Влияние наночастиц металла на механические характеристики композитных материалов
Автор: Каримов Эдуард Хасанович, Каримов Олег Хасанович, Мовсумзаде Эльдар Мирсамедович, Боев Евгений Владимирович
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Результаты исследований ученых и специалистов
Статья в выпуске: 4 т.9, 2017 года.
Бесплатный доступ
В статье приведены результаты исследований по изменению механических и физических свойств строительных полимерных материалов после введения наночастиц металлов. В качестве примера наночастиц металла рассмотрено влияние наночастиц меди. Показаны пути формирования меди размерами нанометров, краткая методика и возможная структура получаемого наполнителя. Наночастицы меди обладают уникальными антибактериальными, тепло- и токопроводящими свойствами. Указанные свойства значительно сохраняются в полимерном материале. В результате получаемый композиционный материал имеет технологические свойства полимера и уникальные физические свойства наполнителя. В качестве полимерного материала выбраны продукты крупнотоннажного производства: поливинилхлорид, эластомеры, полиэтилен, полипропилен, полистирол. Выделение ионов меди из наночастиц зависит от типа стабилизирующего агента и химической природы среды. Реализация антибактериальных свойств в полимерных материалах достигается дозировкой меди в количестве 1-2% масс. Для придания материалу токопроводящих свойств наночастиц меди потребуется более высокая концентрация металла. Применение только пластиката ПВХ в качестве носителя ограничит эффективность нанокристаллов меди и скажется на механических параметрах материала. Поэтому рассматривается более сложный вид полимерного материала. Термопластичные эластомеры, полученные из смесей резины и пластиката (или пластмасс), создали очень большой интерес в промышленной отрасли. Воск, внедренный в полимерную матрицу полиэтилена, применяется для хранения тепла солнечной энергии; тепловой защиты электронных устройств, пищевых продуктов и изделий медицинского назначения; снижения установленной мощности и теплового комфорта в транспортных средствах. Для улучшения теплопроводности в смесь полиэтилен-воск внедряют наночастицы меди. Для получения полипропилена с наночастицами меди применяют метод смешения расплава. Наиболее привлекательные свойства проявляет изотактический ПП. Наночастицы меди применяют размером от 10 до 60 нм.
Наночастицы меди, строительные материалы, полистирол, полипропилен, полиэтилен, воск, поливинилхлорид, антибактериальные свойства
Короткий адрес: https://sciup.org/142211954
IDR: 142211954 | УДК: 541.183 | DOI: 10.15828/2075-8545-2017-9-4-22-47
The influence of metal nanoparticles on the mechanical properties of composite materials
The article presents the results of studies on changes in mechanical and physical properties of polymeric construction materials after the introduction of metal nanoparticles. As an example of metal nanoparticles the influence of nanoparticles of copper has been considered. The ways of formation of copper with dimensions of nanometers, a brief methodology and structure of the obtained filler are shown. Copper nanoparticles have unique anti-bacterial, thermal and conductive properties. These properties substantially remain in the polymer material. The resulting composite material has technological properties of polymers and unique physical properties of the filler. Polymer material was selected among the products of large-tonnage production: polyvinyl chloride, elastomers, polyethylene, polypropylene, polystyrene. The selection of copper ions from the nanoparticles depends on the type of stabilizing agent and on the chemical nature of the environment. The performance of antimicrobial properties in polymer materials is achieved by the dosage of copper in the amount of 1-2% by weight. To give a material the conductive properties of copper nanoparticles a higher concentration of metal is required. To use only plastic PVC as the carrier will limit the effectiveness of nanocrystals of copper and affect the mechanical parameters of the material. Therefore it is considered a more complex type of polymer material. Thermoplastic elastomers obtained from blends of rubber and plastic (or plastics), became of great interest in the industrial sector. The wax embedded in a polymeric matrix of polyethylene is used for heat storage of solar energy; thermal protection of electronic devices, nutritional products and medical products; a reduction in installed capacity and thermal comfort in vehicles. To improve the thermal conductivity copper nanoparticles are introduced in the mixture of polyethylene and wax. To obtain the polypropylene with copper nanoparticles the melt mixing method is applied. The isotactic PP demonstrates the most attractive properties. Copper nanoparticles which size is from 10 nm to 60 nm are used.
Список литературы Влияние наночастиц металла на механические характеристики композитных материалов
- Park B.K., Kim D., Jeong S., Moon J., Kim J.S. Thin Solid Films, 2007, v. 15, p. 77067711.
- Choi Y., Lee C., Hwang Y., Park M., Lee J., Choi C. Curr. Appl. Phy., 2009, v. 9, p. 124127.
- Gurav P, Naik S.S., Ansari K., Srinath S., Kishore K.A., Setty Y.P. Colloids Surf. A, 2014, v. 441, p. 589-97.
- Bogdanovic U., Lazic V., Vodnik V., Budimir M., Markovic Z., Dimitrijevic S. Mater. Lett., 2014, v. 128, p. 75-78.
- El-Trass A., Elshamy H., El-Mehasseb I., El-Kemary M. Appl. Surf. Sci., 2012, v. 258, № 7, p. 2997-3001.
- Yoon K., Byeon J., Park J., Hwang J. SCI Total Environ, 2007, v. 373, p. 572-575.
- Cioffi N., Torsi L., Ditaranto N., Tantillo G., Ghibelli L., Sabbatini L. Chemical Mater, 2005, v. 17, p. 5255-5262.
- Ojas M., Bhagat M., Gopalakrishnan C., Arunachalam K.D. J. Exp. Nanosci., 2008, v. 3, № 3, p. 185-193.
- Munoz-Bonilla A., Cerrada M.L., Fernadez-Garcia M. Polymeric materials with antimicrobial activity. Madrid: Royal Society of Chemistry, 2013.
- Tamayo L.A., Zapata P.A., Vejar N.D., Azocar M.I., Gulppi M.A., Zhouc X., Thompsonc G.E., Rabagliati F.M., Paez MA. Mater. Sci. Eng., 2014, v. 40, p. 24-31.
- Li W.R., Xie X.B., Shi Q.S., Zeng H.Y., OU-Yang Y.S., Chen Y.B. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2010, v. 85, p. 1115-1122.
- Palza H., Gutierrez S., Delgado K. Macromol. Rapid Comm., 2010, v. 31, p. 563-567.
- Xiu Z.M., Ma J., alvarez P.J.J. Environ. Sci. Technol., 2011, v. 45, p. 9003-9008.
- Gunawan C., Teoh W.Y., Marquis C.P., Amal R. ACS Nano, 2011, v. 5, p. 72147225.
- Brayner R., Fievet F., Coradin T. Nanomaterials: A Danger or a Promise? (1er ed.). London, 2013.
- Shankar H., Rhim J.W. 2014. Materials Letters, 2014, v. 307, p. 132.
- Gurav P., Naik S., Ansari K., Srinath S., Kishore A., Setty P., Sonawane S. Coll. Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects, 2014, v. 589, p. 441-446.
- Park B. K., Kim D., Jeong S., Moon J., Kim J.S. Thin Solid Films, 2007, v. 515, p. 7706-7711.
- Park B.K., Jeong S., Kim D., Moon J., Lim S., Kim J.S. Journal of Colloid and Interface Science, 2007 311, 417-424.
- Дюмаева И.В., Егоров Н.А., Рекута Ш.Ф., Мовсумзаде Э.М. Синтез аминонитрилов и их производных, координированных солями d-элементов//Изв. вузов. Химия и химическая технология. -2009. -Т. 52, № 10. -С. 106-107.
- Xiong J., Wang Y., Xue Q., Wu X. Green Chem., 2011, v. 13, p. 900-904.
- Bicer M., Sisman I. Powder Technol., 2010, v. 198, p. 279-84.
- Das G., Kalita R.D., Gogoi P., Buragohain A.K., Karak N. Appl. Clay. Sci., 2014, v. 90, p. 18-26.
- Ahamed M., Alhadlaq H.A., Khan MA.M, Karuppiah P., Al-Dhabi NA. J. Nanomat., 2014, v. 2014, p. 17.
- Kawasaki H., Kosaka Y., Myoujin Y. Chem. Commun., 2011, v. 47, p. 7740-7742.
- Каримов Э.Х., Касьянова Л.З., Даминев Р.Р., Каримов О.Х., Мовсумзаде Э.М. Катализаторы окисления в условиях дегидрирования метилбутенов//Нефтепереработка и нефтехимия. -2014. -№ 2. -С. 22-24.
- Каримов Э.Х., Касьянова Л.З., Мовсумзаде Э.М., Даминев Р.Р., Каримов О.Х., Ялалов М.Р. Совмещение процессов окисления и дегидрирования изоамиленов в производстве изопрена на железокалиевом катализаторе//Теоретические основы химической технологии. -2016. -Т. 50, №1. -С. 95-99.
- Полетаева О.Ю., Колчина Г.Ю., Александрова А.Ю., Мовсумзаде Э.М., Мухаметзянов И.З. Исследование влияния геометрического и электронного строения молекул антиокислительных присадок на эффективность их действия в топливе//Изв. вузов. Химия и химическая технология. -2015. -Т. 58, № 6. -С. 3-6.
- Guzmana A., Arroyoa J., Verdea L., Rengifo J. Procedia Materials Science, 2015, v. 9, p. 298-304.
- Nishioka M., Miyakawa M., Daino Y., Kataoka H., Koda H., Sato K., Suzuki T.M. Ind. Eng. Chem. Res., 2013, v. 52, p. 4683-4687.
- Nikkam N., Ghanbarpour M., Saleemi M., Haghighi E.B., Khodabandeh R., Muhammeda M., Palm B., Toprak M.S. Applied Thermal Engineering, 2014, v. 65, p. 158-165.
- Valodkar M., Modi S., Pal A., Thakore S. Materials Research Bulletin, 2011, v. 46, p. 384-389.
- Каримов О.Х., Даминев Р.Р., Касьянова Л.З., Каримов Э.Х., Вахитова Р.Р. Исследование процесса сушки алюмохромового катализатора в электромагнитном поле СВЧ диапазона//Нефтегазовое дело. -2013. -№ 4. -С. 291-301.
- Тепанов А.А. Адсорбционная иммобилизация наночастиц серебра: закономерности и применение в химическом анализе: дисс.. канд. хим. наук. -2015. -С. 141.
- Azam A., Ahmed A.S., Oves M., Khan M.S., Memic A Int. J. Nanomed., 2012, v. 7, pp. 3527-3535.
- Zhu H., Zhao F., Pan L. J. Appl. Phys., 2007, v. 101, № 9, p. 111-113.
- Salavati-Niasari M., Davar F. Mater. Lett., 2009, v. 63, № 3-4, p. 441-443.
- Becerra A., Rodriguez S., Duaz J., Riffo C. Performance Polymers, 2013, v. 25, p. 51-60.
- Molefi J., Luyt A., Krupa I. Letter polymers, 2010, v. 3, p. 639-664.
- Molefi J.A., Luyt A.S., Krupa I. J. Appl. Polym. Sci., 2010, v. 116, p. 1766-1774.
- Fages E., Pascual J., Fenollar O., Garcia-Sanoguera D., Balart R. Polym. Eng. Sci., 2011, v. 51, p. 804-811.
- Delgado K., Quijada R., Palma R. Letters Applied Microbiology, 2011, v. 53, p. 50-54.
- Konghu T., Cailin L., Haijun Y., Xianyan R. Coll. Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects, 2012, v. 397, p. 12-15.
- Kamrupi I.R., Dolui S.K. J. Appl. Polym. Sci., 2011, v. 120, p. 1027-1033.
- Makhmutova R.I., Vakulin I.V., Talipov R.F., Chuvashov D.A., Movsumzade E.M. Computational and Theoretical Chemistry, 2007, т. 819, № 1-3, с. 21-25.
- Palza H., Escobar B, Bejarano J. Mater. Sci. Eng. C, 2013, v. 33, p. 3795-3801.
- Шайдаков В.В., Урманчеев С.Ф., Полетаева О.Ю., Балапанов Д.М., Мусаев М.В., Шайдаков Е.В. Коагуляция механических примесей в потоке жидкости//Нефтепромысловое дело. -2009. -№ 9. -С. 53-55.
- Abu Abdeen M., Elamer I. Mater. Design, 2010, v. 31, p. 808.
- Gheno S.M., Passador F.R., Pessan L.A. J. App. Polym. Sci., 2010, v. 117, p. 3211.
- Ward A.A., Khalaf A.I., Ismail M.N., Tawfik S.Y., Mansour S.H. KGK Rubberpoint, 2013, v. 1-2, p. 36-45
- Khalf A.I., Ward A.A. Mater. Design, 2010, v. 31, p. 2414.
- Akishino J.K., Cerqueira D.P., Silva G.C., Swinka-Filho V., Munaro M. Thermochimica Acta, 2016, v. 626, p. 9-12.
- Mazman M., Cabeza L.F., Mehling H., Paksoy H.O., Evliya H. Int. J. Energ. Res., 2008, v. 32, p. 135-143.
- Molefi J.A., Luyt A.S, Krupa I. Thermochimica Acta, 2010, v. 500, p. 88-92.
- Krupa I., Mikova G., Luyt A.S. Europ. Polym. J., 2007, v. 43, № 11, p. 4695-4705.
- Krupa I., Mikova G., Luyt A.S. Eur. Polym. J., 2007, v. 43, № 3, p. 895-907.
- Maketon W., Ogden K.L. Chemosphere, 2009, v. 75, p. 206-211.
- Rispoli F., Angelov A., Badia D., Kumar A., Seal S., Shah V. J. Hazard. Mater., 2010, v. 180, p. 212-216.
- Fabrega J., Fawcett S.R., Renshaw J.C., Lead J.R. Environ. Sci. Technol., 2009, v. 43, p. 9004-9009.
- Lemire J.A., Harrison J.J., Turner R.J. Nat. Rev. Microbiol., 2013, v. 11, p. 371376.
- Palza H., Quijada R., Delgado K. J. Bioact. Compat. Polym., 2015, v. 30, p. 366-380.
- Espana-Sanchez B.L., Rodriguez-Gonzalez J.A., Gonzalez-Morones P., Neira-Velazquez M.G. Acta Universitaria, 2014, v. 24, p. 13-24.
- Palza H., Vergara R., Zapata P. Composites Sci. Technol., 2011, v. 71, p. 535-540.
- Zinck P., Bonnet F., Mortreux A., Visseaux M. Prog. Polym. Sci., 2009, v. 34, p. 369392.
- Chrissafis K., Bikiaris D. Thermochimica Acta, 2011, v. 523, p. 1-24.
- Bikiaris D. Thermochimica Acta, 2011, v. 523, p. 25-45.
- Chrissafisa K., Pavlidoua E., Gkogkoua D., Bikiaris D. Thermochimica Acta, 2013, v. 561, p. 26-35.
- Никитин Л.Н., Галлямов М.О., Саид-Галиев Э.Е., Хохлов А.Р., Бузник В.М. Сверхкритический диоксид углерода как активная среда для химических процессов с участием фторполимеров//Рос. хим. (Ж. Рос. хим. об им. Д.И. Менделеева). -2008. -Т. LII, № 3. -С. 56-65.
- Каримов Э.Х., Даминев Р.Р. Развитие многообразия мономеров//История и педагогика естествознания. -2013. -№ 1. -С. 8-19.
- Каримов Э.Х., Даминев Р.Р. Развитие полимеров: от гевеи к макромолекуле//История и педагогика естествознания. -2012. -№ 4. -С. 18-26.
- Полетаева О.Ю. Мухаметзянов И.З., Илолов А., Латыпова Д.Ж., Бородин А.В., Каримов Э.Х., Мовсумзаде Э.М. Основные направления повышения производства топлива из углеводородного сырья//Нефтепереработка и нефтехимия. -2015. -№ 2. -С. 3-10.