно гідрофобізуючою та реакційноздатною сполуками для отримання нанокомпозитів на основі поліуретанів |
| title_sort |
сумісне модифікування монтморилоніту з одночасно гідрофобізуючою та реакційноздатною сполуками для отримання нанокомпозитів на основі поліуретанів |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Хімія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/8458 |
| citation_txt |
Сумісне модифікування монтморилоніту з одночасно гідрофобізуючою та реакційноздатною сполуками для отримання нанокомпозитів на основі поліуретанів / Ю.В. Савельєв, О.М. Гончар, В. Г. Сєров, В. I. Литвяков, Л.П. Робота // Доп. НАН України. — 2009. — № 4. — С. 153-157. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT savelʹêvûv sumísnemodifíkuvannâmontmorilonítuzodnočasnogídrofobízuûčoûtareakcíjnozdatnoûspolukamidlâotrimannânanokompozitívnaosnovípolíuretanív AT gončarom sumísnemodifíkuvannâmontmorilonítuzodnočasnogídrofobízuûčoûtareakcíjnozdatnoûspolukamidlâotrimannânanokompozitívnaosnovípolíuretanív AT sêrovvg sumísnemodifíkuvannâmontmorilonítuzodnočasnogídrofobízuûčoûtareakcíjnozdatnoûspolukamidlâotrimannânanokompozitívnaosnovípolíuretanív AT litvâkovví sumísnemodifíkuvannâmontmorilonítuzodnočasnogídrofobízuûčoûtareakcíjnozdatnoûspolukamidlâotrimannânanokompozitívnaosnovípolíuretanív AT robotalp sumísnemodifíkuvannâmontmorilonítuzodnočasnogídrofobízuûčoûtareakcíjnozdatnoûspolukamidlâotrimannânanokompozitívnaosnovípolíuretanív |
| first_indexed |
2025-07-02T11:07:27Z |
| last_indexed |
2025-07-02T11:07:27Z |
| _version_ |
1836533099717984256 |
| fulltext |
УДК 54-183:678.664:
© 2009
Ю.В. Савельєв, О. М. Гончар, В. Г. Сєров, В. I. Литвяков,
Л.П. Робота
Сумiсне модифiкування монтморилонiту з одночасно
гiдрофобiзуючою та реакцiйноздатною сполуками для
отримання нанокомпозитiв на основi полiуретанiв
(Представлено членом-кореспондентом НАН України М.Т. Картелем)
Розроблено спосiб модифiкування монтморилонiту (ММТ) з одночасно гiдрофобiзуючою
та реакцiйноздатною сполуками з метою отримання нанокомпозитiв на основi полi-
уретанiв, дослiджено особливостi проходження сумiсної адсорбцiї на поверхнi ММТ.
Одним з перспективних напрямiв у матерiалознавствi останнiх рокiв є створення полiмер-
них матерiалiв, що мають комплекс полiпшених або нових властивостей. До таких систем
належать новiтнi типи функцiональних матерiалiв — нанокомпозити з високими бар’єрними
властивостями для використання їх у рiзних галузях технiки та в медичнiй практицi. Най-
частiше для створення полiмерних нанокомпозитiв на основi органоглин використовують
шаруватi природнi неорганiчнi структури, такi як монтморилонiт (ММТ) [1, 2]. Особли-
вий iнтерес дослiдники виявляють до органомодифiкованого монтморилонiту як елемента
нанотехнологiї i носiя наноструктури.
Для модифiкування ММТ використовуються такi пiдходи: а) модифiкування четвер-
тинними амонiєвими iонами, якi мають у своєму складi великий за розмiрами (C12 — C20)
алiфатичний фрагмент, що забезпечує оптимальне розшарування пакетiв модифiкованого
мiнералу в органiчному середовищi [3]; б) модифiкування мiнералу алкiламонiєвими iонами
з реакцiйноздатними групами, що можуть реагувати з вiдповiдними фрагментами прекур-
сорiв полiмерiв [4].
При модифiкуваннi четвертинними амонiєвими iонами з алiфатичними фрагментами
(C12 — C20) хiмiчна взаємодiя з молекулами полiмерiв/прекурсорiв вiдсутня. Модифiку-
вання ММТ алкiламонiєвими iонами з реакцiйноздатними групами має такi недолiки, як
недостатнi органофiлiзацiя мiнералу та розшарування його в органiчному середовищi. На-
слiдком цього є погiршення ступеня диспергування ММТ в олiгомернiй матрицi при отри-
маннi нанокомпозитiв in situ або в розчинах полiмерiв при синтезi нанокомпозитiв шляхом
розчинної ексфолiацiї.
Метою даної роботи є ступiнчасте модифiкування монтморилонiту: а) четвертинним
амонiєвим iоном, який має в своєму складi великий алiфатичний фрагмент (C16), що забез-
печує розшарування пакетiв ММТ в органiчному середовищi, та б) алкiламонiєвими iонами,
що мають у своєму складi групи, здатнi до участi у реакцiях полiмеризацiї/полiконденсацiї.
На першiй стадiї модифiкування використано цетиламонiєбромiд (ЦТАБ) (а), носiями
реакцiйноздатних груп були алкiламонiєвi iони диметиламонiйетилметакрилат хлорид
(ДМАЕМАХ) (б1 ), метилдiетаноламонiєхлорид (МДЕАХ) (б2 ) та трис-(гiдроксиметил)ме-
танамонiєхлорид (ТГММАХ) (б3 ):
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №4 153
ДМАЕМАХ має в своєму складi здатнi до полiмеризацiї метакрилатнi групи, що забезпе-
чує утворення хiмiчного зв’язку модифiкованого мiнералу з матрицею олiгоуретанакрилатiв
шляхом фотоiнiцiйованої полiмеризацiї, а МДЕАХ та ТГММАХ — вiдповiдно реакцiйно-
здатнi гiдроксильнi групи, якi можуть реагувати з iзоцiанатними групами прекурсора за
реакцiєю полiконденсацiї. В роботi використано Na-форму ММТ, отриману з природного
ММТ Черкаського родовища.
Обмiнну ємнiсть поверхнi ММТ, згiдно з якою розраховували спiввiдношення моди-
фiкаторiв до кiлькостi ММТ, визначали за аналiзом адсорбцiї iндикатора метиленового
блакитного (МБ) на поверхнi Na-форми ММТ методом фотоколориметрiї (КФК-2ПМ). Ад-
сорбцiю (a, ммоль/г) розраховували як рiзницю кiлькостi МБ (C0), введеного в суспензiю
ММТ та кiлькостi МБ (Cp,) — рiвноважної концентрацiї, що залишилася не адсорбованою,
на 1 г ММТ:
a =
(C0 − Cp)V
g
,
де V — об’єм водного розчину проби, л; g — маса проби ММТ.
Обмiнну ємнiсть ММТ визначали з графiку iзотерми адсорбцiї МБ, побудованої в коор-
динатах Y — a (ммоль/г) i X — Cp (ммоль/л). Обмiнна ємнiсть ММТ вiдповiдає значенню a
у точцi виходу кривої на плато (рис. 1).
Дослiдження сумiсної адсорбцiї компонентiв здiйснено методом двофазового титрування
лаурилсульфатом натрiю в присутностi iндикатора МБ, який використано для визначення
концентрацiї поверхнево-активної речовини (ПАР) [5], що дає змогу специфiчно визнача-
Рис. 1. Iзотерма адсорбцiї iндикатора метиленового блакитного на натрiєвiй формi монтморилонiту
154 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №4
Рис. 2. Iзотерма адсорбцiї ЦТАБ на натрiєвiй формi монтморилонiту
ти вмiст ЦТАБ — єдиного з катiонних компонентiв, який є класичною ПАР. Титрування
розчину, в якому проводили модифiкування, вiдбувалось пiсля встановлення адсорбцiйної
рiвноваги з метою визначення рiвноважної концентрацiї ЦТАБ.
Для монтморилонiту, модифiкованого ЦТАБ та ДМАЕМАХ, проводили якiсний аналiз
на вмiст ненасичених зв’язкiв метакрилатного фрагмента, який полягав в обезбарвленнi
бромної води. Для цього готували 0,2 н розчин Br2 у 0,1 н водному розчинi KBr, 1 мл
якого додавали до 1 г модифiкованого ММТ у водно-ацетоновому розчинi, ця кiлькiсть
брому вiдповiдає 70% ненасичених зв’язкiв. Отриманий таким чином розчин зберiгався
в герметично закритiй колбi в темному мiсцi.
Для модифiкування Na-MMT готували розчин ЦTAБ (Merck) з концентрацiєю
2,9 ммоль/л у дистильованiй водi, який додавали до водної суспензiї Na-MMT у кiлько-
стi 0,3 ммоль на 1 г Na-MMT та витримували одну добу. Далi до суспензiї додавали розчин
6 ммоль/л ДМАЕМАХ у кiлькостi 0,3 ммоль на 1 г Na-MMT та витримували протягом
двох дiб при кiмнатнiй температурi. Розчин ДМАЕМАХ отримували з диметиламiноетил-
метакрилату (Merck) шляхом його взаємодiї з 0,1 н розчином HCl у дистильованiй водi.
Аналогiчно було отримано розчини МДЕАХ та ТГММАХ з вiдповiдних амiнiв.
IЧ спектроскопiчнi дослiдження проводили за допомогою спектрометра Tensor FTIR
(Bruker) в областi 400–4000 см−1. Як зразки використано сухi концентрати розчинiв до
та пiсля встановлення адсорбцiйної рiвноваги. Термогравiметричний (ТГ) аналiз (дерива-
тограф Паулiк — Паулiк — Эрдей-1000) проводили спалюванням зразкiв модифiковано-
го ММТ до 900 ◦С. Визначена за наведеною методикою обмiнна ємнiсть ММТ становила
0,6 ммоль/г.
Оскiльки ММТ модифiковано кiлькома модифiкаторами, було проведено оцiнку конку-
рентної здатностi адсорбцiї їх сумiшi з ЦТАБ. Дослiдження показало, що ЦТАБ адсорбу-
ється в кiлькостi, яка дещо перевищує обмiнну ємнiсть ММТ, i не залежить вiд присутньо-
го в розчинi ДМАЕМАХ, МДЕАХ або ТГММАХ, тобто вiдбувається адсорбцiя виключно
ЦТАБ. Рiвень адсорбцiї ЦТАБ визначено аналогiчно МБ, за винятком визначення рiвно-
важної концентрацiї. За даними титрування проб з рiзним вмiстом ЦТАБ побудовано iзотер-
му адсорбцiї ЦТАБ (рис. 2). Крива iзотерми має перегин при значеннi адсорбцiї 0,6 ммоль/г.
Плавнiсть виходу кривої адсорбцiї ЦТАБ на плато порiвняно з адсорбцiєю МБ пояснюється
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №4 155
Рис. 3. Фрагменти IЧ-спектрiв солей, якi мiстились у розчинi до (1 ) та пiсля (2 ) встановлення адсорбцiйної
рiвноваги
здатнiстю ЦТАБ адсорбуватися на поверхнi ММТ не лише за рахунок iонного обмiну, а й
за рахунок додаткових фiзичних взаємодiй, пов’язаних з неспецифiчною адсорбцiєю.
Експериментально було встановлено, що ЦТАБ як сильна катiонна поверхнево-актив-
на речовина здатна витiсняти iони ДМАЕМА, МДЕА та ТГММА з поверхнi ММТ. Тому
модифiкування ЦТАБ здiйснювалось у кiлькостi, яка вiдповiдає половинi ємностi iонного
обмiну мiнералу, а додавання ДМАЕМАХ, МДЕАХ або ТГММАХ здiйснювалась з 30%-м
надлишком останнiх у розрахунку на залишкову ємнiсть iонного обмiну, яка становила 50%
початкової ємностi iонного обмiну мiнералу.
Адсорбцiя ДМАЕМАХ та МДЕАХ пiдтверджена порiвняльним аналiзом IЧ-спектрiв
розчинiв солей до та пiсля встановлення адсорбцiйної рiвноваги. Присутнiсть на IЧ-спект-
рах (рис. 3) сухих залишкiв вихiдних розчинiв солей амiнiв (К. Наканиси, 1965) смуги по-
глинання з максимумом 2606 см−1 вказує на наявнiсть NH+ алкiламонiєвого катiона (смуги
з максимумами 2497 та 2532 см−1 — складовi смуги або обертони), тодi як у зразках розчинiв
пiсля встановлення адсорбцiйної рiвноваги цих смуг не виявлено.
Аналiз наявностi подвiйних зв’язкiв за обезбарвленням бромної води пiдтверджує ад-
сорбцiю солi метакрилатвмiсного амiну, оскiльки через двi доби розчин знебарвлюється. За
даними ТГ оцiнено вмiст органiчної складової в зразках модифiкованого ММТ [3]. Резуль-
тати ТГ наведено в табл. 1. Вмiст розраховано як рiзницю маси зразка до та пiсля спалю-
вання з урахуванням вмiсту вологи (0,5% за масою). Вмiст органiчної складової у зразках
модифiкованого ММТ дорiвнює 0,3 ммоль/г для кожного з двох компонентiв та вiдповiдає
величинi обмiнної ємностi поверхнi монтморилонiту.
Таким чином, отримано монтморилонiт, сумiсно модифiкований ЦТАБ i реакцiйноздат-
ними модифiкаторами в реакцiях полiуретаноутворення (МДЕАХ й ТГММАХ) та полiме-
ризацiї (ДМАЕМА) [6]. Знайдено умови, що дозволяють адсорбувати обидва види катiонiв
156 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №4
Таблиця 1. Вмiст органiчних складових у модифiкованих зразках монтморилонiту (о-ММТ)
о-ММТ
Органiчний модифiкатор,
ммоль/г
Вмiст органiчного
модифiкатора, % за масою
ЦТАБ ДМАЕМАХ МIДЕХ ТГАХ усього ЦТАБ
реакцiйноздатний
компонент
1 0,3 0,3 — — 15,34 10,89 4,45
2 0,3 — 0,3 — 14,46 10,89 3,57
3 0,3 — — 0,3 12,69 10,89 1,8
i доведено їх сумiсну адсорбцiю IЧ спектроскопiчним, хiмiчними, ТГ i титраметричними
методами. Данi зразки перспективнi для отримання наноматерiалiв на базi полiуретанових
систем, де нанонаповнювачi ковалентно зв’язанi з полiмерною матрицею.
1. Sinha S., Okamoto M. Polymer/layered silicate nanocomposites: a review from preparation to processing //
Prog. Polym. Sci. – 2003. – 28, No 8. – P. 1539–1641.
2. Jiawen Xiong, Zhen Zheng, Hongmei Jiang et al. Reinforcement of polyurethane composites with an organi-
cally modified montmorillonite // Composites: Part A – 2007. – 38, No 1. – P. 132–137.
3. Decker C., Zahouily K., Keller L. et al. Ultrafast synthesis of bentonite-acrylate nanocomposite materials
by UV-radiation curing // J. Material Sci. – 2002. – No 37. – P. 4831–4838.
4. Alexadre M., Dubois P. Polymer-layered silicate nanocomposites: preparation, properties and uses of a new
class of materials // Material Sci. En. – 2000. – No 28. – P. 1–15.
5. Sanchez J., Beltran A., Alonso J., Jimenez C. Development of a new ion-selective field-effect transistor
sensor for anionic surfactants: Application to potentiometric titrations // Analyt. Chim. Acta. – 1999. –
No 382. – P. 157–164.
6. А.с. МПК7 В28 С 3/00, С 01 С/18 / Ю.В. Савельєв, О.М. Гончар, В. I. Литвяков, В. Г. Сєров. Спосiб
одержання органiчно модифiкованого шаруватого силiкату. – № 200807684. – Заявл. 26.06.2008.
Надiйшло до редакцiї 18.07.2008Iнститут хiмiї високомолекулярних
сполук НАН України, Київ
Yu.V. Savelyev, A.N. Gonchar, V. G. Serov, V. I. Litvakov, L. P. Robota
Combined modification of montmorillonite simultaneously with
hydrophobizating and reactive compounds to obtain nanocomposites
based on polyurethanes
A new method of montmorillonite modification simultaneously by hydrophobizating and reactive
compounds to obtain nanocomposites based on polyurethanes is developed. Peculiarities of the combi-
ned adsorption behavior on the montmorillonite surface are investigated.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №4 157
|