Биология и химия: Изменение кристаллической структуры и свойств полимерных материалов при микролегировании фуллереном Cgo, Реферат

Г. П. Окатова, Н. А. Свидунович

Целью настоящей работы было исследование влияния фуллеренсодержащих добавок на состояние полимерных материалов, изменение фазового состава, степени кристалличности и параметров тонкой структуры.

Объектами исследования являлись фуллерен Cg0, фуллереновая сажа и ряд полимеров: полиэтилен высокого давления (ПЭВД), полиэтилен низкого давления (ПЭНД), полипропилен (ПП), сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА) в исходном состоянии и с добавками порошков фуллерена и фуллереновой сажи.

Методы исследования и оборудование

В работе были использованы следующие физико-химические методы анализа. С помощью светового микроскопа исследовано микросостояние поверхности.

Рентгеновская съемка проводилась на дифракто-метре общего назначения ДРОН-3,0 в СоК^ монохро-матизированном излучении в интервале углов 26 от 8 до 70°. Рентгенофазовый анализ осуществлялся в автоматическом режиме по программе «X-RAY» [1]. Для идентификации фаз в базу данных предварительно были введены, как эталонные, рентгеновские спектры исследованных порошков фуллерена, фуллереновой сажи, исходного полиэтилена ПЭВД.

По дифрактограмме ПЭВД с добавкой 0,01% фуллерена С60 было установлено, что исходный полимер преобразуется в новую кристаллическую фазу.

С помощью подпрограммы «SPLIT.LINE» (программа «GOR») [2] проведено разделение линий спектров с выделением «гало» аморфной фазы, выполнено прецизионное определение положения линий (угла 26), межплоскостных расстояний и ширины линий (Р).

Методом стереологического анализа на анализаторе изображения МОП-АМО-3 измерены площади разделенных по подпрограмме «SPLIT.LINE» линий спектров кристаллической и аморфной фаз; по результатам измерения — по соотношению площадей интегральной интенсивности линий — проведено определение степени кристалличности образцов исходного ПЭВД и с добавками.

Микротвердость ПЭВД в исходном состоянии и с добавкой 0,01% фуллерена измеряли при нагрузке 10 г на микротвердомере «Micromet-II» фирмы «Buehler-Met», Швейцария.

Результаты и обсуждение

В результате проведения комплекса исследований изучено влияние добавок фуллерена и фуллереновой сажи на кристаллическую структуру полимерных материалов — полиэтилена высокого и низкого давления, полипропилена и сополимера этилена с винил-ацетатом. Качественный рентгенофазовый анализ показал, что рентгенограммы исходного образца ПЭВД, образцов ПЭВД с добавками 0,1—1% фуллерена С60 и 1% фуллереновой сажи практически не отличаются. Все рентгенограммы были типичны для аморфно-микрокристаллического состояния.

Рентгенограмма и микроструктура полиэтилена ПЭВД с добавкой 0,01% фуллерена существенно отличаются от исходного полимера, что может свидетельствовать об образовании новой кристаллической фазы (рис. 1).

Результаты определения степени кристалличности, размеров кристаллитов (Дфф, нм) и областей ближнего порядка (2^фф, нм) показали, что полиэтилен с добавкой 0,01% фуллерена имеет наибольшую степень кристалличности — 1,04%, наименьшую степень кристалличности — 0,53% имеет полиэтилен с добавкой 1% фуллерена.

По размеру областей ближнего порядка аморфной (микрокристаллической) составляющей получено, что Zэфф в ПЭВД без фуллерена в два раза больше (21,1 нм), чем в ПЭВД с добавкой 0,01% фуллерена (9,88 нм); для сравнения у фуллереновой сажи — 6,45 нм.

Проведенные замеры микротвердости на поверхности пластин ПЭВД в исходном состоянии показали, что на поверхности пластин ПЭВД грани индентора четко видны только в центре отпечатка микротвердости, далее их след теряется, что не позволяет определить величину микротвердости полиэтилена. На поверхности пластин ПЭВД с добавкой 0,01% фуллерена грани индентора четко видны по всему отпечатку микротвердости, средняя величина микротвердости составляет на поверхности 7,75 кгс/мм2; под поверхностной пленкой — 11,9 кгс/мм2, что подтверждает особое состояние его новой структуры.

Проведенное исследование воспроизводимости эффекта изменения кристаллической структуры ПЭВД при добавлении 0,01% фуллерена подтвердило полученные результаты, а на других полимерах показало, что на сополимере этилена с винилацетатом этот эффект не наблюдается. В полиэтилене низкого давления без изменения кристаллической структуры повышается степень кристалличности. Рентгенограмма полипропилена в исходном состоянии по положению линий кристаллической фазы практически совпадает с рентгенограммой ПЭВД с добавкой 0,01% порошка фуллерена (рис. 26). При добавлении этого количества порошка фуллерена в полипропилен пропадает линия, совпадающая с линией максимума исходного ПЭВД, в то время как в случае ПЭВД аналогичное изменение приводит к повышению интенсивности линии.

При добавлении в полиэтилен высокого давления фуллереновой сажи в количестве 1% обнаружено некоторое упорядочение структуры полиэтилена высокого давления, уменьшение степени его аморфности, появление признаков наличия фуллеренов на рентгенограмме.

Проведенные нами исследования исходных кристаллитов фуллерена С60 (рис. За) производства ЗАО «Фуллерен-Центр» Нижний Новгород (Россия) показали, что кристаллы имеют высокоразвитую поверхность (рис. 36). Такая развитость поверхности может, по нашему мнению, являться активным стимулятором преобразования структуры полиэтилена.

Заключение

В результате исследования влияния добавок фуллерена С60 и фуллереновой сажи на кристаллическую структуру полимерных материалов был выявлен эффект изменения кристаллической структуры полиэтилена высокого давления и полипропилена при введении фуллерена С60 в количестве 0,01%. Отмечено повышение микротвердости ПЭВД при введении малых количеств фуллерена. Этот эффект назван нами «фуллереновой гомеопатией».

Добавление в полиэтилен высокого давления 0,01% порошка фуллерена переводит полиэтилен высокого давления в состояние, близкое к полипропилену, но с большей степенью аморфности.

Добавление в полиэтилен высокого давления фуллереновой сажи в количестве 1% приводит к некоторому упорядочению структуры полиэтилена высокого давления и уменьшению степени его аморфности.

Список литературы

1. Система автоматизации рентгеновских дифрактометров серии «ДРОН» Программа X-Ray, версия 2.0. Руководство пользователя. М., МГУ, 1995, 44 с.

2. Протасова Н.А. Дис. ... канд. техн. наук. Москва, ВИАМ, 1993.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.chem.msu.su/

Еще из раздела Биология и химия:

• Доклад: Стеллерова корова
• Доклад: Одуванчик лекарственный
• Шпаргалка: Экзамен по химии (11 класс)
• Доклад: Ионометрия. Метод градуировочного графика
• Изложение: Эффекты структуры субстрата при гидролизе сульфохлоридов анилидов сульфокислот
• Реферат: Адаптация живых организмов к климату степной зоны Волгоградской области
• Реферат: Борщевик наступает