RU2428402C2 - Способ диспергирования нано- и микрочастиц, их закрепление на поверхности полимера и устройство его реализующее - Google Patents
Способ диспергирования нано- и микрочастиц, их закрепление на поверхности полимера и устройство его реализующее Download PDFInfo
- Publication number
- RU2428402C2 RU2428402C2 RU2009136167/05A RU2009136167A RU2428402C2 RU 2428402 C2 RU2428402 C2 RU 2428402C2 RU 2009136167/05 A RU2009136167/05 A RU 2009136167/05A RU 2009136167 A RU2009136167 A RU 2009136167A RU 2428402 C2 RU2428402 C2 RU 2428402C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nano
- microparticles
- polymer particles
- polymer
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Abstract
Данное изобретение относится к способу диспергирования нано- и микрочастиц, их смешения с частицами полимера и закрепления на поверхности частиц полимера с целью введения нано- или микрочастиц в полимерную матрицу, используемую для создания изделий из модифицированных полимерных материалов, и может быть использовано в устройствах серийного производства указанных изделий. Реализация данного способа достигается тем, что смешение отдельных нано- или микрочастиц происходит в газовой среде, при этом конгломераты нано- или микрочастиц вводятся в поток газа. Полученная смесь ионизируется, и конгломераты нано- или микрочастиц заряжаются, затем диспергируются на отдельные заряженные нано- или микрочастицы. Одновременно частицы полимера вводятся в другой поток газа, полученная смесь также ионизируется, при этом частицы полимера заряжаются противоположным по знаку зарядом относительно заряда нано- или микрочастиц. Затем раздельные двухфазные газовые потоки смешиваются, при этом нано- или микрочастицы осаждаются на частицах полимера за счет электростатического взаимодействия между заряженными противоположными по знаку зарядами нано- или микрочастиц и частиц полимера. Закрепление нано- или микрочастиц на полимерном материале осуществляется за счет воздействия электромагнитным полем на частицы полимера вместе с осажденными на их поверхности частицами. Производство изделий из модифицированных полимерных материалов осуществляется стандартным способом, например, с использованием экструдера с последующей формовкой деталей. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности получения наилучших условий заряда и диспергирования нано- или микрочастиц, условий заряда частиц полимера, а также повышение эффективности процесса закрепления нано- или микрочастиц на поверхности частиц полимера. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Данное изобретение относится к способу диспергирования нано- и микрочастиц, их смешения с частицами полимера и закрепления на поверхности частиц полимера с целью введения нано- или микрочастиц в полимерную матрицу, используемую для создания изделий из модифицированных полимерных материалов, и может быть использовано в устройствах серийного производства указанных изделий.
Предпосылкой создания изобретения является необходимость получения исходных модифицированных полимерных материалов (МПМ) с требуемыми свойствами, пригодных для изготовления изделий с улучшенными свойствами в различных областях техники и промышленности.
Известные способы диспергирования нано- и микрочастиц и закрепление их на поверхности полимера основаны:
- на механическом перемешивании конгломерата нано- или микрочастиц с частицами полимера (например, в виде гранул или порошка), в том числе заряженных частиц [Патент на изобретение №2164864, B27N 3/02, B27N 1/02 от 10.04.2001; Moniruzzaman M., Winey K.I. Polymer Nanocomposites Containing Carbon Nanotubes // Macromolecules. - 2006. - V.39. - P.5194-5205; Prashantha К., Soulestin J., Lacrampe M.F., Krawczak P., Dupinband G., Claes M. Masterbatch-based multi-walled carbon nanotube filled polypropylene nanocomposites // Composites Science and Technology 2009 doi:10.1016/j.compscitech. 2008.10.005];
- на диспергировании в растворе с участием поверхностно-активных веществ (ПАВ) и применением ультразвука с последующим введением диспергированных частиц в модифицируемый полимерный материал [Vaisman L., Wagner H.D., Marom G. The role of surfactants in dispersion of carbon nanotubes // Advances in Colloid and Interface Science. - 2006. - V.128-130. - P.37-46];
- на модификации, по меньшей мере, части поверхности полимера за счет окисления поверхностных молекул различными физико-химическими методами, такими как обработка электромагнитным полем, плазмой, обработка пламенем, облучение инфракрасным светом, химическое окисление с использованием окисляющих реагентов, поверхностная химическая «прививка» [Международный патент №2163246, C08J 7/12, C08J 3/28, C09J 5/02 от 28.06.1996].
Известные способы диспергирования нано- и микрочастиц и закрепления их на поверхности материала имеют ряд недостатков, что затрудняет и удорожает организацию серийного производства изделий из МПМ с требуемыми свойствами. Основными недостатками являются:
- плохая воспроизводимость параметров и характеристик конечного МПМ, а также отсутствие возможности регулирования концентрации нано- или микрочастиц в модифицированном полимерном материале при его производстве;
- длительное время технологического процесса, сложность контроля и стабилизации характеристик конечного МПМ, получаемого за счет механического диспергирования и закрепления нано- или микрочастиц на частицах полимера;
- сложность контроля чистоты конечного МПМ, а также трудности при реализации серийного производства МПМ, получаемого за счет диспергирования нано- или микрочастиц в растворе с участием поверхностно-активных веществ (ПАВ) и применением ультразвука;
- необходимость в изменении химической структуры, по меньшей мере, части поверхности полимера за счет окисления поверхностных молекул различными физико-химическими методами. Изменение химической структуры является недопустимым при производстве некоторых изделий из МПМ, применяемых в промышленности.
Целью изобретения является создание способа диспергирования нано- и микрочастиц и их закрепления на частицах полимера, позволяющего реализовать серийное производство изделий из МПМ с повышенной воспроизводимостью параметров и характеристик конечного материала и свободного от вышеуказанных недостатков.
Цель изобретения достигается тем, что смешение отдельных нано- или микрочастиц происходит в газовой среде, при этом конгломераты нано- или микрочастиц вводятся в поток газа. Полученная смесь ионизируется, и конгломераты нано- или микрочастиц заряжаются, затем диспергируют за счет превышения электростатическими силами отталкивания вандерваальсовских сил взаимодействия на отдельные заряженные нано- или микрочастицы. Одновременно частицы полимера вводятся в другой поток газа, полученная смесь также ионизируется, при этом частицы полимера заряжаются противоположным по знаку зарядом относительно заряда нано- или микрочастиц. За счет подбора химического состава газа обеспечиваются наилучшие условия заряда и диспергирования нано- или микрочастиц, а также условия заряда частиц полимера. Затем раздельные двухфазные газовые потоки смешиваются, при этом нано- или микрочастицы осаждаются на частицах полимера за счет электростатического взаимодействия между заряженными противоположными по знаку зарядами нано- или микрочастиц и частицами полимера. Количество нано- или микрочастиц на поверхности полимерного материала определяется величинами зарядов этих частиц и частиц полимера. Закрепление нано- или микрочастиц на полимерном материале осуществляется за счет воздействия электромагнитным полем на частицы полимера вместе с осажденными на их поверхности нано- или микрочастицами. Параметры (частота и мощность) электромагнитного поля зависят от химических и диэлектрических свойств нано- или микрочастиц и частиц полимера и выбираются для конкретного полимера (например, без ограничения только этим перечнем, полиамид, полиэтилен, полипропилен, полистирол, поликарбонат) таким образом, чтобы обеспечить закрепление нано- или микрочастиц на поверхности полимера. Повышение эффективности процесса закрепления нано- или микрочастиц на поверхности частиц полимера возможно также за счет воздействия комбинированным электромагнитным полем на частицы полимера вместе с осажденными на их поверхности нано- или микрочастицами. Отделение модифицированных полимерных частиц с закрепленными на их поверхности нано- или микрочастицами от газового потока осуществляется любым известным способом, например Патент на изобретение №230402 В03С 3/00 от 02.08.2006. При этом возможно объединение камеры закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера с камерой отделения полученных модифицированных полимерных частиц с закрепленными на их поверхности нано- или микрочастицами от газового потока. Производство изделий из МПМ осуществляется стандартным способом, например с использованием экструдера с последующей формовкой деталей.
Поскольку все действия заявленного способа известны, то он соответствует критерию «промышленная применимость», а отсутствие аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного способа, свидетельствует о том, что заявленный способ соответствует условию «новизна».
Предложенный способ диспергирования нано- и микрочастиц и их закрепления на частицах полимера возможно реализовать в устройстве, состоящем из источника газа для нано- или микрочастиц, выход которого подсоединен к входу распылителя конгломерата нано- или микрочастиц, распылителя конгломерата нано- или микрочастиц, выход которого соединен с первым входом ионизатора для заряда нано- или микрочастиц, регулятора тока заряда нано- или микрочастиц, соединенного со вторым входом ионизатора для заряда нано- или микрочастиц, источника газа для частиц полимера, выход которого подсоединен к входу распылителя частиц полимера, распылителя частиц полимера, выход которого соединен с первым входом ионизатора для заряда частиц полимера, регулятора тока заряда частиц полимера, соединенного со вторым входом ионизатора для заряда частиц полимера, камер ионизаторов для заряда нано- или микрочастиц и частиц полимера, соответствующие выходы которых подключены каждый к своему входу камеры смешения, камеры смешения, соединенной с первым входом камеры закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера, источника электромагнитного поля камеры закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера, выход которой соединен со вторым входом камеры закрепления, регулятора параметров электромагнитного поля, выход которого соединен с входом источника электромагнитного поля, камеры закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера, выход которой соединен с входом камеры отделения модифицированных частиц полимера от потока газа.
Возможна модификация рассмотренного выше устройства, реализующего способ диспергирования нано- и микрочастиц и их закрепления на частицах полимера, отличительная особенность которой заключается в том, что выход общего источника газа подсоединяется к входу разделителя газового потока, первый выход разделителя газового потока подсоединен к входу распылителя конгломерата нано- или микрочастиц, а второй выход разделителя газового потока подсоединен к входу распылителя частиц полимера.
На фиг.1 и фиг.2 представлены функциональные схемы устройств, реализующие предложенный способ. Устройства содержат два раздельных источника газа 1 и 1а для нано- или микрочастиц и частиц полимера соответственно на фиг.1 (общий источник газа 1 для нано- или микрочастиц и частиц полимера и разделителя газового потока 1а на фиг.2), распылитель конгломерата нано- или микрочастиц 2, ионизатор для заряда нано- или микрочастиц 3, регулятор величины тока заряда нано- или микрочастиц 4, распылитель частиц полимера 5, ионизатор для заряда частиц полимера 6, регулятор величины тока заряда частиц полимера 7, камеру смешения двух газовых потоков 8, камеру закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера 9, источник электромагнитного поля камеры закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера 10, регулятор параметров электромагнитного поля 11, камеру отделения модифицированных полимерных частиц 12.
Устройство работает следующим образом.
Газовый поток от источника газа 1 попадает в камеру распылителя конгломератов нано- или микрочастиц 2, в которой создается газовый поток конгломерата нано- или микрочастиц. Газовый поток конгломерата нано- или микрочастиц попадает в камеру ионизатора нано- или микрочастиц 3, обеспечивающую заряд и диспергирование конгломерата нано- или микрочастиц на отдельные заряженные нано- или микрочастицы. Величина заряда нано- или микрочастиц регулируется за счет регулятора величины тока заряда нано- или микрочастиц 4. Одновременно газовый поток от источника газа 1а попадает в камеру распылителя частиц полимера 5, создающую газовый поток частиц полимера. Газовый поток частиц полимера попадает в камеру ионизатора частиц полимера 6, в которой происходит заряд частиц полимера. Требуемая величина заряда частиц полимера обеспечивается регулятором тока заряда частиц полимера 7. В камере смешения двух газовых потоков 8 газовые потоки, несущие заряженные нано- или микрочастицы и заряженные противоположным знаком частицы полимера, смешиваются, обеспечивая смешение и осаждение нано- или микрочастиц на частицах полимера. Из камеры смешения двух газовых потоков 8 частицы полимера с осажденными на их поверхностях нано- или микрочастицами попадают в камеру закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера 9. Источник электромагнитного поля камеры закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера 10 обеспечивает закрепление нано- или микрочастиц на поверхности частиц полимера за счет регулирования параметров электромагнитного поля регулятором параметров электромагнитного поля 11. В камере отделения модифицированных полимерных частиц 12 частицы полимера с закрепленными на их поверхности углеродными наночастицами отделяются от газового потока.
Claims (5)
1. Способ диспергирования нано- или микрочастиц, их смешения с частицами полимера и закрепления на поверхности частиц полимера, отличающийся тем, что смешение происходит в газовой среде, при этом конгломераты нано- или микрочастиц вводятся в поток газа, полученная смесь ионизируется, и конгломераты нано- или микрочастиц заряжаются и диспергируют за счет превышения электростатическими силами отталкивания вандерваальсовских сил взаимодействия на отдельные заряженные нано- или микрочастицы, одновременно частицы полимера (порошок или гранулы) вводятся в другой поток газа, полученная смесь также ионизируется, при этом полимерные частицы заряжаются зарядом, противоположным по знаку заряда нано- или микрочастиц, газовые потоки заряженных полимерных и нано- или микрочастиц смешиваются, при этом происходит осаждение нано- или микрочастиц на поверхности полимера за счет электростатического взаимодействия между заряженными противоположными по знаку зарядами нано- или микрочастицами и частицами полимера, нано- или микрочастицы закрепляются на поверхности полимера за счет облучения частиц полимера электромагнитным полем, после чего частицы полимера с закрепленными на их поверхности нано- или микрочастицами отделяются от газового потока.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в камере закрепления нано- или микрочастиц на поверхности частиц полимера используется комбинированное электромагнитное поле с целью повышения эффективности процесса закрепления.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что камера закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера объединена с камерой отделения полученных модифицированных полимерных частиц с закрепленными на их поверхности нано- или микрочастицами от газового потока.
4. Устройство, реализующее способ диспергирования нано- или микрочастиц, их смешения с частицами полимера и закрепления на поверхности частиц полимера, состоящее из распылителя конгломерата нано- или микрочастиц, распылителя частиц полимера, ионизатора для заряда нано- или микрочастиц, ионизатора для заряда частиц полимера, камеры смешения, отличающееся тем, что выход источника газа для нано- или микрочастиц подсоединен к входу распылителя конгломерата нано- или микрочастиц, выход распылителя конгломерата нано- или микрочастиц соединен с первым входом ионизатора для заряда нано- или микрочастиц, регулятор тока заряда нано- или микрочастиц соединен со вторым входом ионизатора для заряда нано- или микрочастиц, выход источника газа для частиц полимера подсоединен к входу распылителя частиц полимера, выход распылителя частиц полимера соединен с первым входом ионизатора для заряда частиц полимера, регулятор тока заряда частиц полимера соединен со вторым входом ионизатора для заряда частиц полимера, выходы камер ионизаторов для заряда нано- или микрочастиц и частиц полимера подключены каждый к своему входу камеры смешения, камера смешения соединена с первым входом камеры закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера, выход источника электромагнитного поля камеры закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера соединен со вторым входом камеры закрепления, выход регулятора параметров электромагнитного поля соединен с входом источника электромагнитного поля, выход камеры закрепления нано- или микрочастиц на поверхности полимера соединен с входом камеры отделения модифицированных частиц полимера от потока газа.
5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выход общего источника газа подсоединяется к входу разделителя газового потока, первый выход разделителя газового потока подсоединен к входу распылителя конгломерата нано- или микрочастиц, а второй выход разделителя газового потока подсоединен к входу распылителя частиц полимера.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009136167/05A RU2428402C2 (ru) | 2009-09-29 | 2009-09-29 | Способ диспергирования нано- и микрочастиц, их закрепление на поверхности полимера и устройство его реализующее |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009136167/05A RU2428402C2 (ru) | 2009-09-29 | 2009-09-29 | Способ диспергирования нано- и микрочастиц, их закрепление на поверхности полимера и устройство его реализующее |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009136167A RU2009136167A (ru) | 2011-04-10 |
| RU2428402C2 true RU2428402C2 (ru) | 2011-09-10 |
Family
ID=44051847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009136167/05A RU2428402C2 (ru) | 2009-09-29 | 2009-09-29 | Способ диспергирования нано- и микрочастиц, их закрепление на поверхности полимера и устройство его реализующее |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2428402C2 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2498847C2 (ru) * | 2012-01-10 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Способ смешения двух многофазных газовых потоков и устройство для его реализации |
| CN103864538A (zh) * | 2014-04-04 | 2014-06-18 | 广东国方医药科技有限公司 | 一种含纳米材料的保湿抗菌铁皮石斛栽培基质的制作方法 |
| RU2523716C1 (ru) * | 2012-11-28 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ получения наномодифицированных полимерных материалов |
| RU2541496C2 (ru) * | 2013-03-04 | 2015-02-20 | Марат Мухамадеевич Галеев | Способ диспергирования нано- или микрочастиц, их смешения с частицами полимера и устройство для его реализации |
| RU2767910C1 (ru) * | 2020-12-18 | 2022-03-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Способ капсулирования субмикронных частиц полимером и устройство для его реализации |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2470956C1 (ru) * | 2011-09-05 | 2012-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева | Способ получения порошка капсулированного полимерного материала (варианты) и устройство для его реализации (варианты) |
-
2009
- 2009-09-29 RU RU2009136167/05A patent/RU2428402C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2498847C2 (ru) * | 2012-01-10 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Способ смешения двух многофазных газовых потоков и устройство для его реализации |
| RU2523716C1 (ru) * | 2012-11-28 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ получения наномодифицированных полимерных материалов |
| RU2541496C2 (ru) * | 2013-03-04 | 2015-02-20 | Марат Мухамадеевич Галеев | Способ диспергирования нано- или микрочастиц, их смешения с частицами полимера и устройство для его реализации |
| CN103864538A (zh) * | 2014-04-04 | 2014-06-18 | 广东国方医药科技有限公司 | 一种含纳米材料的保湿抗菌铁皮石斛栽培基质的制作方法 |
| CN103864538B (zh) * | 2014-04-04 | 2016-01-27 | 广东国方医药科技有限公司 | 一种含纳米材料的保湿抗菌铁皮石斛栽培基质的制作方法 |
| RU2767910C1 (ru) * | 2020-12-18 | 2022-03-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Способ капсулирования субмикронных частиц полимером и устройство для его реализации |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009136167A (ru) | 2011-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2428402C2 (ru) | Способ диспергирования нано- и микрочастиц, их закрепление на поверхности полимера и устройство его реализующее | |
| Bannwarth et al. | Colloidal polymers with controlled sequence and branching constructed from magnetic field assembled nanoparticles | |
| Salata | Tools of nanotechnology: Electrospray | |
| JP4405687B2 (ja) | 媒体の添加によって強化された静電分離 | |
| US20080056928A1 (en) | Functionalisation of Particles | |
| US8784949B2 (en) | Remote non-thermal atmospheric plasma treatment of temperature sensitive particulate materials and apparatus therefore | |
| US11104577B2 (en) | Method for preparation and separation of atomic layer thickness platelets from graphite or other layered materials | |
| US9994683B2 (en) | Method and apparatus for surface chemical functionalization of powders and nanoparticles | |
| Liu et al. | Silica/poly (N, N′-methylenebisacrylamide) composite materials by encapsulation based on a hydrogen-bonding interaction | |
| EP3553437A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zum trocknen, zerkleinern und abscheiden von trocknungsgut | |
| Li et al. | Triboelectrostatic separation of polypropylene, polyurethane, and polyvinylchloride used in passenger vehicles | |
| US6482253B1 (en) | Powder charging apparatus | |
| Sigmund et al. | Defined polymer shells on nanoparticles via a continuous aerosol-based process | |
| Hales et al. | Radio Frequency Plasma Synthesis of Boron Nitride Nanotubes (BNNTs) for Structural Applications: Part III | |
| Datskos et al. | Synthesis of very small diameter silica nanofibers using sound waves | |
| Benhafssa et al. | Continuous operation of a fluidized-bed disk-type electrostatic separator for micronized plastic waste | |
| RU2498847C2 (ru) | Способ смешения двух многофазных газовых потоков и устройство для его реализации | |
| RU2439096C1 (ru) | Способ модификации полимерного пленочного материала (варианты) и устройство для его реализации | |
| RU2470956C1 (ru) | Способ получения порошка капсулированного полимерного материала (варианты) и устройство для его реализации (варианты) | |
| RU2767910C1 (ru) | Способ капсулирования субмикронных частиц полимером и устройство для его реализации | |
| An et al. | Analysis of cell separation efficiency in dielectrophoresis-activated cell sorter | |
| RU2067077C1 (ru) | Способ получения ультрадисперсной двуокиси кремния, устройство для его осуществления и ультрадисперсная двуокись кремния | |
| SE9802649L (sv) | Förfarande och anordning för klassificering av elektrostatiskt laddat pulverformigt material | |
| Naim et al. | Deposition of nanostructures derived from electrostatically stabilised TiO2 aqueous suspension onto a biocomposite | |
| RU2541496C2 (ru) | Способ диспергирования нано- или микрочастиц, их смешения с частицами полимера и устройство для его реализации |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110930 |