авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Влияние природы наполнителя и механической активации на свойства композитов на основе хитозана

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МЕЗИНА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА

ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ НАПОЛНИТЕЛЯ И МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ НА СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА

05.17.06 - Технология и переработка полимеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иваново – 2011

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химии растворов им. Г.А. Крестова РАН (г. Иваново)

Научный руководитель:

доктор химических наук, ст.н.с. Липатова Ирина Михайловна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Панов Юрий Терентьевич

кандидат химических наук Индейкин Евгений Агубекирович

Ведущая организация:

ФГУП «Ивановский научно-исследовательский институт пленочных материалов и искусственной кожи технического назначения»

Защита состоится « » ноября 2011 г. в _____ часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.063.03 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

Тел. (4932) 32-54-33, факс: (4932) 32-54-33, e-mail: dissovet@isuct.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10.

Автореферат разослан « » октября 2011 г.

Ученый секретарь совета Д 212.063.03 Шарнина Л.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Хитозан – водорастворимый полимер природного происхождения, который благодаря комплексу ценных и даже уникальных свойств привлекает все возрастающее внимание исследователей во всем мире. В последние десятилетия особенно возрос интерес к композиционным материалам на основе хитозана, содержащим функциональные наполнители. Такие композиты могут представлять интерес для использования в качестве сорбентов, раневых покрытий, гибридных мембран, комплексных каталитических систем, защитных пленок для пищевых продуктов и др. Исходной формой для получения таких материалов являются суспензии наполнителей в слабокислых водных растворах хитозана, при формовании изделий из которых сталкиваются с проблемой композиционной неоднородности и резкого снижения механической прочности с увеличением степени наполнения. Число публикаций по практическому использованию композиционных материалов на основе хитозана возрастает год от года, однако вопрос о влиянии наполнителей на реологические свойства жидких дисперсий и структурно зависимые свойства полимерной матрицы в сформованных из них твердых композитах остается почти не освещенным в научной литературе. В связи с этим задача комплексного исследования влияния природы наполнителя, а также гомогенизирующего механического воздействия на процессы структурообразования в наполненных материалах на основе хитозана является актуальной.

Работа выполнена в соответствии с планами НИР Учреждения Российской академии наук ИХР РАН, на 2009-2011г.г. (госконтракт № 01.2.00950828), программы ОХНМ №5 на 2009-2011г.г., в рамках госконтракта ИХР РАН с Минпромторгом РФ №11411.0816900.19.045 от 12.04.2011.

Цель работы заключалась в установлении закономерностей влияния природы наполнителя и механической активации в роторно-импульсном аппарате на технологические свойства хитозансодержащих суспензий, а также на физико-механические и сорбционные свойства получаемых из них пленок.

Достижение поставленной цели предполагало решение следующих задач:

- оценка эффективности использования реализуемого в роторно-импульсном аппарате (РИА) механо-акустического воздействия для повышения степени дисперсности и седиментационной устойчивости суспензий на основе растворов хитозана;

- выявление особенностей влияния наполнителей различной природы на реологическое поведение суспензий на основе хитозана с применением и без применения их механической активации в РИА;

- установление влияния наполнителей различной природы и механической активации суспензий на физико-механические характеристики пленок из них;

- исследование аппретирующих свойств суспензий и сорбционной способности получаемых хитозан-минеральных аппретов на волокнистых носителях при селективном извлечении ионов тяжелых металлов из водных сред.

Общая характеристика объектов и методов исследования. В качестве основного объекта исследования были использованы образцы хитозана с молекулярной массой 500, 120 и 87 кДа и степенью деацетилирования 0,78; 0,82 и 0,86, соответственно (ЗАО «Биопрогресс» г. Щелково Московской обл.). В работе использовались органические и минеральные наполнители различной природы, а также красители: активный бирюзовый 23T и метиленовый голубой, льняные волокнистые материалы.

Для реализации механо-акустического воздействия был использован лабораторный роторно-импульсный аппарат.

Экспериментальные исследования проводили с привлечением широкого спектра методов физико-химического анализа: вискозиметрического, спектрофотометрического, сорбционного, электронной и атомно-силовой микроскопии, электрокинетического, рентгенофазового;

Оценку погрешностей измерения при проведении экспериментов проводили с использованием методов математической статистики.

Научная новизна. Впервые на примере водных растворов хитозана установлено, что при введении в них наполнителей, имеющих заряд дзета-потенциала, одноименный с зарядом полимера, вязкость получаемых суспензий экстремально зависит от объемной доли твердой фазы и проходит через минимум при малых добавках наполнителя. При введении наполнителей противоположного знака вязкость возрастает с увеличением объемной доли твердой фазы при всех ее значениях в соответствии с законом Эйнштейна.

Кроме того, получены следующие наиболее важные научные результаты:

- установлена высокая эффективность использования механической активации суспензий на основе растворов хитозана для увеличения их агрегативной и седиментационной устойчивости;

- на основании результатов, полученных путем математической обработки данных по реологии суспензий с использованием предложенной автором формулы, сделан вывод о том, что механическая активация вызывает компактизацию адсорбционных полимерных слоев на частицах наполнителя;

- для всех исследованных наполнителей установлено резкое снижение прочности хитозановых пленок с увеличением степени наполнения, при этом потери прочности существенно снижаются за счет механо-акустической активации исходных суспензий;

- установлены закономерности влияния наполнителей различной природы в пленочных хитозасодержащих композитах на плотность упаковки макромолекул в полимерной матрице и ее сорбционную способность по отношению к парам воды и ионам металлов;

Практическая значимость. Получен обширный экспериментальный материал по реологии формовочных суспензий на основе растворов хитозана и ряда практически значимых минеральных и органических наполнителей. Показана возможность целенаправленного изменения технологических свойств этих суспензий за счет использования интенсивных механических воздействий. Впервые продемонстрирована высокая эффективность использования механо-акустического воздействия, реализуемого в РИА, для получения высоконаполненных (до 60 мас%) хитозановых пленок с достаточно высокой прочностью. Впервые предложено использовать хитозановые аппреты с механо-акустически инкорпорированными минеральными наполнителями для получения волокнистых сорбентов тяжелых металлов с улучшенными кинетическими характеристиками сорбции.

Выявленные экспериментальные закономерности могут быть использованы при разработке механохимических технологий получения композитов на основе хитозана для применения их в различных отраслях промышленности (пищевой, косметической, фармацевтической, в сельском хозяйстве и др.).

Личный вклад автора. Диссертантом выполнен весь объем экспериментальных исследований, проведены необходимые расчеты, обработка результатов и их анализ, сформулированы общие положения, выносимые на защиту и выводы.

Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на: III, IV и V региональных конференциях молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Крестовские чтения), г. Иваново, 2008-2010 г.г.; Международной научно-методической конференции с элементами научной школы для молодежи «Достижения в области химической технологии и дизайна текстиля, синтеза и применения красителей», г. Санкт-Петербург, 2009 г.; XIII Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений –V Кирпичниковские чтения» г. Казань, 2009.г.; IV Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Физико-химия процессов переработки полимеров» г. Иваново, 2009. г.; XII международном научно-практическом семинаре «Физика волокнистых материалов: структура, свойства, наукоемкие технологии и материалы» Smartex г. Иваново, 2009 г.; 7-х Шорыгинских чтениях г.Москва, 2010 г.; X Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» г. Нижний Новгород, 2010 г.; VI Международной научной конференции "Кинетика и механизм кристаллизации. Самоорганизация при фазообразовании" г. Иваново, 2010г.; Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» г. Москва, 2010г.; Научно-практической конференции «Нанотехнологии в текстильной и легкой промышленности – от разработки до внедрения» г. Москва, 2010 г.; Международной научно-технической конференции «Нано-, Био, информационные технологии в текстильной и легкой промышленности» («Текстильная химия – 2011»), Иваново, 2011 г.;

Публикации. Основные теоретические положения работы, ее практические результаты опубликованы в 19 печатных работах, в том числе в 5 статьях в научных журналах, рекомендованных перечнем ВАК, в 14 тезисах докладов на международных, всероссийских и региональных конференциях.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части с обсуждением результатов, выводов, списка использованной литературы, включающего 198 источников, и приложений. Основная часть диссертационной работы содержит 151 страницу машинописного текста, в число которых входят 4 схемы, 41 рисунок и 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Во введении обоснована актуальность работы, ее научная новизна и практическая значимость.

1. Литературный обзор

Первый из трех разделов обзора посвящен литературной информации по теории и практике использования интенсивных механических воздействий при получении высокодисперсных композиционных материалов. Во втором разделе отражены работы, касающиеся композиционных материалов на основе хитозана и перспектив их практического использования. Отмечено, что, несмотря на широкое практическое использование композиционных материалов на основе хитозана, отсутствуют данные, связанные с поиском новых способов их получения. В третьем разделе рассмотрены литературные данные, касающиеся особенностей структурообразования в полимерных системах, содержащих наполнитель.

2. Методическая часть

Методическая часть содержит характеристику объектов исследования и описание методик проведения экспериментов.

3. Экспериментальная часть и обсуждение результатов

3.1. Влияние механо-акустического воздействия на состояние твердой фазы в суспензиях на основе растворов хитозана

При получении композитов на основе хитозана порошкообразный наполнитель вводится в раствор полимера. На первом этапе было оценено влияние обработки таких суспензий в РИА на их дисперсность и седиментационную устойчивость. Для исследования были выбраны органические и неорганические наполнители, отличающиеся по исходному размеру частиц, кристалличности, гидрофильности, знаку дзета-потенциала поверхности и способности специфически адсорбировать хитозан (табл. 1).

При обработке суспензий в РИА степень измельчения в значительной мере определяется природой наполнителя. В случае изначально мелких частиц (Аэросил, BaSO4, Al2O3) преобладает процесс дезагрегации, в случае крупных частиц имеет место измельчение (за исключением гранул крахмала). Было установлено, что эффективность механического измельчения частиц возрастает с увеличением продолжительности обработки и исходного размера частиц и снижается с увеличением концентрации хитозана в дисперсионной среде.

Таблица 1

Влияние природы наполнителя и механической активации в РИА на дисперсность и устойчивость суспензий на основе 2%-ных растворов хитозана

Наполнитель, (знак -потенциал поверхности частиц) Размер частиц,мкм Плотность, г/см3 Седиментационная устойчивость в 2%р-ре ХЗ *
исходный РИА, 10с исходный РИА, 10с
МКЦ (-) 35 23 1,53 15 мин 5 часов
Крахмал (0) 30 30 1,45 20 мин 4 часа
Кварцевый песок(-) 36 14 2,20 20 мин 4 часа
Аэросил (-) 40(агр) 8 2,20 2 часа несколько суток
BaSO4 (+) 11(агр) 2,0 4,50 10 мин 6 часов
TiO2 (+) 2,6 1,7 4,12 30 мин более суток
Al2O3 (+) 100(агр) 15 3,99 15 мин 4 часа
CaCO3 (-) 20 18 2,8 30 мин 5 часов
ZnO (+) 2,8 2,2 5,7 комкование гелеобразование
NiSal (не изм.) 21 11 1,72 «-» «-»
CuSal (не изм.) 24 19 1,60 «-» «-»
Полипропилен (0) 43 22 0,9 всплывает всплывает
Сажа (0) 9,3 4 1,80 всплывает более суток


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.