RU2638658C2 - Способ получения композиционных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидов металлов с модифицированной поверхностью - Google Patents

Способ получения композиционных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидов металлов с модифицированной поверхностью Download PDF

Info

Publication number
RU2638658C2
RU2638658C2 RU2015137571A RU2015137571A RU2638658C2 RU 2638658 C2 RU2638658 C2 RU 2638658C2 RU 2015137571 A RU2015137571 A RU 2015137571A RU 2015137571 A RU2015137571 A RU 2015137571A RU 2638658 C2 RU2638658 C2 RU 2638658C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanoparticles
polymer
composite materials
modified
batio
Prior art date
Application number
RU2015137571A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015137571A (ru
Inventor
Никита Александрович Емельянов
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Малое Инновационное Предприятие "Междисциплинарный Нанотехнологический Центр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Малое Инновационное Предприятие "Междисциплинарный Нанотехнологический Центр" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Малое Инновационное Предприятие "Междисциплинарный Нанотехнологический Центр"
Priority to RU2015137571A priority Critical patent/RU2638658C2/ru
Publication of RU2015137571A publication Critical patent/RU2015137571A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2638658C2 publication Critical patent/RU2638658C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/28—Treatment by wave energy or particle radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K13/00—Use of mixtures of ingredients not covered by one single of the preceding main groups, each of these compounds being essential
    • C08K13/06—Pretreated ingredients and ingredients covered by the main groups C08K3/00 - C08K7/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/17—Amines; Quaternary ammonium compounds
    • C08K5/19—Quaternary ammonium compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L27/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L27/02—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L27/12—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08L27/16—Homopolymers or copolymers or vinylidene fluoride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/04—Oxygen-containing compounds
    • C08K5/09—Carboxylic acids; Metal salts thereof; Anhydrides thereof
    • C08K5/098—Metal salts of carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L25/00—Compositions of, homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L25/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C08L25/04—Homopolymers or copolymers of styrene
    • C08L25/06—Polystyrene

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу получения композиционных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидов металлов с модифицированной поверхностью, которые могут найти применение для получения материалов электронной техники. Для получения композитных материалов поверхность исходных наночастиц BaTiO3 предварительно активируют нанесением гидроксильных групп путем кипячения в растворе перекиси водорода и модифицируют молекулами катионного поверхностно-активного вещества путем обработки в растворе катионного поверхностно-активного вещества с концентрацией ниже критической концентрации мицеллообразования. Полученный осадок фильтруют, отмывают от несвязанного с поверхностью наночастиц оксида металла катионного поверхностно-активного вещества и сушат. Полученные таким образом наночастицы BaTiO3 с модифицированной поверхностью вводят в раствор полимера, достигая требуемого объемного соотношения наполнителя и полимерной матрицы, и подвергают ультразвуковому диспергированию. Технический результат – упрощение способа получения композитных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидных сегнетоэлектриков с модифицированной поверхностью, позволяющее снизить степень агрегации наночастиц в полимере. 3 ил.

Description

Изобретение относится к способам получения нанокомпозитных материалов, которые могут использоваться в различных областях техники. Известен способ получения полимерного нанокомпозита, наполненного наночастицами сульфидов с модифицированной поверхностью (Denisyuk et al. US 7,172,811, B2). В качестве модифицирующего вещества в данном случае используется карбоновая кислота, содержащая, по меньшей мере, одну арильную группу. В то же время, в настоящее время широкое распространение получили полимерные композиты с использованием в качестве наполнителя наночастиц оксидных сегнетоэлектриков (Т. Hanemann, D.V. Szaby Polymer-Nanoparticle Composites. From Synthesis to Modern Applications // Materials. - 2010. - Vol. 3. - P. 3468-3517). Недостатком получения композитов простым перемешиванием в полимерной матрице, предложенным в (Y. Rao, С.Р. Wong Material Characterization of a High-Dielectric-Constant Polymer-Ceramic Composite for Embedded Capacitor for RF Applications // Journal of Applied Polymer Science. - 2004. - Vol. 92. - P. 2228-2231) является их агрегация, приводящая к неоднородности функциональных и механических свойств. Известно (P. Kim, N.М. Doss, J.P. Tillotson, P.J. Hotchkiss, M.-J. Pan, S.R. Marder, J. Li, J.P. Calame, J.W. Perry High Energy Density Nanocomposites Based on Surface-Modified BaTiO3 and a Ferroelectric Polymer // ACS Nano. - 2009. - Vol. 3. - №9. - P. 2581-2592), что модификация поверхности наночастиц способна снизить степень агрегации наночастиц, увеличивая гомогенность их распределения в объеме полимерной матрицы.
Технической задачей настоящего изобретения является упрощение способа получения композитных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидных сегнетоэлектриков с модифицированной поверхностью.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе для получения композитного материала в раствор полимера в органическом растворителе вносят наночастицы с модифицированной гидроксильными группами и олеатом натрия поверхностью. Модификация поверхности при этом осуществляется следующим образом. Наночастицы BaTiO2 диспергируются ультразвуком в водной среде. Затем их поверхность активируется нанесением гидроксильных групп путем кипячения в растворе перекиси водорода. Обогащенные гидроксильными группами наночастицы вводят в водный раствор поверхностно-активного вещества (далее - ПАВ) с концентрацией, ниже критической концентрации мицеллообразования. При этом в качестве ПАВ используются коммерчески доступные ПАВ анионного или катионного типа. Полученные наночастицы с модифицированной поверхностью фильтруют и отмывают от несвязанного с поверхностью наночастиц ПАВ. Для создания полимерной матрицы полимер растворяют в органическом растворителе. Затем в растворенный полимер вносят наночастицы с модифицированной поверхностью и диспергируют их ультразвуком. Полученный композит наносят на подложку и высушивают.
Отличие от известных способов заключается в использовании в качестве наполнителя композита наночастиц с модифицированной поверхностью, позволяющее снизить степень их агрегации в полимере во время застывания, что позволяет получать нанокомпозит с более однородным распределением наночастиц по объему полимерной матрицы.
Доказательством увеличения однородности распределения наночастиц по объему матрицы является как внешний вид получаемых композитов, так и микрофотографии нанокомпозитов, полученные методами атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии, а также дифрактограммы малоуглового рентгеновского рассеяния полученных композитов.
Изобретение можно проиллюстрировать следующими примерами.
Пример 1. Поверхность наночастиц BaTiO3 размерами до 100 нм сферической формы обогащается гидроксильными (-ОН) группами путем кипячения в 33%-ном водном растворе перекиси водорода (H2O2) в течение 4 часов. Затем 2 г гидроксилированных наночастиц BaTiO3 вносят в 100 мл 0,5%-ного водного раствора олеата натрия (C17H33COONa) и интенсивно перемешивают при температуре 90°С в течение 3 часов. Полученная суспензия фильтруется и промывается дистиллированной водой для удаления несвязанного олеата натрия. Полученные частицы высушиваются при температуре 90°С в течение 10 часов.
Гранулы полистирола растворяют в толуоле. Затем в раствор вводят наночастицы BaTiO3 с модифицированной поверхностью до достижения необходимого объемного соотношения и диспергируют их ультразвуковым воздействием (23,5 кГц, 300 Вт, 15 минут).
Пленки композитного материала получают нанесением на вращающуюся подложку с дальнейшим высушиванием в сушильном шкафу при температуре 60°С до прекращения потери массы. Сканы поверхности образцов композитных пленок в виде матрицы полистирола с 10% объемным содержанием наночастиц BaTiO3 с модифицированной олеатом натрия поверхностью, полученный методом полуконтактной атомно-силовой микроскопии изображены на рис. 1. Дифрактограмма распределения наночастиц BaTiO3 с модифицированной олеатом натрия поверхностью по размерам в матрице полистирола для объемных содержаний наночастиц 5% и 10% по данным малоуглового рентгеновского рассеяния приведены на рис. 2. Данные дифрактограммы подтверждают увеличение доли неагрегированных наночастиц ВаTiO3 в полимерной матрице.
Пример 2. Для обогащения гидроксильными (-ОН) группами 0,2 г наночастиц BaTiO3 размерами до 100 нм сферической формы кипятят в 80 мл водного раствора (H2O2) в течение 4 часов. Затем 0,2 г наночастиц BaTiO3 с поверхностью, обогащенной таким образом гидроксильными группами, вносят в 100 мл водного раствора диметиламмоний хлорида [(CH3)2NH2]Cl с концентрацией 6 ммоль/гр и интенсивно перемешивают при температуре 80°С в течение 60 минут. Полученная суспензия фильтруется и промывается дистиллированной водой для удаления несвязанного ПАВ. Полученные частицы высушиваются при температуре 100°С в течение 24 часов.
Для получения композитного материала гранулы сополимера поливинилиденфторид трифторэтилена (PVDF-TrFE) растворяют в метилэтилкетоне (C4H8O). В полученный раствор вводят наночастицы BaTiO3 с модифицированной поверхностью до достижения необходимого объемного соотношения и диспергируют их ультразвуковым воздействием (23,5 кГц, 420 Вт, 30 минут). Пленки композитного материала получают нанесением на вращающуюся подложку с дальнейшим высушиванием в сушильном шкафу при температуре 60°С до прекращения потери массы. На Рис. 3 представлено изображение поверхности композита в виде матрицы поливинилиденфторид трифторэтилена с 30% объемным содержанием наночастиц BaTiO3 с модифицированной диметикаммонием хлорида поверхностью, полученное методом сканирующей электронной микроскопии.

Claims (1)

  1. Способ получения композиционных материалов в виде полимерных матриц с наполнителем из наночастиц оксидных сегнетоэлектриков, включающий введение наночастиц в раствор полимера с их дальнейшим ультразвуковым диспергированием в объеме полимерной матрицы, отличающийся тем, что для снижения степени агломерации поверхность наночастиц BaTiO3 предварительно активируется нанесением гидроксильных групп путем кипячения в растворе перекиси водорода и модифицируется поверхностно-активным веществом за счет обработки в растворе катионных поверхностно-активных веществ при концентрации ниже критической концентрации мицеллообразования, а затем диспергируют ультразвуковым воздействием в объеме полимерной матрицы.
RU2015137571A 2015-09-02 2015-09-02 Способ получения композиционных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидов металлов с модифицированной поверхностью RU2638658C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015137571A RU2638658C2 (ru) 2015-09-02 2015-09-02 Способ получения композиционных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидов металлов с модифицированной поверхностью

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015137571A RU2638658C2 (ru) 2015-09-02 2015-09-02 Способ получения композиционных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидов металлов с модифицированной поверхностью

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015137571A RU2015137571A (ru) 2017-03-09
RU2638658C2 true RU2638658C2 (ru) 2017-12-15

Family

ID=58454147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015137571A RU2638658C2 (ru) 2015-09-02 2015-09-02 Способ получения композиционных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидов металлов с модифицированной поверхностью

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2638658C2 (ru)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2358001C2 (ru) * 2003-05-06 2009-06-10 Оксоника Лимитед Полимерные композиции

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2358001C2 (ru) * 2003-05-06 2009-06-10 Оксоника Лимитед Полимерные композиции

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NIKITA EMELIANOV. Structure and dielectric properties of composite material based on surface-modified BaTiO 3 nanoparticles in polystyrene. Eur. Phys. J. Appl. Phys. Publisched online: 7 january 2015, pp. 10401-p1 - 10401-p5. *
PHILSEOK KIM et al. High energy density nanocomposites based on surface-modified BaTiO 3 and a ferroelectric polymer. AcsNano, vol. 3, N 9, pp. 2581-2592. *
RAZVAN FLORIN BARZIC et al. Percolation effects on dielectric properties of polystyrene/BaTiO 3 nanocomposites. U.P.B.Sci.Bull., 2014, Series A, vol. 76, Iss. 3, pp. 225-233. *
А.С.СИЗОВ И ДР. Диэлектрические свойства композитных материалов на основе стабилизированных наночастиц BaTiO 3 . Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии, 2014, 3, с. 80-85. *
А.С.СИЗОВ И ДР. Диэлектрические свойства композитных материалов на основе стабилизированных наночастиц BaTiO 3 . Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии, 2014, 3, с. 80-85. Н.А.ЕМЕЛЬЯНОВ И ДР. Особености фазового перехода в композитном материале на основе наночастиц BaTiO 3 с модифицированной поверхностью в матрице полистирола. Auditorium. Электронный научный журнал Курского государственного университета. Физико-математические науки, 2014, 4. NIKITA EMELIANOV. Structure and dielectric properties of composite material based on surface-modified BaTiO 3 nanoparticles in polystyrene. Eur. Phys. J. Appl. Phys. Publisched online: 7 january 2015, pp. 10401-p1 - 10401-p5. RAZVAN FLORIN BARZIC et al. Percolation effects on dielectric properties of polystyrene/BaTiO 3 nanocomposites. U.P.B.Sci.Bull., 2014, Series A, vol. 76, Iss. 3, pp. 225-233. PHILSEOK KIM et al. High energy density nanocomposites based on surface-modified BaTiO 3 and a ferroelectric p *
Н.А.ЕМЕЛЬЯНОВ И ДР. Особености фазового перехода в композитном материале на основе наночастиц BaTiO 3 с модифицированной поверхностью в матрице полистирола. Auditorium. Электронный научный журнал Курского государственного университета. Физико-математические науки, 2014, 4. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015137571A (ru) 2017-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Matei et al. Synthesis and characterization of ZnO–polymer nanocomposites
Barhoum et al. Roles of in situ surface modification in controlling the growth and crystallization of CaCO 3 nanoparticles, and their dispersion in polymeric materials
Giorgi et al. Nanoparticles of Mg (OH) 2: synthesis and application to paper conservation
JP4445277B2 (ja) ポリ乳酸系樹脂と無機化合物からなる高分子圧電材料
Lu et al. Synthesis of calcite single crystals with porous surface by templating of polymer latex particles
Gorna et al. Bioinspired mineralization of inorganics from aqueous media controlled by synthetic polymers
Du et al. Additives: their influence on the humidity-and pressure-induced crystallization of amorphous CaCO3
WO2017117683A9 (en) Method of compounding graphene with non-conductive particles and applications thereof
JP6555483B2 (ja) 針状炭酸ストロンチウム微粒子及びその分散液
US9102810B2 (en) Alkaline earth metal carbonate micropowder
JP6158020B2 (ja) 針状炭酸ストロンチウム微粉末
TW201345838A (zh) 細微水滑石粒子
Arjmandi et al. Effect of microcrystalline cellulose on biodegradability, tensile and morphological properties of montmorillonite reinforced polylactic acid nanocomposites
Yang et al. Ni (OH) 2 as an novel shell layer material for core-shell dielectric filler based on barium titanate and their dielectric polymer composites in P (VDF-HFP) matrix
Kodolov et al. Production and application of metal-carbon nanocomposites
Helmiyati et al. Synthesis and photocatalytic activity of nanocomposite based on sodium alginate from brown algae with ZnO impregnation
Shen et al. Acidified ZnCl2 molten salt hydrate systems as hydrolytic media for cellulose I and II nanocrystal production: from rods to spheres
Longkaew et al. Using sucrose to prepare submicrometric CaCO3 vaterite particles stable in natural rubber
He et al. pH/magnetic dual responsive Pickering emulsion stabilized by Fe 3 O 4@ SiO 2@ chitosan nanoparticles
Guan et al. The surface modification of BaTiO3 and its effects on the microstructure and electrical properties of BaTiO3/silicone rubber composites
Lee et al. Synthesis of polymer-decorated hydroxyapatite nanoparticles with a dispersed copolymer template
Chen et al. Preparation and properties of g‐C3N4 on natural rubber latex films
RU2638658C2 (ru) Способ получения композиционных материалов в виде полимерных матриц, наполненных наночастицами оксидов металлов с модифицированной поверхностью
JP7046817B2 (ja) 沈降炭酸カルシウム
Krasinskyi et al. Study of montmorillonite modification technology using polyvinylpyrrolidone

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180903