Композиционные материалы на основе эпоксидной матрицы и наночастиц диоксида титана (IV): получение, микроструктура и свойства

Металлургия и материаловедение

Нанотехнологии и наноматериалы

2021. Т. 28. № 2. С. 224-237.

DOI: 10.34759/vst-2021-2-224-237

Авторы

Букичев Ю. С. *, Богданова Л. М. **, Спирин М. Г. , Шершнев В. А. ***, Шилов Г. В. ****, Джардималиева Г. И. *****

Институт проблем химической физики РАН, ИПХФ РАН, просп. академика Семенова, 1, Черноголовка, Московская область, 142432, Россия

*e-mail: uresbuki4eff@yandex.ru
**e-mail: bogda@icp.ac.ru
***e-mail: femtos@mail.ru, shershnev@bmstu.ru
****e-mail: genshil@icp.ac.ru
*****e-mail: dzhardim@icp.ac.ru

Аннотация

Эпоксидные нанокомпозиты в виде плёнок толщиной 80–100 мкм синтезированы отверждением смеси эпоксидного олигомера ЭД-20, 4,4’- диаминодифенилметана в качестве отвердителя и наночастиц (НЧ) диоксида титана (IV) (н-TiO2). Фазовый состав, строение и микроструктура полученных нанокомпозитов изучены методами рент-генофазового анализа (РФА), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), инфракрасной (ИК) спектроскопии и спектроскопии ультрафиолетовой и видимой области (УФ-вид). Методом СЭМ показано увеличение размеров наночастиц TiO2 в процессе отверждения и их влияние на кинетику отверждения и структуру образующегося нанокомпозита TiO2/ЭП. Исследована кинетика фотоактивности нанокомпозита TiO2/ЭП (0.5 масс. % н-TiO2) при УФ облучении полимерного нанокомпозита в стеклообразном состоянии.

Ключевые слова:

эпоксидная смола, нанокомпозит, наночастицы TiO2, отверждение, фотооблучение, фотокатализ

Библиографический список

  1. Бычков А.Н., Фетисов Г.П., Кыдралиева К.А., Соколов Е.А., Джардималиева Г.И. Нанокомпозиционные материалы на основе металлосодержащих наночастиц и термопластичных полимерных матриц: получение и свойства // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 2. С. 209-222.

  2. Айдемир Т., Голубева Н.Д., Шершнева И.Н., Кыдралиева К.А., Джардималиева Г.И. Получение, строение и магнитные свойства нанокомпозитов, получаемых термическим разложением Fе(III)Со(II)-сокристаллизатных комплексов // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 2. С. 219-228.

  3. Покровский А.М., Чермошенцева А.С. Экспериментальное исследование влияния нанодобавок на свойства композиционных материалов с межслойными дефектами // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 3. С. 212-221.

  4. Carp O., Huisman C.L., Reller A. Photoinduced Reactivity of Titanium Dioxide // Progress in Solid State Chemistry. 2004. Vol. 32. No. 1-2, pp. 33–177. DOI: 10.1016/j.progsolidstchem.2004.08.001

  5. Salomatina E.V., Bityurin N.M., Gulenova M.V. et al. Synthesis, structure, and properties of organic—inorganic nanocomposites containing poly(titanium oxide) // Journal of Materials Chemistry C. 2013. Vol. 1. No. 39, pp. 6375–6385. DOI: 10.1039/C3TC30432A

  6. Саляхова М.А., Абдуллин И.Ш., Уваев В.В., Кайдриков Р.А. Фотокаталитическое окисление вредных веществ, сорбированных материалом с внедренным диоксидом титана // Вестник технологического университета. 2015. Т. 18. № 12. С. 101-102.

  7. Martins A.C., Cazetta A.L., Pezoti O., et al. Sol-gel synthesis of new TiO2/activated carbon photocatalyst and its application for degradation of tetracycline // Ceramics International. 2017. Vol. 43. No. 5, pp. 4411–4418. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.088

  8. Xiao H., Li J., He B. Anatase-titania templated by nanofibrillated cellulose and photocatalytic degradation for methyl orange // Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2017. Vol. 27, pp. 1022–1027. DOI: 10.1007/s10904-017-0550-8

  9. Fujishima A., Rao T.N., Tryk D.A. Titanium Dioxide Photocatalysis // Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews. 2000. Vol. 1. No. 1, pp. 1-21. DOI: 10.1016/S1389-5567 (00)00002-2

  10. Khalid N.R., Majid A., Tahir M.B., Niaz N.A., Khali S. Carbonaceous-TiO2 nanomaterials for photocatalytic degradation of pollutants: A review // Ceramics International. 2017. Vol. 43. No. 17, pp. 14552–14571. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.08.143

  11. Sanwaria A.R., Gopal R., Jain J., et al. Highly Pure Brookite Phase of TiO2 from Salicylaldehyde Modified Titanium(IV) Isopropoxide: Synthesis, Characterization and Photocatalytic Applications // Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2020. Vol. 30, pp. 1393–1403. DOI: 10.1007/s10904-019-01314-w

  12. Humayun M., Raziq F., Khan A., Luo W. Modification strategies of TiO2 for potential applications in photocatalysis: a critical review // Green Chemistry Letters and Reviews. 2018. Vol. 11. No. 2, pp. 86-102. DOI: 10.1080/17518253.2018.1440324

  13. Bella F., Muñoz-García A.B., Colò F., et al. Combined Structural, Chemometric, and Electrochemical Investigation of Vertically Aligned TiO2 Nanotubes for Na-ion Batteries // ACS Omega. 2018. Vol. 3. No. 7, pp. 8440–8450. DOI: 10.1021/acsomega.8b01117

  14. Murugan K., Subasri R., Rao T.N. et al. Synthesis, Characterization and Demonstration of Self-Cleaning TiO2 Coatings on Glass and Glazed Ceramic Tiles // Progress in Organic Coatings. 2013. Vol. 76. No. 12, pp. 1756–1760. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2013.05.012

  15. Bodaghi H., Mostofi Y., Oromiehie A., Ghanbarzadeh B., Hagh Z.G. Synthesis of clay—TiO2 nanocomposite thin films with barrier and photocatalytic properties for food packaging application // Applied Polymer Science. 2015. Vol. 132. No. 14. DOI: 10.1002/app.41764
  16. Проданчук Н.Г., Балан Г.М. Наночастицы диоксида титана и их потенциальный риск для здоровья и окружающей среды // Cучасні проблеми токсикології (Современные проблемы токсикологии). 2011. № 4(54). C. 11-27.

  17. Берестенко В.И., Торбов В.И., Чукалин В.И. и др. Микроволновой хлоридный процесс получения диоксида титана // Химия высоких энергий. 2011. Т. 45. № 5. С. 468-472.

  18. Иржак В.И., Розенберг Б.А., Ениколопян Н.С. Сетчатые полимеры: синтез, структура, свойства. — М.: Наука, 1979. — 248 с.

  19. Розенберг Б.А., Олейник Э.Ф. Образование, структура и свойства эпоксидных матриц для высокопрочных композитов // Успехи химии. 1984. Т. 53. № 2. С. 273-289.

  20. Rozenberg B.A. Kinetics, thermodynamics and mechanism of reactions of epoxy oligomers with amines // Dušek K. (eds) Epoxy Resins and Composites II. Advances in Polymer Science. 1986. Vol. 75. Springer, Berlin, Heidelberg. DOI: 10.1007/BFb0017916

  21. Bogdanova L.M., Lesnichaya V.A., Volkova N.N., et al. Epoxy/TiO2 composite materials and their mechanical properties // Bulletin of the Karaganda University. 2020, pp. 80-87. DOI: 10.31489/2020Ch3/80-87

  22. Gao L., Yin C., Luo Y., Duan G. Facile Synthesis of the Composites of Polyaniline and TiO2 Nanoparticles Using Self-Assembly Method and Their Application in Gas Sensing // Nanomaterials. 2019. Vol. 9. No. 4, pp. 493. DOI: 10.3390/nano9040493

  23. Kunnamareddy M., Diravidamani B., Rajendran R., et al. Synthesis of silver and sulphur codoped TiO2 nanoparticles for photocatalytic degradation of methylene blue // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2018. Vol. 29, pp. 18111–18119. DOI: 10.1007/s10854-018-9922-2

  24. Dan S., Gu H., Tan J., Zhang B., Zhang Q. Transparent epoxy/TiO2 optical hybrid films with tunable refractive index prepared via a simple and efficient way // Progress in Organic Coatings. 2018. Vol. 120, pp. 252–259. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2018.02.017

  25. Monai M., Montini T., Fornasiero P. Brookite: Nothing New under the Sun? // Catalysts. 2017. Vol. 7. No. 10, pp. 304-323. DOI: 10.3390/catal7100304

  26. Богданова Л.М., Иржак В.И., Розенберг Б.А. Роль диффузионного механизма в релаксации объёма аморфных полимеров: Препринт. — Черноголовка, 1985. — 19 с.

  27. Segawa H., Tateishi K., Arai Y., Yoshida K., Kaji H. Patterning of hybrid titania film using photopolymerization. Thin Solid Films, 2004, vol. 466, no. 1-2, pp. 48-53. DOI: 10.1016/j.tsf.2004.01.111

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2021