Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ / Химия высоких энергий

Синтез полимерных микро- и наномембран с использованием полиэтилентерефталатных шаблонов, полученных радиационно-химическим методом

Диссертация

Автор: Добрецова, Людмила Юрьевна

Заглавие: Синтез полимерных микро- и наномембран с использованием полиэтилентерефталатных шаблонов, полученных радиационно-химическим методом

Справка об оригинале: Добрецова, Людмила Юрьевна. Синтез полимерных микро- и наномембран с использованием полиэтилентерефталатных шаблонов, полученных радиационно-химическим методом : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.09 Обнинск, 2006 194 c. : 61 06-2/256

Физическое описание: 194 стр.

Выходные данные: Обнинск, 2006






Содержание:

ВВЕДЕНИЕ
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
11 Многообразие мембран
12 Получение трековых мембран
121 Взаимодействие высокоэнергетичных ионов с веществом
1211 Фундаментальные аспекты формирования ионных треков в твердых телах
1212 Взаимодействие высокоэнергетичных ионов с полимерами
122 Методы облучения полимерных пленок
123 Сенсибилизация облученных пленок
124 Травление облученных полимерных пленок
125 Свойства ТМ
126 Использование ТМ
13 Модифицирование поверхности ТМ
131 Модифицирование ТМ электропроводящими полимерами
14 Получение и свойства электропроводящих полимеров
141 Методы синтеза полипиррола
142 Полимеризации пиррола методом шаблонного синтеза
143 Механизмы полимеризации пиррола
144 Физико-химические и механические свойства ЭПП
1441 Морфология поверхности
1442 Химическое строение полипиррола
1443 Стабильность пленок ППи и их механические свойства
1444 Транспортные свойства ЭПП
15 Применение ТМ, модифицированных ЭПП
16 Выводы к литературному обзору
2 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
21 Химические реактивы
22 Приборы и методы исследования
23 Модифицирование ПЭТФ ТМ электропроводящими полимерами
231 Получение ПЭТФ ТМ
232 Ячейка для полимеризации мономеров методом диафрагмы
233 Составы растворов для полимеризации
234 Пошаговая полимеризация пиррола
235 Травление модифицированных ПЭТФ ТМ
24 Изучение молекулярной структуры фрагмента ППи методом нейтронно-активационного анализа
25 Изучение морфологии полимерного покрытия
3 ПОЛУЧЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ТРЕКОВЫХ МЕМБРАН
И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ
31 Математическое описание свойств исходных и модифицированных мембран и кинетики полимеризации ЭПП
311 Водопроницаемость мембран и эквивалентный диаметр пор
312 Расчет основных мембранных характеристик исходных ПЭТФТМ
313 Расчет общей площади мембран, доступной для полимеризации
314 Величины, описывающие кинетику полимеризации
32 Исследование закономерностей полимеризации пиррола на ПЭТФ шаблонах
321 Анализ полимеризации в терминах выхода полимера
322 Анализ полимеризации в терминах поверхностной массы полимера
33 Водопроницаемость модифицированных ПЭТФ ТМ
34 Исследование влияния состава композиций
341 Влияние мономера
342 Влияние окислителя
343 Влияние допанта
35 Влияние температуры полимеризации
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3
4 ИЗУЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ, ПОЛУЧЕННОГО НА ПОВЕРХНОСТИ И В ПОРАХ ТРЕКОВЫХ ПЭТФ МЕМБРАН
41 Соотношение пленочного и гранулярного полимера
411 Влияние диаметра пор мембраны-шаблона
412 Влияние состава композиции
413 Влияние температуры полимеризации
42 Распределение ППи по поверхности мембраны
421 Определение равномерности покрытия модифицированной мембраны разрезанием на полоски
422 Определение равномерности покрытия модифицированной мембраны методом поэтапного измерения водопроницаемости
423 Добавки разных спиртов
4231 Взаимное расположение мембраны и реагирующих растворов
4232 Сравнение кинетики полимеризации композициями с добавлением спиртов
4233 Равномерность покрытия ППи на ТМ, модифицированных композициями с добавлением спиртов
4234 Соотношение гранулярного и пленочного ППи при полимеризации композициями с добавлением спиртов
43 Разная толщина полимерной пленки с двух сторон мембраны-шаблона
44 Пошаговая полимеризация
441 Влияние числа шагов на свойства модифицированных мембран
442 Зависимость параметров мембран от вариантов пошаговой полимеризации
443 Влияние сушки на водопроницаемость мембран, полученных разными вариантами пошаговой полимеризации
444 Асимметричные свойства мембран после пошаговой полимеризации
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4
5 ТРАВЛЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ МЕМБРАН
51 Выбор травящего агента
52 Кинетика травления
53 Потеря массы ППи и ПМПи после травления в зависимости от окислителя
54 Характеристики нового мембранного материала
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5
6 ПЕРСПЕКТИВЫ И МЕТОДЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛЫХ МЕМБРАН
61 Полимеризация на сборке мембран
62 Три метода сборки модуля
63 Расчет гидродинамических характеристик модуля на основе полых мембран
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 6
ВЫВОДЫ

Введение:
Актуальность работы. Трековые мембраны (ТМ) представляют собой тонкие полимерные пленки, в которых образована система пор предварительным облучением пленок ионизирующим излучением: многозарядными ускоренными тяжелыми ионами, осколками деления урана, синхротронным излучением и последующим химическим травлением латентных треков (JTT) [1-5].
К настоящему времени получены достаточно достоверные сведения о структуре и свойствах J1T, закономерностях химических реакций, протекающих при травлении J1T в ряде полимерных пленок, способах получения при их травлении субмикронных структур различных геометрических форм и размеров (от нанометров до микрометров) [6]. ТМ принципиально отличаются от традиционных мембран правильной геометрией пор, узким распределением пор по размерам (дисперсия в пределах ±2 %), а также низкой сорбционной способностью. Особенно подробно закономерности формирования пор ТМ изучены в таких полимерах как полиэтилентерефталат (ПЭТФ), поликарбонат (ПК), полипропилен (1111), полиимид (ПИ) [7-12]. В настоящее время создание физико-химических основ получения, модифицирования и применения полимерных ТМ находится в стадии интенсивного развития.
Надо подчеркнуть, что это фундаментальное направление исследований радиационной химии полимеров уже нашло достаточно широкое практическое применение, о чем свидетельствует создание центров производства ТМ в таких организациях как лаборатория ядерных реакций им. Г.Н. Флерова (ОИЯИ, г. Дубна), ГНЦ РФ «Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского», компания «Trackpore Technology» (Москва, Дубна), Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, ЗАО «Трем» (С.-Петербург), Томский государственный технический университет (НИИ ядерной физики).
Благодаря своим уникальным свойствам ТМ находят широкое применение в медицине, например, в очистке лекарственных средств, при получении плазмы крови, при бактериологическом контроле качества пищевых продуктов и воды [1,2]. В технике ТМ используются в процессах разделения и очистки жидких и газообразных сред, например, в системах очистки воды, при создании чистых помещений различного назначения. Путем направленного изменения химической структуры поверхности полимерных пленок и внутренней поверхности пор можно влиять на их поверхностное натяжение увеличивать их гидрофильность, и тем самым повышать смачиваемость и водопроницаемость таких структур [7,13-16]. Поэтому одним из перспективных направлений ионной и мембранной технологий является поиск и разработка методов модифицирования ТМ с целью придания им нужных селективных свойств. Изменяя физико-химические свойства поверхности и пор, можно придавать ионным трекам и ТМ способность реагировать на изменения температуры, рН среды, состава растворов, электрического поля и т.д., т.е. получать так называемые «умные» материалы (smart or intelligent materials) [7].
В последнее время большой теоретический и практический интерес для синтеза полимерных, металлических, полупроводниковых и других микро- и наноматериалов представляет метод шаблонного синтеза (ШС) с использованием в качестве шаблонов ТМ [5]. Например, на период 20042008 гг. Европейской комиссией по применению ускоренных тяжелых ионов для развития нанотехнологий принята фундаментальная программа, целью которой является развитие ряда научных направлений исследований, которые в дальнейшем могут представить практический интерес для получения наноматериалов с уникальными свойствами (Human Resources and Mobility Activity). Для этого все чаще используются тончайшие покрытия полимеров, обладающих уникальными свойствами. В настоящее время проводятся интенсивные исследования в области структуры и свойств электропроводящих полимеров (ЭПП), которые обладают электрическими, электронными, магнитными и оптическими свойствами металлов, но сохраняют механические свойства обычных полимеров, что уже привело к созданию новых химических источников тока, биосенсоров, конденсаторов, искусственных мускулов и к другим технически важным приложениям [17,18].
Наиболее распространенными ЭПП являются полипиррол, полианилин, политиофен, полиацетилен и их производные [19].
В последние годы были разработаны различные разновидности ШС для получения микро- и наноструктур из ЭПП [7,8,10,20,21]. Однако многие закономерности получения микро- и наноструктур на ТМ при синтезе ЭПП в зависимости от природы и концентрации окислителей, допантов, температуры, времени полимеризации и других параметров остаются еще слабо изученными.
В проблеме получения микро- и наномембран важной практически неизученной задачей является исследование процесса удаления исходной мембраны-шаблона после получения на ее поверхности покрытия из ЭПП. Остающаяся в результате высокоорганизованная структура из ЭПП представляет собой микрополимерную полую мембрану, которую можно отнести к мембранам нового поколения. Она представляет собой две несущие полимерные плоскости, соединенные между собой микро- или нанотрубками из ЭПП. В такой полой мембране можно организовать массообмен между двумя независимыми потоками жидкости как по микротрубкам, так и по межтрубному пространству.
Цель работы: получение высокоорганизованных полимерных микро-и наноструктур на основе электропроводящих полимеров с использованием полиэтилентерефталатных шаблонов, полученных радиационно-химическим методом; изучение структуры и свойств синтезированных структур, приближающихся по своим свойствам к биологическим мембранам.
Научная новизна:
Методом ШС получены микро- и наноструктуры электропроводящих полимеров на поверхности и в порах трековых мембран в диапазоне диаметров пор 1.2-5 мкм. Исследована кинетика поверхностной полимеризации в зависимости от таких параметров как: композиции реагирующих растворов, их концентрации, температура полимеризации.
Для улучшения равномерности пленочного покрытия по поверхности мембраны-шаблона и для уменьшения количества гранулярного полимера, ухудшающего транспортные характеристики модифицированной мембраны, разработан метод пошаговой полимеризации и показана его эффективность.
Усовершенствован метод травления модифицированных трековых мембран, позволяющий получать пленки сложных структур без пространственных дефектов:
1) из поли-Ы-метилпиррола - материал в виде «щётки» - равномерная по толщине пленка с регулярно прикрепленными к ней микротрубками.
2) из полипиррола - два несущих слоя, расположенных параллельно друг другу и скрепленных множеством микротрубок. Такая структура, названная полой мембраной, позволяет осуществить одновременно движение двух потоков различных сред по микротрубкам и по межтрубному пространству. Было установлено, что пленка полипиррола в результате травления становится проницаемой для низкомолекулярных веществ, поэтому возможно организовать в нанообъеме эффективный массообмен между двумя средами, движущимися по полой мембране.
Практическая значимость: полученная полая мембрана по своим геометрическим и транспортным свойствам приближается к биологическим мембранам, поскольку полипиррол является биосовместимым материалом. Применение такой полой мембраны особенно перспективно в таких областях, как биотехнология и медицина, например, в качестве нового мембранного материала в аппаратах типа «искусственная почка».
Апробация работы: Материалы диссертации доложены и обсуждены на 14-й международной конференции по электростатическим ускорителям и пучковым технологиям /г.Обнинск, 2001 г./; на Granzer Workshop 2003 /Darmstadt, Germany, 2003 г./; на 4-й Баховской конференции по радиационной химии (в рамках Конференции «Физико-химические основы новейших технологий XXI века»). Тезисы докладов /г. Москва, 2005 г./; на 8-й конференции «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-VIII). Тезисы докладов. /г.Обнинск, 2005 г./.
Структура и объем работы:
Диссертационная работы состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы, содержащего 136 наименования, и приложения.