Композиционные водопоглощающие материалы на основе акриловых сополимеров и бентонитов
Диссертация
Показана перспективность использования бентонит-содержащих полимерных композитов в медицине и в качестве основы для интегрально-оптических химических сенсоров. Полученные композиционные материалы являются трудногорючими и рекомендуются для комплектации элементов огнезащитных конструкций. Установлено влияние рецептурных параметров процесса: температуры и времени синтеза, концентрации реагентов… Читать ещё >
Содержание
- 1. Аналитический обзор
- 1. 1. Синтез наполненных акриловых полимеров
- 1. 2. Свойства наполненных полимерных композитов
- 1. 2. 1. Сорбционные характеристики полимерных акриловых композитов
- 1. 2. 2. Физико-механические свойства акриловых наполненных материалов
- 1. 2. 3. Термические свойства акриловых наполненных полимерных материалов
- 1. 3. Основные направления применения модифицированных минеральными наполнителями акриловых гидрогелей
- Выводы из аналитического обзора
- Цели и задачи исследования
- 2. Объекты и методы синтеза и исследования
- 2. 1. Объекты исследования при получении новых акриловых композиций
- 2. 2. Методики синтеза акрилового гидрогеля и композитов на его основе
- 2. 3. Исследование свойств новых акриловых водопоглощающих материалов
- 2. 3. 1. Исследование абсорбционных свойств новых композиционных материалов
- 2. 3. 2. Определение физико-механических характеристик новых полимерных материалов
- 2. 3. 3. Нахождение некоторых структурных параметров полимерной сетки
- 2. 3. 4. Определение доли поглощенных ионов металла полимерными композитами
- 2. 3. 5. Определение энергии активации реакции
- 2. 3. 6. Определение горючести материалов методом керамической трубы
- 2. 3. 7. Исследование поверхности новых полимерных материалов сканирующей атомно-силовой и зондовой микроскопией
- 2. 3. 8. Исследование полимерных композитов методами эллипсо- и рефрактометрии
- 2. 3. 9. Использование методов спектрального анализа для изучения новых полимерных материалов
- 2. 3. 10. Исследование термических, характеристик новых композиций методами дериватографии и ДСК
- 2. 3. 11. Фрактальный анализ процесса набухания полимерных композиций
- 3. 1. Влияние условий синтеза влагопоглощающих композитов на время начала гелеобразования
- 3. 1. 1. Влияние концентрации наполнителя на время начала гелеобразования
- 3. 1. 2. Влияние концентрации инициатора на время начала гелеобразования гидрогелевых бентонит-содержащих композиций
- 3. 1. 3. Влияние концентрации сшивающего агента на время начала гелеобразования полимерных композиций
- 3. 1. 4. Влияние температуры синтеза на время начала гелеобразования акриловых композиций
- 3. 2. Исследование сшитых акриловых композитов методом ИК-спектроскопии
- 3. 3. Влияние условий синтеза на свойства бентонит-содержащих акриловых композиций
- 3. 3. 1. Влияние концентрации бентонита на сорбционные и физикомеханические характеристики полимерных пленок
- 3. 3. 2. Влияние концентрации инициатора на абсорбционные свойства полимерных композитов
- 3. 3. 3. Влияние концентрации сшивающего агента на абсорбционные свойства наполненных полиакриловых композитов
- 3. 3. 4. Влияние температуры синтеза на абсорбционные свойства полимерных композитов
- 3. 4. Исследование набухания акриловых бентонит-содержащих пленок методом эллипсометрии
- 3. 5. Исследование поверхности наполненных полимерных бентонит-содержащих композитов
- 3. 6. Исследование горючести наполненных акриловых бентонит-содержащих композитов
- 3. 7. Исследование термической стабильности акриловых композитов
Список литературы
- Будтова, Т.В. Сильнонабухающие полимерные гидрогели некоторые современные проблемы и перспективы / Т. В. Будтова, И. Е. Сулейменов, С .Я. Френкель // Журнал прикладной химии. — 1997. — Т. 70., № 4. -С. 529−539.
- Mathur, A.M. Methods for Synthesis of Hydrogels Networks: A Review/ A.M. Mathur, S.K. Moorjani, A.B. Scranton // Journal of Macromolecular Science. Part. C: Chem. Phys. 1996. — V. 36, № 2. — P. 405 — 430.
- Dayal, U. Synthesis of acrylic superabsorbents / U. Dayal, S.K. Mehta, M.S. Choudhary, R.C. Jain // J. Macromol. Sci. Part. C. 1999. — V. 39, № 3. -P. 507−525.
- Евсикова, O.B. Синтез, набухание, и адсорбционные свойства композитов на основе полиакриламидного геля и бентонита натрия / О. В. Евсикова, С. Г. Стародубцев, А. Р. Хохлов // Высокомолекулярные соединения. 2002. — Т. 44, № 5. — С. 802−808.
- Zhany, F. Применение бентонита для очистки сточных вод / F. Zhany,
- S. Fang, Q. Song // Gangyeshui chuli = Ind. Water Treat. 2003. — Vol. 6. -P. 11 — 13.
- Пат. 2 224 016, Российская Федерация, МПК7 С12Н1/02. Способ обработки сусел и виноматериалов бентонитами / Э. М. Соболев, И. К. Стафионов, М. В. Мишин, О. Р. Таланян № 2 002 114 321 113 Заявл. 31.05.2002- опубл. 20.02.2004
- Li, М. Изучение модификации бентонитов и его применение / М. Li, J. Liu // Chag’an daxue xuebo. Diqiu kexue ban = J. Chan’an Univ. Earth Sci. Ed. 2003. — Vol. 25, № 2. — P. 76 — 78.
- Huang, Б. Удаление ионов Zn методом адсорбционной коагуляции с использованием модифицированного глинозема / D. Huang, L. Wei, W. Feng // Nanjing huagong doxue xuebao = J. Nanjing Univ. Chem. Technol. -2001.-Vol. 23, № 4.-P. 62−68
- Rauf, M.A. Trace removal studies of Cr (III) from aqueous solution / M.A. Rauf, M.J. Igbal, M. Ikram, N.J. Rauf // Trace and Microprobe Technology- 2002. Vol. 20, № 1. — P. 119 — 125.
- Ю.Аракелов, Г. Г. Водопоглощающие полимеры и их использование. / Г. Г. Аракелов, И. М. Гапоненко, Ю. Е. Налбандян, А. А. Симанян М.: Мин. хим. пром. НИИТЭХИМ. Обзорн. инф., 1988. — С. 24.
- Пат. 5 462 972 США, МКИ6 C08J9/232- C08J9/236- Superabsorbent polymer having improved absorption rate and absorption under pressure / S.J. Smith- заявитель и патентообладатель Nalco Chemical Co. № 443 697- Заявл. 18.05.95- Опубл. 31.10.95-
- Пат. 2 015 141 Российская федерация, МКИ C08F200/06. Способ получения абсорбирующей смолы / K. Nagasuna, K. Kadonaga, К. Kamura, T. Simomura- заявитель и патентообладатель Nipon Shokubai Kagaku Kogyo. № 4 742 914/05- Заявл. 7.12.89- Опубл. 30.06.94- Бюл. № 12.
- Omidian, H. Modifying acrylic-based superabsorbents. Modification of process nature / H. Omidian, S.A. Hashemi, F. Askari, S. Nafisi // Journal of Applied. Polymer. Science. 1994. — Vol. 54. — P. 251 — 256.
- A.C. 1 781 234 Российская Федерация, МКИ C08F220/06. Получение акриловых полимеров, имеющих высокую способность к поглощению воды / Е. С. Клюжин, А. Е. Куликова, М. В. Кригляшенко — Опубл. 15.12.92- Бюл. № 46, С. 101.
- Пат. 5 229 488 США, МКИ5 C08F6/10. Method for manufacture of an absorbent resin / K. Nagasuna, K. Kajikawa, T. Hatsuda, Y. Irie, T. Fujiwara- заявитель и патентообладатель Nippon Shokubai Kagaku Kogio Co., Ltd. -№ 576 942- Заявл. 4.09.90- Опубл. 20.07.93.
- Ushida, Т., Получение и исследование свойств гидрогелей на основе акрилатов, нейтрализованных основными аминокислотами / Т. Ushida, Y. Toida, У. Miyanago // Chem. And Pharm. Bull. 2002. — Vol. 45, № 11. -P. 1823 — 1830.
- Thiel J. Hydrogele: Verwendungs-moglichkeiten und termodynamische Eigenschaften / J. Thiel, G. Maurer, J.M. Prausnitz // Chemie Ingeneur Technik. 1995.-Vol. 67, № 12.-P. 1567- 1583.
- Okay, O. Heterogeneities during the formation of poly (sodium acrylate) hydrogels / O. Okay, Y. Yilmaz, D. Kaya // Polymer Bulletin. 1999. -Vol. 43.-P. 425−431.
- Lopatin, V.V. Structure and Properties of Polyacrylamide Gels for Medical Applications / V.V. Lopatin, A.A. Askadskii, A.S. Peregudov // Polymer Bulletin, Series A. 2004. — Vol. 46, №. 12. — P. 425−431
- Штильман, М.И. Эпоксидсодержащие пористые гидрогели акриламида: исследование влияния условий синтеза / М. И. Штильман,, Г. Ю. Остаева, A.A. Артюхов // Пластические массы. 2002. — Т. 3. — С. 25 -28.
- Аракелов, Г. Г., Гапоненко И. М., Налбандян Ю. Е., Симанян A.A. Водопоглощающие полимеры и их использование. М.: Мин. хим. пром. НИИТЭХИМ. Обзорн. инф., 1988. — С. 24.
- Kazanskii, K.S. Chemistry and Physics of «Agricultural» Hydrogels / K.S. Kazanskii, S.A. Dubrowski // Advances in Polymer Science. -1992. № 104. -P 97- 133.
- Tobita, H, A kinetic model for network formation free radical polymerization /Н. Tobita, A.E. Hamielec // Makromol. Chem. Macromol. Symp. 1988. -№ 20/21.-P. 501−543.
- Tobita, H. Modeling of network formation in free radikal polymerization / H. Tobita, A.E. Hamielec.// Macromolecules. 1989. -Vol. 22, № 7. — P. 30 983 105.
- Самченко, Ю.М., Топологические параметры гидрогелей на основе акриламида и акриловой кислоты / Ю. М. Самченко, З. Р. Ульберг, С. А. Комаровский // Деп. нац. АН Украины. 2003. — № 3. — С. 136 — 140.
- A1-Esaimi, М.М. Reaction Catalyzed by Montmorillonite: Polymerization of Methyl Methacrylate / M.M. Al-Esaimi // Journal of Applied Polymer Science. 1997. — Vol. 64, № 2. — P. 367 — 372.
- Solomon, D.H. Clay minerals as electron acceptors and/or electron donors in organic reactions. / D.H. Solomon // Clays and clay minerals. 1968. — Vol. 16.-P.31 -39.
- Solomon, D.H. Acid-base interactions and the properties of kaolinite in nonaqueous media. / D.H. Solomon // Clays and clay minerals. 1972. — Vol. 20.-P. 135−141.
- Solomon, D.H. Catalytic activity of sodium kaolites. / D.H. Solomon, D.W.
- Hawthorne // Clays and clay minerals. 1972. — Vol. 20. — P.75 — 78. 36. Solomon, D. H. Reactions catalyzed by minerals, Part 1. / D. H. Solomon, M.
- Ayhan, О., M. Poly (methyl metacrylate)/clay nanocomposites by photoiniciated free radical polymerization using intercalated monomer / O. Ayhan, M. Tasdelen, A. Demirel, Y. Yagci // Polymer. 2009. — Vol. 50. -P.3905 — 3910.
- Solomon D. H., Swift Jean D. Reactions catalyzed by minerals. Part II. Chain termination in free-radical polymerizations / D. H. Solomon, J. D. Swift //Journal of Applied Polymer Science. 1967. — Vol. 11, № 12. — P. 2567 -2575.
- Liw, Z.S. Preparation of superabsorbent polymer by crosslinking acrylic acid and acrylamide copolymers / Z.S. Liw, G.L. Rempel // Journal of applied, polymer science. 1997. — Vol. 64, № 7. — P. 1345 — 1353.
- Пат 61 40 309 Arakawa Chem. Ind. C08 F 20/04 от 26 февраля 1986 г. // Chem. Abstr.- 1986.-V. 105, N. 16.- 134 513.
- Шварева Г. Н., Суперабсорбенты на основе (мет)акрилатов, аспекты их использования / Г. Н. Шварева, Е. Н. Рябова, О. В Шацкий // Пластические массы. 1996. — № 3. — С. 32 — 35.
- Lu, J. Синтез и характеристики суперабсорбентов на основе двойных сополимеров / J. Lu, X. Zhu, S. Ji, W. Chen, M. Xue, Z. Xia // Shiyou
- Hoagong = Petrochem. Technol. 1998. — V. 27, № 5. — P. 329 — 335.
- Kang, H. Технология синтеза и абсорбционные свойства солеустойчивых полимеров / Н. Kang, J. Xie, Y. Liu // Polym. Mater. Sci. Technol. 2003. — Vol. 19, № 6. — P. 84 — 87.
- О.Дубровский С. А., Термодинамические основы применения сильнонабухающих гидрогелей в качестве влагоабсорберов (обзор) / С. А. Дубровский, К. С. Казанский // Высокомолекулярные соединения. -1993. Сер. Б. — Т. 35, № ю. — С. 1712 — 1721.
- Ricka, J. Swelling of ionic gels: quantitative performance of the Donnan’s theory / J. Ricka, T. Tanaka // Macromolecules. 1984. — Vol. 17, № 12. -P. 2916−2921.
- Будтова, T.B. Применение диффузионного подхода для описания набухания полиэлектролитных гидрогелей / Т. В. Будтова, И. Э. Сулейменов, С. Я. Френкель // Высокомолекулярные соединения. 1995. -Т. 37Б, № 1.-С. 147−153.
- Kochanowski, A. Utilizacja sceikow pogalwaniczhych z zastosowaniem materialow polimerowych mineralnych (nitatka laboratory. na) / A. Kochanowski, E. Witek, B. Siniarska, E. Bortel // Przem. Chem. 2003. -Vol. 82, № 1.-P. 38−39
- Maziad, N. Radiation polymerization of hydrophilic monomers for producing hydrogel used in waste treatment processing / N. Maziad // Polym-plast technol and Eng. 2004. — Vol. 43, № 4. — P. 1157 — 1176.
- Suleymetov, Hierarchy of structures hydrogel solution boundary / I. Suleymetov, E. Bekturov // Международная конференция «Синергетика макромолекулярных иерархических структур»: сборник тезисов, Ташкент. — 2000. — с. 64 — 65.
- Nakano, Y. Behavior of ions within Hydrogels and its properties / Y. Nakano, Y. Seida, M. Uchida, S. Yamamoto // J. Chem. Eng. Jap. 1990. — Vol. 23, № 5.-P. 574−579.
- Ricka, Y. Transition in ionic gels induced by copper complexation / Y. Ricka, T. Tanaka // Macromolecules. 1985. — Vol. 18, № 1. — P. 83 — 85.
- Будтова, T.B. Кооперативный эффект взаимодействия гидрогелей с растворами поливалентных металлов / Т. В. Будтова, С. Я. Френкель // Высокомолекулярные соединения. 1991. — Т. ЗЗБ, № 11. — С. 856 — 858.
- Будтова, Т.В. Реверсионное набухание гидрогеля в солях поливалентных металлов / Т. В. Будтова, Д. А. Бичуцкий, A.JI. Куранов, И. Э. Сулейменов // Журнал прикладной, химии. 1997. — Т. 70, № 3. — С. 511 — 513.
- Wang, D. Очистка сточных вод, содержащих кадмий модифицированным бентонитом / D. Wang, Y. Huang // Wujiyan gongye = Inorg. Chem.Ind. 2004 — Vol. 37, № 2. — P.38 — 40.
- Katime, I. Acrylic Acid/Methylmethacrylate Hydrogels. Effect of composition on mecanical and thermodynamic properties / I. Katime, E. Diaz de Apodaca // Pure Appl. Chem. 2000. — Vol. 37, №. 4. — Series A. — P. 307 -321.
- Quintana, J. Mechanical properties of poly (N-isopropyl-acrylamide-co-itaconic acid) hydrogels / J. Quintana, N. Valderruten, I. Katime // Journal of applied polymer science. 2002. — Vol. 85. — P. 2540 — 2545.
- Zhang, Y. Thermal and mechanical properties of biodegradable hydrophilic-hydrophobic hydrogels based on dextran and poly (lactic acid) / Y. Zhang, C. Chu // Journal of materials science. 2002. — Vol. 13. — P. 773 — 781.
- Lee, W. Effect of bentonite on physical Properties and Drug-Release Behavior of Poly (AA-co-PEGMEA)/Bentonite Nanocomposite Hydrogels for Mucoadhesive / W. Lee, Y. Chen // Journal of Applied Polymer Science. -2004. Vol.91. — P. 2934 — 2941.
- J.T. Yoon, W.H. Jo, M.S. Lee, M.B. Ко / Effects of comonomers and shear on the melt intercalation of styrenics/clay nanocomposites // Polymer. 2001. -Vol. 42.-P. 329−336
- E. P. Giannelis, R. Krishnamoorti, E. Manias / Polymer-Silicate Nanocomposites: Model Systemsfor Confined Polymers and Polymer Brushes // Advances in Polymer Science. 1998. — Vol.138. — P.107−146
- Jin Woo Lee, Yong Taik Lim, О Ok Park / Thermal characteristics oforganoclay and their effects upon the formation of polypropylene/organoclay nanocomposites // Polymer Bulletin. 2000. -Vol. 45.-P. 191−198
- Jun-Chao Huang, Zi-kang Zhu, Jie Yin, Xue-feng Qian, Yang-Yang Sun/
- Poly (etherimide)/montmorillonite nanocomposites prepared by meltintercalation: morphology, solvent resistance properties and thermal properties// Polymer. 2001. — Vol. 42. — P.873−877
- F. Dietsche, R. Miilhaupt. / Thermal properties and flammability of acrylicnanocompositesbased upon organophilic layered silicates// Polymer Bulletin. 1999. — Vol. 43. — P. 395102
- Zhany, F. Применение бентонита для очистки сточных вод / F. Zhany, S. Fang, Q. Song // Gangyeshui chuli = Ind. Water Treat. 2003. — № 6. — P. 11 -13.
- Li, М. Изучение модификации бентонитов и его применение / М. Li, J. Liu // Chag’an daxue xuebo. Diqiu kexue ban = J. Chan’an Univ. Earth Sci. Ed. 2003. — Vol. 25, № 2. — P. 76 — 78.
- Королев, Г. В. Сетчатые полиакрилаты. Микрогетерогенные структуры, физические сетки, деформационно-прочностные свойства / Г. В. Королев, М. М. Могилевич, И. В. Голиков, М.: Химия, 1995. — С. 25
- Ulusoy, U. Investigation for modification of polyacrylamide bentonite by phytic acid and its usability in Fe+3, Zn+2 and U022+ adsorption / U. Ulusoy U, S. Simsek, O. Ceyhan // Adsorption — 2003. — Vol. 9, № 2. — P. 165 — 175
- Егоров A.A., Егоров M.A., Царева Ю. И. Химические сенсоры: классификация, принципы работы, области применения// Физико-химическая кинетика в газовой динамике, т.6, 2008.
- Gerhard J. Mohr. Polymers for optical sensors// Optical Chemical Sensors, Chapter 15, 2006
- Harland, R.S. Swelling equation for confined homogeneous and heterogeneous polymeric networks: calculation of Mc in swellable two-phase systems/ R.S. Harland, N.A. Peppas // Journal of applied polymer science. -1992.-Vol.45, № 13.-P.2121 -2128.
- Buchanan, K. J Crosslinked poly (sodium acrylate) Hydrogels / K.J. Buchanan, B. Hind, T.M. Letcher // Polymer. Bulletin. 1986. — Vol. 15, № 4. -P.325 -332.
- Andreopoulos A.G. Preparation and Swelling of Polymeric Hydrogels / A.G. Andreopoulos // Journal of applied polymer science. 1989. — Vol. 37, № 8. -P. 2121 -2129.
- Горшков, M.M. Эллипсометрия / M.M. Горшков. M.: Советское радио, 1974.-200 с.
- Рефрактометр Аббе. М.: Московский физико-технический институт (государственный университет), — 2005. — 12 с.
- Leica Inc. Leica Abbe Refractometers. 05.05.2010. Электронная база. http://www.leica-opd.com
- ООО «ФизЛабПрибор». Исследовательские спектрофотометры Сагу -4000, Сагу 5000, Сагу — 6000i и Deep UV компании Varian B.V. -05.05.2010. Электронная база., http://www.fizlabpribor.ru/
- Соломко, В.П. Наполненные кристаллизующиеся полимеры / В. П. Соломко. Киев: Наукова думка, 1980. — 264 с.
- Taha, G. Bentonite as a Natural Adsorbent for the Sorption of Iron from the Ground Water Exploited from Aswan Area, Egypt/ G. Taha, K. Elmagd // Ground Water Monitoring & Remediation. 2007. — Vol. 24, № 1. — P. 47 -52.
- Teriantafyllou, S. Rempval of nickel and cobalt from aqueous solution by Na- activated bentonite/ S. Teriantafyllou, E. Christodoulou, P. Neou-Syngouna // Clays and Clay Minerals. 1999. — Vol. 47, № 5. — P.567 -572.
- Rodriguez, E. Behavior of acrylic acid-itaconic acid hydrogels in swelling, shrinking, and uptakes of some metal ions from aqueous solution / E. Rodriguez, I. Katime // Journal of applied polymer sceince. 2003. — Vol. 90, № 2. — P.530 — 536.
- Liu P. Waste polystyrene Foam-graft-acrylic acid/ montmorillonite superabsorbent nanocomposite / P. Liu, L. Li, N. Zhou, J. Zhang, S. Wei, J. Shen // Journal of applied polymer science. 2007. — Vol. 104, № 4. — P 2341 -2349.
- Анненков, B.B. Взаимодействие сополимера акриловой кислоты и 1-винилимидазола с ионами меди (II) в водной среде. / В. В. Анненков, E.H. Даниловцева, О. В. Луненок, И. А. Алсарсур, В. В. Сараев // Изв. РАН Серия Химия.-2001.-№ 8.-С. 1317- 1323.
- Успенская, М.В. Полимерные водопоглощающие композиции с повышенной прочностью / B.C. Соловьев, М. В. Успенская, Н. В. Сиротинкин // Приборостроение. 2010. — Т. 53, № 4. — С. 63 — 66.
- Успенская, М.В. Композиционные полимерные материалы с бинарным наполнением / B.C. Соловьев, М. В. Успенская // Сборник материалов XVII Петербургских чтений по проблемам прочности. 2007 г. Т. 2. -С. 187
- Kajtna, J. Microsphere pressure sensitive adhesives—acrylic polymer/montmorillonite clay nanocomposite materials / J. Kajtna, U. Sebenik // International Journal of Adhesion and Adhesives. July 2009. -Vol. 29, № 5. -P. 543 -550.
- Оудиан, Дж. Основы полимерной химии / Дж. Оудиан, Пер. с англ. М: Мир, 1974.-С. 614.
- Успенская, М.В. Исследование физико-механических свойств и горючести наполненных акрилатных композиций / Ю. Н. Белыпина, B.C. Соловьев, М. В. Успенская // Журнал прикладной химии. 2009. — Т.82. -Вып. 4-С. 691−693
- Shelly D. Burnside, Emmanuel P. Giannelis. Synthesis and properties of new poly (dimethylsiloxane) nanocomposites // Chem. Mater., 1995, Volume 7, Issue 9, P. 1597−1600
- Kazuhisa Yano, Arimitsu Usuki, Akane Okada, Toshio Kurauchi, Osami Kamigaito, Synthesis and Properties dof Polyimide-Clay Hybrid // Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 1993, Volume 31, Issue 10, pages 2493−2498