Гидрофобизация поверхности наночастиц монтмориллонита октадециламинобромидом

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2013, том 56, №4__________________________________

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 544.476:661.183.123.2

Насер Гарехбаш, академик АН Республики Таджикистан Д.Х.Халиков

ГИДРОФОБИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ НАНОЧАСТИЦ МОНТМОРИЛЛОНИТА ОКТАДЕЦИЛАМИНОБРОМИДОМ

Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан

Приводятся результаты модификации поверхности нанопорошка монтмориллонита (ММЛ) с помощью октадециламинобромида и данные о структуре мод-ММЛ, полученные методами рентгеноструктурного, дифференциально термического анализов и ИК-спектроскопии, а также изучения совместимости полипропилена с ММЛ и мод-ММЛ методом электронной микроскопии.

Ключевые слова: модификация монтмориллонита - октадециламинобромид - полипропилен - нанокомпозиция.

Полипропилен (ПП) широко применяется в инженерной технике, устройствах космических спутников, спортивном снаряжении и др. [1,2]. С целью снижения себестоимости и улучшения переработки ПП в изделиях в литературе в последние годы появилось множество работ, посвящённых модификации ПП с неорганическими наноразмерными материалами [3-5]. Среди них особое место занимает ММЛ [6-8]. Для улучшения совместимости ПП и ММЛ, как правило, поверхность последнего гидрофобизируют [9].

Целью настоящей работы явилось проведение модификации поверхности наночастиц ММЛ октадециламинобромидом (ОДАБ) и использование продуктов реакции для создания нанокомпозита на основе полипропилена.

В работе использованы ММЛ в натрий форме и ПП производства фирмы «Polinor» (Иран), ОДАБ и этиленгликоль производства фирмы «Merk» (Германия). В работе использовано также оборудование: для рентгеноструктурного анализа (XRD) фирмы «Philips», установка ДТА фирмы «Perkin Elmer», ИК-спектрометр фирмы «Perkin Elmer» и мешалка фирмы «HAKE».

Реакции наночастиц ММЛ с ОДАБ проводили при обычных условиях в среде этиленгликоля. Содержание ОДАБ в мод-ММЛ составляет 0.3% масс.

Нанокомпозиции для исследования были изготовлены путём добавления ММЛ и мод-ММЛ в расплав ПП при температуре 180-210°С и перемешивании (45 об./мин) в течение 15-20 мин. Содержание ММЛ и мод-ММЛ в нанокомпозиции составляло 10%масс.

ИК-спектры ММЛ, мод-ММЛ и ОДАБ приводятся на рис.1.

Как видно, поглощения в областях 3628.30 и 1637.99 см-1, характерных для колебания О-Н групп ММЛ, проявляются как для исходного, так и для модифицированного образцов. Проявляется также два поглощения в областях 2922.61 и 2850.15 см-1, характерных для колебаний С-Н групп. Аналогичным образом поглощения N-H группы обнаруживаются в областях 1490 и 1470 см-1, как в исходной ОДАБ, так и мод-ММЛ. Представленные данные ИК-спектроскопии свидетельствуют о проАдрес для корреспонденции: Халиков Джурабой Халикович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2, Институт химии АН РТ. E-mail: dkhalikov@rambler.ru

Рис.1. ИК-спектры ММЛ (а), мод-ММЛ (б) и ОДАБ (с).

отекании реакции ионного обмена с образованием комплекса ММЛ и ОДАБ с освобождением неорганической соли - бромида натрия.

Рентгенографии обычного и модифицированного порошка ММЛ приводятся на рис.2.

2 5 Ю 15 ~ 2 5 10 15

Рис.2. Рентенографии (ХМ)) исходного (а) и модифицированного (б) ММТ.

Видно, что пики исходного и модифицированного ММЛ имеют величины 7.06о и 4.68о соответственно. Разность этих величин свидетельствует об увеличении расстояния между слоями модифицированного порошка, что является следствием наличия алкильной группы.

Диаграмма ДТА исходного и модифицированного образцов ММТ и ОДАБ представлена на рис.3, из которого видно, что для исходного ММТ потеря в массе (в пределах 7%) происходит при температуре 30... 100°С, что является следствием удаления гидратной воды. Затем значительные потери массы происходят при 630...745°С, вероятно, из-за удаления группы О-Н в ММТ. Потеря массы

для мод- ММТ (б) происходит в три этапа. Вначале наблюдается незначительное уменьшение массы (в пределах 3%) в области температур 28...100°С, что связано, по-видимому, с гидрофобизацией ММЛ и снижением содержания гидратной воды при его модификации. Последующее уменьшение массы (в пределах 25%) происходит при температурах от 230...500°С, что, по-видимому, является следствием разложения и окисления солевой связи. Необходимо отметить, что в расплавленной смеси 1111 и ММЛ при температуре 225°С потери массы не наблюдается.

30 100 200 300 400 500 600 700 750

Т,°С

Рис.З. Кривые ДТА ММЛ (а), мод-ММЛ (б) и ОДАБ (с).

Электронно-микроскопические фотографии ПП, наполненного нанопорошками мод-ММЛ и ММЛ, представлены на рис. 4, где отчетливо видно, что наполнитель более равномерно распространён на матрице ПП при использовании мод-ММЛ (рис.4а), чем исходного ММЛ (рис.4б), и имеет размеры от 100 до 500 нм.

Рис.4. Электронно-микроскопические снимки ПП, наполненного мод-ММЛ

Таким образом, монтмориллонит может быть использован в качестве наполнителя при создании нанокомпозиционных материалов на основе полипропилена. Гидрофобизация поверхности ММЛ приведёт к улучшению совместимости ПП и мод-ММЛ и, в конечном счёте, к равномерному распределению наполнителя в матрице полимера.

Поступило 15.02.2013 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Jisheng Ma, Shimin Zhang, Zongneng Qi, Ge Li, Youliang Hu. - J. Applied Polymer Science, 2002. v.83(9), pp.1978-1985.

2. Tang Y., Hu Y., Song L., Zong R., Gui Z., Chen Z., Fan W. - Polymer Degradation and Stability, 2003, v.82, pp. 127-131.

3. Giannelis E.P., Krishnamoorti R., Manias E. - Advances in Polymer Science, 1999, v.138, pp. 107-148.

4. Alexander M., Dubois P. - Materials Science and Engineering, 2000, v.28, pp.1-63.

5. Bondeson D. Biopolymer-Based Nanocomposites: Processingand properties, Ph.D Thesis, Faculty of Engineering Science and Technology, Norwegian University of Science and Technology, 2007.

6. Kato M., Usuki A., Okada A.J. - Applied Polymer Science, 1997, v.66, pp. 1781-1785.

7. Kawasumi M., Hasegawa N., Kato M., Usuki A., Okada A. - Macromolecules, 1997, т.30, pp. 6333-

6338.

8. Hasegawa N., Kawasumi M., Kato M., Usuki A., Okada A. - J. Applied Polymer Science, 1998, v.67, R. 87, pp. 107-148.

9. Wolf D., Fuchs A., Wagenknecht U., Kretzchmar B., Jehnichen D. Haussler L. - Nanocomposites of polyolefin clay hybrids //Proceedings of the Eurofiller'99, Lyon-Villeurbanne. - 1999.6-9 September.

Н.Г арехбаш, Д.Х.Холицов

ГИДРОФОБОНИДАНИ САТ^И НАНОЗАРАЧА^ОИ МОНТМОРИЛЛОНИТ БО ВОСИТАИ БРОМИДИ ОКТАДЕСИЛАММОНИЙ

Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илмхои Цум^урии Тоцикистон

Натичах,ои модификатсияи сатхи болоии монтмориллонит (ММЛ) ба воситаи бромиди октадесиламоний ва нишондодх,ои структураи маводи синтезшуда (мод-ММЛ) бо усулх,ои рен-геноструктур, тахлили термики дифференсиали ва спектроскопияи инфрасурх, аз он чумла масъалахои хамчояшавии полипропилен бо ММЛ ва мод-ММЛ, бо усули микроскопи электронй оварда шудааст.

Калима^ои калиди: модификатсияи монтмориллонит - октадесиламонийбромид - полипропилен -нанокомпозит.

N.Gharehbash, D.Kh.Khalikov

HYDROFOBIZATION OF THE SURFACES OF MONTMORILLONITA BY THE OCTADECYLAMMONIUMBROMIDE

V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan The results of nanopowder montmorillonit (MML) surface modificationof by the octadecylammoni-umbromide and the data related to the structure of the received material (fashions-MML) methods X-ray diffraction (XRD), differential thermal analyses and IR-spectroscopy, and also a method of electronic microscopy. Compatibility of polypropylene with MML and fashions-MML are discussed.

Key words: Modified montmorillonite (nanoclay) - octadecylammoniumbromide - polypropylene - nanocomposite.