RU2644907C1 - Способ получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена (свмпэ), импрегнированного наночастицами серебра - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к сверхвысокомолекулярному полиэтилену (СВМПЭ), импрегнированному наноразмерными частицами серебра, который может быть применен при изготовлении биоцидных материалов, используемых в лакокрасочной и медицинской промышленностях. Способ получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), импрегнированного наночастицами серебра, осуществляется обработкой СВМПЭ органическим раствором наносеребра и последующим выделением конечного продукта. При этом импрегнирование СВМПЭ наносеребром осуществляют коллоидным раствором наносеребра в этиленгликоле, образующемся внутри матрицы СВМПЭ при проведении следующих последовательных стадиях процесса, включающего введение порошкообразного СВМПЭ в C₁-С₂-алканольный раствор серебряных солей жирных кислот, имеющих общую формулу C_nH_2n-1O₂Ag, где n=12, 14, 16, 18 и концентрацию 10^-3 моль/л, затем добавление к образовавшейся реакционной массе при интенсивном перемешивании этиленгликольного раствора аскорбиновой кислоты в количестве, эквимолярном количеству используемой соли серебра, перемешивание реакционной массы в течение 3-4 часов при скорости перемешивания 500 оборотов в минуту при температуре 20-50°С. Выделение образовавшегося продукта включает фильтрацию, промывку дистиллированной водой и сушку при 105-120°С. В качестве солей применяют серебряные соли следующих жирных кислот: пальмитиновой, лауриновой, стеариновой и миристиновой. Технический результат – получение композиционного материала, содержащего наночастицы серебра, равномерно распределенные по поверхности, с узким распределением частиц по размерам от 60 до 100 нм. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 5 пр.

Description

Предлагаемое изобретение относится к способам получения полимерных нанокомпозитных материалов и непосредственно касается получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), импрегнированного наноразмерными частицами серебра, который может быть применен при изготовлении биоцидных материалов, применяемых в лакокрасочной и медицинской промышленностях.

При анализе достигнутого уровня техники по предлагаемому изобретению изучались два основных направления: это, во-первых, исследования в области нанотехнологии, и непосредственно касающиеся получения наночастиц серебра, и, во-вторых, использование полимерных материалов в качестве матрицы для импрегнирования наночастицами.

Как известно, описаны различные способы получения наночастиц серебра, осуществляемые либо при помощи физических воздействий на исходные продукты, либо в процессе синтеза, включающего восстановление ионов серебра.

Наиболее применимым для получения наносеребра является метод синтеза наносеребра восстановлением серебра из водных растворов его солей с помощью различных восстановителей. В качестве исходных соединений для получения наночастиц серебра чаще используются неорганические соли серебра, например, нитрат серебра (RU 2430169, С22В 11/00, 2011; RU 247447, B01J 13/00, 2013, US 7348365 B22F B01J 13/00, 2008), галогениды серебра (RU 2458159), сульфат серебра (RU 2430169, С22В 11/00, 2011), сульфид серебра, карбонат серебра, а также серебряные соли органических кислот, например, уксусной, бензойной, молочной, лимонной (WO 2014189, B22F 1/00, 2014). Применяются для данных целей также различные комплексные соединения серебра, например, аммонийные комплексы (TW 201422341, С22В 11/00, 2014), аминокарбонатные комплексы серебра (KR 20140113935, B22F 1/02, 2014; PL 404955, В22В 3/00, 2014), циклооктадиеновый комплекс гексафторацетилацетоната серебра [P.S. Timashev, N.V. Minaev, Structure and Properties of Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene(UHMWPE) Containing Silver Nanoparticles //Журнал физической химии, 2014 г., том 9, №1, стр. 29-39//].

В качестве восстановителей применяются такие соединения, как гидразин (TW 201422341), боргидрид натрия (NaBH₄)) [RU 2526390, В22В 3/00, 2013], а также аскорбиновая кислота. Процесс восстановления с помощью аскорбиновой кислоты чаще всего проводится в присутствии стабилизирующих добавок: цитрата натрия [Yagiong Qin, Xiaohui Ji \\ Size control over spherical silver nanoparticles by ascorbic acid redaction\\ Colloid and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, V. 372, (1-3), 2010, p. 172-176]; хитозана, используемого в виде раствора в уксусной кислоте [Zain, N.М., Stapley, A.G.F., and Shama, G., Green Synthesis of Silver and Copper Nanoparticles using Ascorbic acidand Chitosan for Antimicrobial Applications,Carbohydrate Polymers (2014), http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.05.081]; крахмала [Mayur Valodkar, Shefaly Modi,\\Synthesis and anti-bacterial activity of Cu, Ag and Cu-Ag alloy nanjparticles: A green approach\\ Materials Reseach Bulletin 46(2011) 384-389].

Рассматриваемые выше способы получения наноструктурированного серебра осуществляются с применением в качестве исходных продуктов водных растворов солей серебра. Но это не применимо при использовании для импрегнации полимерных матриц, в частности свервысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), поскольку известно, что из-за сильной гидрофобности СВМПЭ осложняется введение серебра в его полимерную матрицу.

Для получения полимерных материалов, импрегнированных наночастицами металлов, в том числе наноструктурированным серебром, большое значение имеет выбор типа полимеров. Для наночастиц серебра в качестве полимерной матрицы, например, используются такие полимеры, как карбоксиметилхитин (RU 2474471, B0J 13/00, 2013), поливинилпирролидин (US 7749299, B22F 9/24, 2007). Известно, что в последние годы предпочтение среди полимеров, которые подвергают модификации различными наночастицами металлов, отдается полиэтиленам высокой и низкой плотности. Особый интерес для рассматриваемого объекта представляет применение в качестве матрицы сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), иначе называемого «High - pressure polyethelen (НРРЕ)». Этот полимер, обладающий высокой молекулярной массой, имеет полукристаллическую пористую структуру (semicrystallen), содержащую как кристаллическую, так и аморфную области, что играет ключевую роль и определяет свойства получаемых на его основе материалов. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ), как известно, относят к неполярным полиэтиленам низкого давления, синтезируемым в результате полимеризации этилена. Выявлено, что введение даже незначительных количеств наполнителей (наноструктурированных металлов) в матрицу СВМПЭ позволяет получать материалы с необычными физическими свойствами, в разы превышающими аналогичные свойства не модифицированного СВМПЭ [SA.P. Gubain and G.Yu. Yrcov, Int. J.Materials& Product Technology, vol. 23, nos

, 2005].

Важнейшим аспектом при получении композиционных полимерных материалов, модифицированных наночастицами металлов, является технология их введения в структуру полимера. Это касается и получения полимерных материалов, модифицированных наночастицами серебра.

Например, известно введение наночастиц серебра в СВМПЭ в форме водно-желатинового геля или золя. Но при этом предварительно получают водно-желатиновый гель, содержащий наночастицы серебра, а затем этим гелем пропитывают порошкообразный СВМПЭ и выдерживают в этом геле СВМПЭ в течение одной недели. Либо в предварительно полученный и очищенный редиспергированием в воде темно-коричневый золь серебра с концентрацией серебра 6*10^-2 М вводят на 1 сутки предварительно пропитанный этанолом и раствором нитрата серебра порошок СВМПЭ [Е.А. Вишнякова, Г.Е. Селютин и др. Получение композитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, обладающего бактерицидными свойствами. // Journal of Siberian Federal University Chemistry 4(2013, 6)372-379]. Однако во всех случаях в объеме полученного композитного материала присутствует значительное количество частиц серебра крупного размера (100-400 нм.), неравномерно распределенных на поверхности СВМПЭ. Как показывает практика, введение серебра в его полимерную матрицу в виде водных растворов осложнено из-за сильной гидрофобности СВМПЭ.

Были применены и другие методы импрегнации СВМПЭ наноструктурированным серебром. Одним из вариантов решения этой задачи является введение наночастиц серебра в матрицу СВМПЭ в среде сверхкритического СO₂ [P.S. Timashev, N.V. Minaev, Structure and Properties of Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene(UHMWPE) Containing Silver Nanoparticles //Журнал физической химии, 2014 г., том 9, №1, стр. 29-39//]. В качестве прекурсора в данном способе используется циклооктадиеновый комплекс гексафторацетилацетоната серебра, который вместе с СВМПЭ помещается в автоклав, после чего автоклав закрывается, подается диоксид углерода до достижения давления 11 МПа и осуществляется нагревание реакционной массы до 50°С. После этого проводится стадия фотовосстановления серебряного прекурсора, импрегнированного в СВМПЭ, осуществляемая нагреванием в среде воздушно-водородной смеси в течение 24 часов. При этом наночастицы, содержащиеся в СВМПЭ, имеют размер от 20 до 200 нм. и являются полидисперсными. Однако данный способ промышленно мало осуществим, поскольку взрывоопасен из-за применения воздушно-водородной смеси для восстановления серебра, а также из-за применения сверхкритичного диоксида углерода. Кроме того, данный способ не экономичен, поскольку достаточно энергоемок и требует использования сложного дорогостоящего оборудования. Раствор комплекса серебра в сверхкритическом диоксиде углерода для получения СВМПЭ, содержащего наносеребро, применяется и в другом известном патенте, выданном на «Способ изготовления полимерных деталей трения и скольжения из сверхвысокомолекулярного полиэтилена для искусственных эндопротезов» (RU 2300537, С22В 11/00, 2005). В качестве исходного продукта для получения наносеребра в данном способе используются раствор комплекса серебра в сверхкритическом диоксиде углерода, который добавляют к сверхвысокомолекулярному полиэтилену (СВМПЭ), имеющему молекулярную массу (6-10,5)×10⁵ дальтон, размеры частиц 5-250 мкм. Для восстановления серебра в СВМПЭ применяется либо термообработка при температуре порядка 200°С, либо соответствующая химическая обработка восстановителями. Перед стадией прессования СВМПЭ, содержащий дополнительно 0,05-0,15% масс. серебра (или меди, или железа) с размером частиц 10-100 нм, обрабатывают в сверхкритическом диоксиде углерода при 40-140°С и давлении 15-25 МПа в течение 2-4 часов. Основной недостаток данного способа - это наличие нежелательных примесей в конечном продукте, которые представляют собой продукты распада, а также все недостатки выше рассмотренного способа (RU 2300537), а именно взрывоопасность, высокая энергоемкость.

Введение наночастиц серебра и золота в матрицу СВМПЭ в среде сверхкритического СО₂ применяется и в другом известном изобретении, но только в этом случае исходными продуктами являются органозоли золота или смеси золота и серебра, дисперсионной средой которых является изопропиловый спирт [RU 2354668, С22В 11/00, 2009). В рассматриваемом изобретении используется исходный порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой (4,5-10,5)×10⁵ дальтон и размерами частиц от 5 до 250 мкм, который перед прессованием подвергается термической обработке в среде сверхкритического диоксида углерода при температуре 40-140°С и давлении 15-25 МПа в течение 2-4 часов. Затем, на следующем этапе термообработанный в сверхкритическом диоксиде углерода порошок СВМПЭ смешивают с органозолями металлов золота либо смеси золота и серебра с размерами 100-550 нм, содержащими 0,15-0,5 мас.% металла, после чего полученную смесь порошка СВМПЭ с органозолями металлов термообрабатывают при температуре 60-80°С в вакууме 10 мм Hg в течение 3-5 часов (для удаления изопропанола). Прессование осуществляют при температуре 190-200°С и удельном давлении 10-60 МПа. Получаемый материал используется в качестве конструкционного материала для изготовления эндопротезов, содержатся частицы золота или серебра размером 100-150 нм в количестве 0,05-0,5 мас. %.

Данный способ имеет ряд тех же недостатков, что и выше рассмотренные способы. Во-первых, он не технологичен и промышленно трудно осуществим из-за применения сверхкритичного диоксида углерода на стадии введения в СВМПЭ прекурсора. Кроме того, данный способ не экономичен, поскольку является достаточно энергоемким и, кроме того, он требует использования сложного дорогостоящего технологического оборудования.

Для создания технологичного способа получения композитного материала на основе СВМПЭ, равномерно модифицированного наночастицами серебра с узким распределением частиц по размерам, предлагается Способ получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), импрегнированного наночастицами серебра, осуществляемый обработкой СВМПЭ коллоидным раствором наносеребра в этиленгликоле, образующемся при проведении следующих последовательных стадий процесса, включающего: введение порошкообразного СВМПЭ в C₁-С₂-алканольный раствор серебряных солей жирных кислот, имеющих общую формулу C_nH_2n-1O₂Ag, где n=12, 14, 16, 18, с концентрацией 10^-3 моль/л, добавление к образовавшейся реакционной массе при интенсивном перемешивании этиленгликольного раствора аскорбиновой кислоты в количестве, эквимолярном количеству используемой соли серебра, перемешивание реакционной массы в течение 3-4 часов при температуре 20-50°С и выделение образовавшегося продукта, включающее фильтрацию, промывку дистиллированной водой и сушку при 105-120°С.

В качестве исходных солей, предпочтительно, применяют серебряные соли следующих жирных кислот: пальмитиновой, лауриновой, стеариновой и миристиновой.

В предлагаемом способе, как и в способе-прототипе [RU 2354668], в качестве модифицирующего СВМПЭ реагента используется наноструктурированное серебро, вводимое в органической среде: в прототипе используются органозоли серебра (или золота) в среде растворимого в воде органического растворителя - изопропилового спирта, а в предлагаемом способе импрегнирование СВМПЭ осуществляется коллоидным раствором наноструктурированного серебра в гидрофобном растворителе - этиленгликоле и процесс протекает непосредственно в матрице СВМПЭ за счет реакции восстановления исходных солей серебра с помощью аскорбиновой кислоты. Использование наносеребра в виде раствора в органическом растворителе значительно повышает степень диспергирования наносеребра в органическом высокомолекулярном полимере - СВМПЭ по сравнению с использованием для данных целей водных растворов наносеребра ввиду гидрофобности полимерной матрицы.

Основное отличие предлагаемого способа от известных заключается и в использовании в качестве исходных продуктов метанольных либо этанольных растворов серебряных солей высших жирных кислот, имеющих общую формулу C_nH_2n-1O₂Ag, где n=12, 14, 16, 18, с концентрацией 10^-2 моль/л - 10^-3 моль/л. Как известно, к высшим жирным кислотам относят С₁₀-С₂₄ карбоновые кислоты алифатического ряда с четным числом углеродных атомов, неразветвленного строения. В предлагаемом способе используются насыщенные C₁₂-C₁₈ высшие жирные кислоты этого ряда, а именно, лауриновая кислота C₁₂H₂₄O₂, миристиновая кислота C₁₄H₂₈O₂, пальмитиновая кислота C₁₆H₃₂O₂, стеариновая кислота С₁₆Н₃₆О₂. Известно, что соли серебра указанных жирных кислот практически не растворимы в большинстве органических растворителей, а именно в таких широко применимых органических растворителях как этилацетат, изооктан, гексан, хлороформ, диметилформамид, метилцеллозольв, за исключением их ограниченной растворимости в метаноле и этиловом спирте, а также в этиленгликоле. Поэтому ранее при получении наночастиц металлов, в том числе серебра, из солей этих кислот в известных способах применялись, в основном, физические методы, например, метод термического разложения (Шарафутдинов М.Р. Получение и исследование методами in situ дифрактометрии синхротронного излучения упорядоченных структур из наночастиц серебра при термическом разложении его карбоксилатов. Автореферат дисс., Новосибирск, 2009, с. 17). При данном методе получают наночастицы серебра размером от 6 нм до 8 нм, либо разложения, осуществляемого детонационных в ударных волнах (Физика экстремальных состояний вещества, Черноголовка-2003. Под редакцией Фортова Е.В., Ефремова В.П, Хищенко К.В. Получение наночастиц серебра в детонационных процессах. Тезисы докладов, с. 97) Наночастицы получают размером от 3 нм до 20 нм.

В предлагаемом способе концентрация солей серебра в выбранных кислотах: пальмитиновой, лауриновой, стеариновой и миристиновой, составляет от 37,9% (в лауриновой кислоте) до 53,8% (в стеариновой кислоте), что обеспечивает получение наносеребра в необходимом количестве для получения концентрации его в модифицированном СВМПЭ не менее 0,2% по массе. Кроме того, указанные кислоты и соответственно их соли с серебром признаны не токсичными, что является существенным достоинством выбора именно этих солей в рассматриваемом способе.

При выборе исходных солей серебра были осуществлены альтернативные способы, в которых в качестве исходных продуктов использовались серебряные соли других органических кислот, в частности, трифторуксусной, монохлоруксусной, метансульфокислоты. Однако, как показывает практика, при применении в аналогичном способе солей данных кислот (сульфосодержащей и галоидсодержащих органических кислот) необходимо введение дополнительных стадий очистки получаемого модифицированного полимера от данных токсичных кислот с использованием больших объемов воды, что само по себе не экономично и не удовлетворяет по ряду показателей экологическим требованиям.

В качестве восстановителя в способе используется аскорбиновая кислота в виде раствора в этиленгликоле, при этом количество вводимой аскорбиновой кислоты эквимолярно количеству используемой соли серебра.

Существенную роль в данном процессе играет выбор растворителей, а именно низших алифатических спиртов (метанола, этанола), поскольку именно в этих спиртах рассматриваемые соли ограничено растворимы (10^-2-10^-3), тогда как в остальных растворителях, например таких как гексан, хлороформ, диметилформамид, метицеллозольв, этилацетат практически не растворимы,

Применение именно метанольных или этанольных растворов серебряных солей указанных высших жирных кислот позволяет порошок СВМПЭ вводить непосредственно в спиртовый раствор соли серебра без предварительной пропитки СВМПЭ растворителем.

Концентрация вводимой соли в растворителе составляет 10^-3 моль/л, что позволяет разработанным способом вводить в СВМПЭ требуемое количество наночастиц серебра, а именно 0,2-0,3% весовых.

На эффективность осуществления предлагаемого процесса влияют как температурные, так и временные показатели, а именно, выявлено, что оптимально проводить перемешивание реакционной массы в течение 3-4 часов при температуре 20-50°С при скорости перемешивания 500 оборотов в минуту, осуществляемом, например, на магнитной мешалке. Такие технологические показатели процесса в комплексе с выше рассмотренными признаками способа обеспечивают эффективное восстановление и равномерное введение наночастиц серебра в порошок СВМПЭ в количестве не менее 0,2% весовых. Выделение образовавшегося продукта, включает стадию фильтрации, промывку дистиллированной водой и сушку при 105-120°С

Ниже изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (Тип 1)

Лаурат серебра (м.м. 307,18; 0,0061 г, концентрация 10^-3М) растворяют в 20 мл этилового спирта и прибавляют 0,5 г СВМПЭ, затем при перемешивании со скоростью 500 об/мин на магнитной мешалке приливают 10 мл раствора аскорбиновой кислоты в этиленгликоле с концентрацией 10^-3 М. Серо-зеленую реакционную массу перемешивают 4 часа при температуре 20°С, отфильтровывают сверхвысокомолекулярный полиэтилен, промывают дистиллированной водой. Фильтрат - бесцветный, СВМПЭ высушивают в сушильном шкафу при 110°С в течение часа и он приобретает желтоватую окраску.

Фильтрат исследуют с помощью электронной спектроскопии (фиг. 1). В спектре поглощения пик, ответственный за наличие наночастиц в растворе отсутствует, из чего можно сделать вывод, что все или почти все наночастицы осели в матрице СВМПЭ. Порошок СВМПЭ содержит 0,25% наночастиц серебра с средним размером частиц 70 нм-90 нм.

Пример 2 (Тип 1)

Лаурат серебра (м.м. 307,18) 0,0061 г растворяют в 20 мл метилового спирта и прибавляют 0,5 г СВМПЭ, затем при перемешивании со скоростью 500об/мин на магнитной мешалке приливают 10 мл раствора аскорбиновой кислоты в этиленгликоле с концентрацией 10^-3 М. Серо-зеленую реакционную массу перемешивают 3 часа при температуре 50°С, отфильтровывают СВМПЭ, промывают дистиллированной водой. Фильтрат - бесцветный (фиг. 1), СВМПЭ высушивают в сушильном шкафу при 105°С в течение часа и он приобретает желтоватую окраску. Фильтрат исследуют с помощью электронной спектроскопии (рис. 1.1). В спектре поглощения пик, ответственный за наличие наночастиц в растворе отсутствует, из чего можно сделать вывод, что все или почти все наночастицы осели в матрице СВМПЭ.

Пример 3 (тип 2)

Пальмитат серебра (м.м. 363,28; 0,0073 г., концентрация 10^-3М) растворяют в 20 мл этилового спирта и прибавляют 0,5 г СВМПЭ, затем при перемешивании на магнитной мешалке приливают 10 мл раствора аскорбиновой кислоты в этиленгликоле с концентрацией 10^-3 М. Серо-зеленую реакционную массу перемешивают 4 часа, отфильтровывают сверхвысокомолекулярный полиэтилен, промывают дистиллированной водой. Фильтрат - бесцветный, СВМПЭ высушивают в сушильном шкафу при 110°С в течение часа и он приобретает желтоватую окраску.

Пример 4 (Тип 3)

Миристат серебра (м.м.335,37) 0,0067 г растворяют в 20 мл метилового спирта и прибавляют 0,5 г СВМПЭ, затем при перемешивании на магнитной мешалке приливают 10 мл раствора аскорбиновой кислоты в этиленгликоле с концентрацией 10^-3 М. Серо-зеленую реакционную массу перемешивают 3 часа, отфильтровывают СВМПЭ, промывают дистиллированной водой. Фильтрат - бесцветный (рис. 2), СВМПЭ высушивают в сушильном шкафу при 105°С в течение часа и он приобретает желтоватую окраску. Фильтрат исследуют с помощью электронной спектроскопии (фиг. 2). В спектре поглощения пик, ответственный за наличие наночастиц в растворе отсутствует, из чего можно сделать вывод, что все или почти все наночастицы осели в матрице СВМПЭ.

Пример 5 (Тип 4)

Стеарат серебра (м.м. 391,34 0,0078 г, концентрация 10^-3 М) растворяют в 20 мл этилового спирта и прибавляют 0,5 г СВМПЭ, затем при перемешивании на магнитной мешалке приливают 10 мл раствора аскорбиновой кислоты в этиленгликоле с концентрацией 10^-3 М. Серо-зеленую реакционную массу перемешивают 4 часа при температуре 50°С, отфильтровывают сверхвысокомолекулярный полиэтилен, промывают дистиллированной водой. Фильтрат - бесцветный, СВМПЭ высушивают в сушильном шкафу при 120°С в течение часа и он приобретает желтоватую окраску.

Фильтрат исследуют с помощью электронной спектроскопии (фиг. 2). В спектре поглощения пик, ответственный за наличие наночастиц в растворе отсутствует, из чего можно сделать вывод, что все или почти все наночастицы осели в матрице СВМПЭ. Порошок СВМПЭ содержит 0,25% наночастиц серебра с средним размером частиц 70 нм-90 нм

Как видно на фотографии со сканирующего микроскопа, предлагаемым способом получается композиционный материал, содержащий наночастицы серебра, равномерно распределенные по поверхности, с узким распределением частиц по размерам от 60 до 100 нм.

Получение СВМПЭ, модифицированного наноразмерными частицами серебра, подтверждено методами физико-химического анализа, а именно: спектрами поглощения фильтратов после модификации СВМПЭ (Фиг. 1, 2), анализом на сканирующем электронном микроскопе (Фиг. 3.4), спектром диффузного отражения (Фиг. 5), снятом на спектрофотометре Specord 250 PLUS, методом распределения частиц по размерам, для чего был использован прибор Zetasizer nano series NT Malvern.

На иллюстрации (Фиг. 1, 2) приводятся спектры поглощения фильтратов мосле модификации СВМПЭ, которые подтверждают, что все наночастицы серебра при восстановлении жирных кислот в матрице СВМПЭ полностью переходят в полиэтиленовую матрицу, поскольку видно, что в фильтрате отсутствуют пики наночастиц серебра.

Проведенные исследования показывают, что в результате подобранных условий получают композит, в котором наночастицы серебра распределены в СВМПЭ равномерно. При анализе на сканирующем электронном микроскопе установлено, что на поверхности СВМПЭ равномерно располагаются частицы сферической формы размером от 60 до 100 нм. На Фиг 3, 4 дается СЭМ-изображение СВМПЭ модифицированного НЧ Ag. Согласно данным ИСП-МС, содержание серебра в СВМПЭ составляет 0,2-0,3%.

Это подтверждается и спектрами диффузного отражения для порошка СВМПЭ, модифицированного наночастицами серебра (Фиг. 5). На спектрах диффузного отражения при помощи интегрирующей сферы установлено уменьшение коэффициента отражения в ближней ИК - области спектра по сравнению с исходным порошком СВМПЭ.

В процессе проведенных исследований выявлено влияние наночастиц серебра на спектры диффузного отражения порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), а также установлено уменьшение коэффициента отражения в ближней ИК-области спектра при введении наночастиц серебра в порошок СВМПЭ, обусловленное поглощением свободными электронами.

Из спектров диффузного отражения следует, что коэффициент отражения для исходного порошка СВМПЭ в измеренном диапазоне длин волн составляет 80-120 отн.ед., в то время как импрегнирование наночастицами серебра СВМПЭ приводит к уменьшению отражения в данной области спектра.

Для определения размеров наночастиц серебра, вводимых в СВМПЭ был использован Zetasizer nano series NT Malvern. Распределение частиц по размерам приведено на Фиг. 3, где видно, что распределение частиц по размерам характеризуется одним четким пиком, более 70% наночастиц имеет размер 70-120 нм, средний размер наночастиц 97 нм.

ИК-спектр полученного композита показывает отсутствие посторонних органических примесей в полученном порошке СВМПЭ, за исключением самого сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

Ниже приводятся иллюстрации (Фиг. 1, 2, 3, 4, 5).

Claims (2)

1. Способ получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), импрегнированного наночастицами серебра, осуществляемый обработкой СВМПЭ органическим раствором наносеребра и последующим выделением конечного продукта, отличающийся тем, что импрегнирование СВМПЭ наносеребром осуществляют коллоидным раствором наносеребра в этиленгликоле, образующемся внутри матрицы СВМПЭ при проведении следующих последовательных стадиях процесса, включающего введение порошкообразного СВМПЭ в C₁-С₂-алканольный раствор серебряных солей жирных кислот, имеющих общую формулу C_nH_2n-1O₂Ag, где n=12, 14, 16, 18 и концентрацию 10^-3 моль/л, затем добавление к образовавшейся реакционной массе при интенсивном перемешивании этиленгликольного раствора аскорбиновой кислоты в количестве, эквимолярном количеству используемой соли серебра, перемешивание реакционной массы в течение 3-4 часов при скорости перемешивания 500 оборотов в минуту при температуре 20-50°C и выделение образовавшегося продукта, включающее фильтрацию, промывку дистиллированной водой и сушку при 105-120°C.

2. Способ получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), импрегнированного наночастицами серебра, по п. 1, отличающийся тем, что в качестве солей применяют серебряные соли следующих жирных кислот: пальмитиновой, лауриновой, стеариновой и миристиновой.

Images