Получение наночастиц бората цинка

Можно сделать вывод, что увеличение температуры старения осадка Fe(OH)2 от 25 до 750С приводит к уменьшению размера НЧ Fe3O4 от 73±20 нм до 33±15 нм. Увеличение температуры одновременно ускоряет процессы зародышеобразования и роста частиц, тем самым средний размер НЧ уменьшается.

Библиографический список

1. Sugimoto T., Matijevic E. Formation of Uniform Spherical Magnetite Particles by Crystallization from Ferrous Hydroxide Gels //Journal of Colloid and Interface Science. -1980.-V. 74, No 1. - P. 227-243.

2. Preparation of size-controlled (30 - 100nm) magnetite nanoparticles for biomedical applications / Nishio K. [a.o.] //Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2007. V.310, -P.2408-2410.

УДК 678.5.06-416:539.21

С. И. Маракулин, А.А. Серцова, Е.В. Юртов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия ПОЛУЧЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ БОРАТА ЦИНКА

В работе исследовали влияние основных параметров синтеза (рН, температура, время синтеза и пр.) на образование наночастиц бората цинка. Состав, температуры разложения и размер наночастиц бората цинка определяли с помощью рентгенофазового анализа, термогравиметрического анализа и просвечивающей электронной микроскопии. Было установлено, что температура выше 80°С и время синтеза более 6 часов способствуют образованию бората цинка.

Zinc borate- the main object of research in this work. The influence of the synthesis parameters(pH, temperature, synthesis time, etc.) on the formation of nanoparticles of zinc borate was determined. The size of nanoparticles, decomposition temperature and structure of zinc borate was determined by X-ray diffraction, thermogravimetric analysis and transmission electron microscopy.It was found thatthe temperature is above 80°C and the synthesis of 6 hours promote the formation of zinc borate.

Борат цинка - эффективный замедлитель горения, в основном использующейся как синергетическая добавка к галоген- и фосфорсодержащим соединениям для создания композиций на основе поливинилхлорида, полипропилена, сополимера этилена и винилацетата, полиэфирных смол и полиуретана[1].

Используется борат цинка в качестве антипирена и дымоподавителя как в гидратированном, так и в безводном виде. Главным преимуществом использования гидратированного бората цинка (ZnOB2O3H2O, 2ZnO3B2O37H2O,2ZnO3B2O39H2O, Zh0B203 2H206 2ZnO3B2O33H2O и пр.) является то, что он сохраняет кристаллизационную воду до температур 250 - 300°С, а механизмом снижения горючести полимерных материалов в таком случае будет является процесс выделения кристаллизационной воды с эндотермическим эффектом и охлаждением материала [2]. Использование безводного борат цинка для замедления горения также эффективно, т.к. он катализирует процесс образования полиаро-матических соединений, следовательно, и коксового остатка, который в качестве антипиренов можно использовать как в качестве гидроборатов, так и безводных веществ. Это обусловлено разными физико-химическими механизмами снижения горючести. Эффективно использовать данный замедлитель горения в полимерных композициях, температуры интенсивного разложения которых превышают 250°С [3].

В литературе описаны различные способы получения бората цинка. Предпочтительным является способ получения, который заключается во взаимодействии оксида цинка с близким к стехиометрическому количестве борной кислоты, в водном растворе при повышенной температуре в соответствии с уравнением[4]:

2ZnO+6HзBOз^ 2ZnO•3B2Oз+9H2O

Известно, что уменьшение размера частиц соединений металлов приводит к повышению функционального действия добавки в качестве замедлителя горения[5]. Поэтому целью работы было получить образцы наночастиц бората цинка со средним размером менее 100 нм. В работе наночастицы бората цинка получали по химической реакции приведенной выше, а основой синтеза является использование исходного оксида цинка с размером частиц в диапазоне 50 - 80 нанометров. Наночастицы оксида цинка получали на основе следующих уравнений реакции:

Zn(CHзCOO)2 + Ш2СОз ^пСОз| + 2 СНзСООШ + СО2Т ZnCOз^ ZnO + СО2

В качестве исходного компонента получения наночастиц оксида цинка использовали ацетат цинка, в качестве осадителя - карбонат натрия. К 0,1 М раствору ацетата цинка при интенсивном перемешивании (600 об/мин) добавляли раствор карбоната натрия с концентрациями 0,1 - 1М со скоростью 5 мл/мин. После смешения синтез продолжали в течение часа при комнатной температуре (250С). Затем осадок центрифугировали (4000 об/мин, 4 мин), многократно промывали и высушивали при комнатной температуре. Полученный карбонат цинка подвергали термическому разложению в муфельной печи при температуре з00 0С и получали порошок желтоватого цвета.

Затем на основе образцов наночастиц оксида цинка получали наночастицы бората цинка, обрабатывая оксид цинка избытком борной кислоты. Полученную смесь разбавляли небольшим количеством воды, тщательно перемешивали до образования однородной смеси и выдерживали в течение 10 часов при различных температурах (60, 80, 90°С). После синтеза полученный образец сушили при комнатной температуре или помещали в муфельную печь и сушили при температуре свыше 120 0С в течение 6 часов.

Качественный состав полученных образцов исследовали с помощью рентгеновскогодифрактометраD2 Phaser компании Вгикег(интервал регистрируемых углов 5 - 70°, излучение СиКа с длиной волны X = 1.541874 А). Было установлено, что температуры синтеза выше 80°С способствуют образованию гидробората цинка, соответствующая дифрактограмма приведена на рисунке 1.

Угол 20,»

Рис.1 Дифрактограмма образца наночастиц бората цинка, полученного при температуре синтеза

выше 80^

Также с помощью рентгенофазового анализа определено, что длительная сушка образцов в муфельной печи при температуре выше 120 °С способствует образованию безводного бората цинка.

Размер частиц полученных образцов определяли методом просвечивающей электронной микроскопии. На рисунке 2 приведено изображение образца бората цинка, температура синтеза которого составляла 80°С, а температура сушки 25°С.

Рис. 1. Изображениенаночастиц бората цинка, полученное с помощью просвечивающего

электронного микроскопа

В работе с помощью термогравиметрического анализ проводили исследование температур начала разложения образцов бората цинка. Исследования проводили с использованием термоанализатора NETZSCHSTA 443 F3 Jupiter, в интервале 25-600°С, со скорость нагрева температуры - 10 град./мин, в воздушной среде (расход воздуха 60 мл/мин) в корундовых тиглях. Такие данные помогут определить группу полимерных материалов, для которых полученная добавка может быть наиболее эффективно использована в качестве замедлителя горения. Было установлено, что потеря массы образцом начинается при температуре 120°С (около 1,5 масс.%) и связана с потерями слабосвязанной воды. Основная потеря массы начинается при температуре около 230°С и связана с потерей кристаллизационной воды при переходе из гидробората в борат цинка.

Можно сделать вывод, что полученные образцы наночастиц бората цинка могут быть использованы в качестве замедлителей горения для полимерных материалов температура интенсивного разложения которых превышает 220°С.

Библиографический список

1. YildizB., M. Seydibeyoglu O, Güner F.S. Polyurethane-zinc borate composites with high oxidative stability and flame retardancy // Polymer Degradation and Stability. - 2009. -Vol. 94. - P.1072-1075.

2. Асеева P.M. ЗаиковЕ.Г. Горениеполимерныхматериалов. - М.: Наука, 1981. -280 с.

3. Osman Nuri Ata, Enes Sëayan, BenguEnginю Optimization and modeling of zinc borate (2ZnO_3B2O3_3.5H2O) production with the reaction of boric acid and zinc oxide // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. - 2011. - V.17. - P. 493-497.

4. Пат. 2429197 РФ. Способ получения борсодержащих соединений цинка.

5. Серцова А.А., Королева М.Ю., Юртов Е.В., Праведникова О.Б., Дутикова О.С., Гальбрайх П.С. Огнестойкие полимерные нанокомпозиты на основе оксидов и гидроксидов металлов // Хим. технология. - 2009. Т. 10. - № 12. - C. 706 - 712.