Особливості формування структури нанокомпозитів дигліцидилового етеру дифенілолпропану та глюкози
We have first studied the peculiarities of the structure of nanocomposites on the basis of epoxy resin and monohydrate D-glucose. It is shown that the narrow temperature interval for these compounds to coexist in a composite and the possibility to form an infinite crystalline cluster in the composit...
Saved in:
| Date: | 2007 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3142 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Особливості формування структури нанокомпозитів дигліцидилового етеру дифенілолпропану та глюкози / В.О. Віленський, В.О. Овсянкіна, Л.А. Гончаренко, Г.Я. Менжерес // Доповіді Національної академії наук України. — 2007. — № 9. — С. 110-116. — Бібліогр.: 14 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860236033626472448 |
|---|---|
| author | Віленський, В.О. Овсянкіна, В.О. Гончаренко, Л.А. Менжерес, Г.Я. |
| author_facet | Віленський, В.О. Овсянкіна, В.О. Гончаренко, Л.А. Менжерес, Г.Я. |
| citation_txt | Особливості формування структури нанокомпозитів дигліцидилового етеру дифенілолпропану та глюкози / В.О. Віленський, В.О. Овсянкіна, Л.А. Гончаренко, Г.Я. Менжерес // Доповіді Національної академії наук України. — 2007. — № 9. — С. 110-116. — Бібліогр.: 14 назв. — укp. |
| collection | DSpace DC |
| description | We have first studied the peculiarities of the structure of nanocomposites on the basis of epoxy resin and monohydrate D-glucose. It is shown that the narrow temperature interval for these compounds to coexist in a composite and the possibility to form an infinite crystalline cluster in the composition of polyepoxy impose the limitations on the structure of a nanocomposite and its chemical construction.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:24:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
9 • 2007
ХIМIЯ
УДК 678.5.664:541.64
© 2007
В.О. Вiленський, В. О. Овсянкiна, Л. А. Гончаренко,
Г.Я. Менжерес
Особливостi формування структури нанокомпозитiв
диглiцидилового етеру дифенiлолпропану та глюкози
(Представлено членом-кореспондентом НАН України Ю.Ю. Керчею)
We have first studied the peculiarities of the structure of nanocomposites on the basis of epoxy
resin and monohydrate D-glucose. It is shown that the narrow temperature interval for these
compounds to coexist in a composite and the possibility to form an infinite crystalline cluster
in the composition of polyepoxy impose the limitations on the structure of a nanocomposite and
its chemical construction.
Як вiдомо, синтез нових матерiалiв — енергоємний процес. Тому економiчно доцiльною
є модифiкацiя iснуючих широковживаних полiмерiв з урахуванням пiдвищених сучасних
вимог до полiмерних композитiв. До полiмерiв, що їх постiйно використовують як композит-
нi матрицi, належать полiепоксиди та їх олiгомери, якi за здатнiстю задовольняти вимоги
й запити сучасних технологiй поступаються лише полiолефiнам та деяким представникам
вiнiлових полiмерiв [1–3]. Намiри багатоцiльового використання епоксидних композицiйних
матерiалiв (ЕКМ) обумовлюють введення до їх складу домiшок, якi не лише покращують
тепло-, зносо- та хiмстiйкiсть, здатнiсть до захисту вiд проникного радiоактивного випро-
мiнювання, а й виконують роль структурних модифiкаторiв ЕКМ [4–8]. При цьому розмiр
частинок наповнювача не повинен перевищувати кiлькох нанометрiв, щоб отриманi мате-
рiали мали властивостi нанокомпозитiв, застосування яких на сьогоднi не має обмежень.
Дана робота є розвитком дослiджень структури та властивостей нанокомпозитiв епоксидної
смоли i D-глюкози [9], з якої зрозумiло, що створення такого матерiалу обмежене як темпе-
ратурним iнтервалом спiвiснування складникiв, так i формуванням кристалiчного кластеру
глюкози в просторi хiмiчної сiтки полiепоксиду.
Експериментальна частина. Для виконання роботи створено ЕКМ на основi диглi-
цидилового етеру дифенiлолпропану, отвердненого триетилентетрамiном (ТЕТА) у спiввiд-
ношеннi 1 : 0,18, i D-глюкози (глюкози моногiдрату) виробництва “CERESTAR Deutschland
GmBX” з розмiром частинок 5 · 10
−6 – 5 · 10
−5 м. Масова концентрацiя глюкози в складi
полiепоксиду становила 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30 i 50%. Докладно спосiб приготування ЕКМ
описано в роботi [9].
110 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №9
Рис. 1. Дифрактограми: а — великих кутiв розсiювання рентгенiвських променiв зразками глюкози, вiдпа-
леними при 75, 113 i 152 ◦С; б — ED-20 (1 ), глюкози (10 ) та композитiв з масовим вмiстом глюкози 0,5 (2 );
1 (3 ); 2 (4 ); 5 (5 ); 10 (6 ); 20 (7 ); 30 (8 ) i 50% (9 )
Зразки вихiдних складникiв i одержаних ЕКМ дослiджували методами розсiювання
рентгенiвського випромiнювання у великих кутах на установцi ДРОН-4–07 (СuKα
-випромi-
нювання монохроматизоване Ni-фiльтром), кривi дифракцiї нормували на коефiцiєнт по-
глинання i об’єм зразка. Питому теплоємнiсть дослiджували методом диференцiйної скану-
ючої калориметрiї в iнтервалi температур вiд 20 до 200 ◦С зi швидкiстю нагрiву 2 град/хв;
маса зразка 0,1 г. Структуру вихiдних сполук та отриманих композитiв дослiджували ме-
тодом FTIR-спектроскопiї на спектрофотометрi Tenzor-37 (Brucker, Germany, 2004). Експе-
риментальна похибка змiнювалася залежно вiд застосованого методу, але не перевищувала
2–3%.
Результати та їх обговорення. Вiдомо, що D-глюкоза є кристалiчною сполукою [10–
12], тому на початку дослiджень було необхiдно визначити, як впливає температура вiдпа-
лювання на сталiсть кристалiчної структури. На рис. 1, а наведено дифрактограми великих
кутiв глюкози, вiдпаленої у вакуумi при 75, 113 ◦С та 152 ◦С (вставка). Вибiр температур
вiдпалювання обумовлений тим, що на термограмi вихiдної глюкози (рис. 2, а) спостерi-
гаються три ендотермiчнi максимуми за таких температур. Наявнiсть переходiв спонукала
припустити iснування полiморфiзму кристалiтiв цiєї речовини. Проте, як видно з рис. 1,
кристалiчнi стани глюкози при 75 i 113 ◦С повнiстю збiгаються, а з дифрактограми зраз-
ка, вiдпаленого при 152 ◦С, можна зробити висновок, що даний стан кристалiчної струк-
тури глюкози є сумiшшю вихiдної та вiдмiнної кристалiчних сингонiй з максимумом при
2Θ = 17,5◦. Вiдсутнiсть чiтко виражених iнших максимумiв свiдчить про те, що структура
глюкози, вiдпаленої за даної температури, набуває низького ступеня кристалiчностi.
З наведених на рис. 1, б дифрактограм одержаних ЕКМ можна зробити такi висновки.
За визначенням, хiмiчна сiтка аморфна за структурою (крива 1 ), i такий стан структури
зберiгається до досягнення масової концентрацiї глюкози 2% у ЕКМ (крива 4 ). Iснуван-
ня в структурi хiмiчної сiтки окремої кристалiчної фази, частка якої, згiдно з [11], може
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №9 111
Рис. 2. Термограми: а — композитiв з масовим вмiстом глюкози 0 (1 ); 1 (2 ); 2 (3 ); 5 (4 ); 10 (5 ); 20 (6 ); 30 (7 )
i 50% (8 ). Вставка — термограма глюкози висушеної (1 ) та вологої (2 ); б — повторного запису композитiв
з масовим вмiстом глюкози 0 (1 ); 1 (2 ); 2 (3 ); 5 (4 ); 10 (5 ); 20 (6 ); 30 (7 ) i 50% (8 ); в — процесу, який
вiдбувається при квазiлiнiйному нагрiваннi еквiмольної сумiшi глюкози з ТЕТА
досягати 5%, виявляється на кривiй 5 появою дифракцiйного максимуму при 2Θ = 19
◦.
З кривих 6 – 9 (рис. 1, б ) можна зробити висновок, що в iнтервалi концентрацiй глюкози
10–50% вiдбувається злиття окремих включень кристалiчної фази i формується криста-
лiчна структура, яка по збiльшенню кiлькостi i iнтенсивностi рефлексiв наближається до
112 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №9
структури iндивiдуальної глюкози. Таким чином, можна припустити, що при масовiй кон-
центрацiї 50% глюкози у складi ЕКМ виникає нескiнченний кластер iз власною структурою,
як про це свiдчить порiвняння кутового положення основних рефлексiв структури вихiдної
глюкози та сформованої у складi ЕКМ (рис. 1, б ).
Наведенi результати узгоджуються з даними дослiджень питомої теплоємностi
(Cp, кДж/(кг·град)) вихiдних сполук та ЕКМ (рис. 2, а) та термограмами повторного
запису цих зразкiв (рис. 2, б ). З порiвняння вiдповiдних кривих видно, що релаксацiйнi
переходи у вихiдних ЕКМ в областi 20–60 ◦С при повторному запису зникають, тож їх
можна пояснити присутнiстю недоотвердненої фази епоксидної смоли, частка якої без до-
даткової термiчної дiї може досягати 20% [12]. Кристалiчна фаза глюкози в складi ЕКМ
зв’язана взаємодiєю її з реакцiйноздатними групами полiепоксидної матрицi i отвердника,
що пiдтверджується наведеними на рис. 2 термограмами i розрахунком теплового ефекту
фазового переходу кристал — рiдина [9].
Результати вiдпалювання ЕКМ та данi роботи [13] про те, що глюкоза може вступати
в реакцiю з cечовиною, гiдразидами i амiнами, спонукали провести модельнi дослiджен-
ня взаємодiї глюкози з ТЕТА у фiзичнiй сумiшi цих сполук за нормальних умов i пiс-
ля вiдпалювання при 70, 110 та 120 ◦С. На рис. 3 наведено IЧ-спектри вихiдних сполук
(кривi 1, 2 ) та їх еквiмольної фiзичної сумiшi за температури 22 ◦С (крива 3 ). Спектри
амiнiв детально описанi в лiтературi [14], тому крива 1 iдентифiкується без проблем: сму-
га при 1600 см−1 вiдповiдає деформацiйним коливанням NH2-груп, а в iнтервалi частот
3200–3500 см−1 лежить смуга коливань, обумовлена валентними коливаннями первинних
NH-груп. IЧ-спектр глюкози (крива 2 ) вiдповiдає наведеному в роботах [2, 3], тобто область
смуг поглинання 1210–1350 см−1 характеризує деформацiйнi коливання, а iнтенсивна смуга
в iнтервалi частот 3200–3600 см−1 — валентнi коливання OH-груп, пов’язаних водневими
зв’язками.
Крива 3 (рис. 3) вiдтворює спектр еквiмольної фiзичної сумiшi глюкози й ТЕТА i є,
як можна було очiкувати, до певної мiри суперпозицiєю кривих 1 i 2. У низькочастот-
нiй областi, “прозорiй” у спектрi амiну, виявляється смуга поглинання глюкози при час-
тотi 1040 см−1 та складна смуга, розщеплена на компоненти 1100 та 1130 см−1. У дiа-
пазонi iнтенсивних характеристичних смуг 1300–1600 см−1 присутнi смуги амiну 1330,
1480, 1605 см−1; спостерiгається незначний зсув смуги поглинання з частоти 1500 см−1
в низькочастотну область, а смуга деформацiйних коливань NH-груп ТЕТА в сумiшi зсу-
нута в область бiльших частот з 1600 до 1605 см−1. Цi змiни, на нашу думку, спричи-
ненi мiжмолекулярними взаємодiями реакцiйноздатних груп ТЕТА i глюкози [1]. У дiа-
пазонi валентних коливань OH-груп 3600–3200 см−1 у спектрi сумiшi спостерiгається
складна iнтенсивна смуга з максимумами при 3200, 3330 та 3450 см−1. З форми та
положення максимумiв можна зробити висновок, що всi ОН-групи охопленi водневими
зв’язками.
IЧ-спектри еквiмольної сумiшi, вiдпаленої протягом 1 год при 70, 110, 122 ◦С (кривi 4–6 ),
показують, що при 70 ◦С вiдбувається перерозподiл iнтенсивностi смуг поглинання в облас-
тях 1050–1130 та 1330–1605 см−1. Пiсля вiдпалювання сумiшi за вищих температур смуга
1605 см−1 (кривi 3, 5 ) змiщується у високочастотну область (1640 см−1) i з’являються новi
смуги (1240, 1585 см−1), вiдбувається перерозподiл iнтенсивностi смуг в дiапазонi частот
1300–1480 см−1. З аналiзу спектрiв та даних роботи [14] можна стверджувати, що в резуль-
татi вiдпалювання сумiшi утворюється угруповання RCNH2 (амiд I) iз частотою валентних
коливань 1640−1. Смуга 1585 см−1 є, на нашу думку, наслiдком взаємодiї груп R−OH та
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №9 113
Рис. 3. IЧ-спектри ТЕТА (1 ); глюкози (2 ); їх еквiмольної сумiшi вихiдної (3 ) та вiдпаленої при 70 ◦С (4 );
110 ◦С (5 ) i 122 ◦С (6 )
NH2R
′ (амiд II). Смуга 1240 см−1 (крива 6 ) нагадує смугу амiду III, яка в даному разi є ре-
зультатом взаємодiї груп R−COH та H2N−R
′, тож спектр, отриманий пiсля вiдпалювання
сумiшi при 122 ◦С, властивий спектрам полiамiдiв i полiiмiдiв. Цi результати показують,
114 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №9
Рис. 4. Залежнiсть втрати маси зразками ЕКМ вiд концентрацiї глюкози
що термiчний вплив на структуру нанокомпозитiв даного складу обмежений температурою
70 ◦С, вище вiд якої змiнюється хiмiчна будова тривимiрної сiтки полiепоксиду, що є однiєю
з причин зникнення фазових переходiв глюкози у вiдпалених зразках (рис. 2, б ).
З метою дослiдження особливостей перебiгу реакцiї мiж спиртовими та амiнними гру-
пами у складi компонентiв була записана термограма лiнiйного нагрiвання їх еквiмоль-
ної сумiшi. Рис. 2, в дозволяє видiлити щонайменше чотири областi змiни температур-
ної залежностi Cp: в iнтервалi температур 55–82 ◦С (I) вiдбувається незначне зростання
теплоємностi сумiшi. При 85 ◦С (II) починається каталiзована температурою ендотермiч-
на реакцiя RCH2−OH + H2N−CH2R
′
→ RCH2NHCH2R
′′
+ H2O. Тепловий ефект проце-
су руйнування зв’язку RCH2−OH становить 0,056 кДж/кг, а утворення глюкозоетилiмiду
(III) — 0,17 кДж/кг. В областi температур 122–150 ◦С (IV) теплоємнiсть нової сполуки
вирiвнюється.
Зрозумiло, що в цьому процесi частина наномiрного наповнювача може приєднатися до
полiмерної матрицi, тому актуальною є оцiнка можливостi видалення водорозчинного ком-
понента. У зв’язку з цим було дослiджено залежнiсть мiж ступенем наповнення i здатнiстю
видалення глюкози з композита через вiдмивання зразкiв у приладi Сокслета. Криву втра-
ти маси (рис. 4) також можна подiлити на три областi: при концентрацiї до 10% (I), як було
зазначено вище, частинки глюкози диспергованi у хiмiчно зшитiй сiтцi полiепоксидної мат-
рицi. У такому станi вона не видаляється з матрицi, але може поглинати молекули води,
що надходять до неї по дефектах матрицi, чим i пояснюється незначне збiльшення маси
зразкiв. Агрегацiя частинок глюкози в хiмiчнiй сiтцi приводить до формування мiкрооб-
ластей, здатних, як видно з рисунка, видалятися з матрицi у виглядi водного розчину (II).
Сталiсть величини втрати маси в iнтервалi концентрацiй 30–50% пiдтверджує висновок про
формування неперервного кластеру глюкози в матрицi полiепоксиду.
Таким чином, показано можливiсть створення нанокомпозитiв з метою надання полi-
епоксиднiй матрицi сорбцiйних або мембранних властивостей. Проведенi дослiдження по-
казали, як можна уникнути проблем, обумовлених температурними та концентрацiйними
обмеженнями спiвiснування реакцiйноздатних складникiв, один з яких може формувати
кристалiчний кластер у хiмiчнiй сiтцi, що приводить до руйнування матричної структури
композита.
1. Rennenberg H., Schneider W. Plastics for chemical engineering materials, construction, welding technolo-
gies, quality control. – Düsseldorf: Verlag für Schweißen und Verwandte Verfahren. – 1998. – 396 p.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №9 115
2. Wang C.-S., Lee M.-C. Multifunction naphtalene containing epoxy resins and their modification by hydrosi-
lation for electronic application // Polym. Bull. – 1998. – 40, No 6. – P. 623–630.
3. Froböse R.A. Swiss robotic arm for space applications made of a carbon fibre / epoxy composite material //
Kunstst. – Synth. – 1998. – No 6. – P. 22–23.
4. Sprenger S., Utz R. Halogen-free and flame-resistant // Adhaesion – Kleben Di-chten. – 1998. – 42, No 9. –
P. 33–36.
5. Twardowski T.E., Geil P. H. A highly fluorinated epoxy resin. III. Behavior in composite and fiber-coating
applications // J. Appl. Polym. Sci. – 1991. – 42, No 6. – P. 1721–1726.
6. Chen T., Li H., Gao Y., Zhang M. Study on epoxy resins modified by polycarbonate polyurethanes //
J. Appl. Polymer Sci. – 1998. – 65, No 5. – P. 887–893.
7. Lopez J., Gisbert S., Ferrandiz S. et al. Modification of еpoxy resins by the addition of PVC plastizols //
J. Appl. Polym. Sci. – 1998. – 67, No 10. – P. 1769–1777.
8. Buckingham M.R., Lindsay A. J., Stevenson D.E., Muller G. Synthesis and formulation of novel phosphori-
nated flame retardant curatives for thermoset resins // Polym. Degrad. Stabil. – 1996. – 54, No 2. – /3. –
P. 311–315.
9. Вiленський В.О., Овсянкiна В.О., Гончаренко Л.А. Дослiдження структури та властивостей компо-
зитiв на основi диглiцидилового ефiру бiс фенолу А та моногiдрату декстрози // Полiмер. журн. –
2006. – 28, № 2. – С. 133–140.
10. Strümpler R., Maidorn G., Garbin A. et al. Electro-mechanical properties of conductive epoxy composi-
tes // Polymer. – Pоlymer Comp. – 1996. – 4, No 5. – P. 299–304.
11. Чернин И.З., Смехов Ф.М., Жердев Ю.В. Эпоксидные полимеры и композиции. – Москва: Химия,
1982. – 232 с.
12. Polymer Handbook / Ed. by J. Brandrup and E.H. Immergut. – New York: Wiley, 1996.
13. Бессонов М.И., Смирнова В. Е. О связи между плотностями полимеров в аморфном и кристалличе-
ском состояниях // Высокомолек. cоединения. Сер. Б. – 1971. – 13, № 5. – С. 352–354.
14. Сидякин П.В. ИК-спектроскопическое исследование процесса отвердения эпоксидов аминами // Там
же. Сер. А. – 1972. – 14, № 5. – С. 979–987.
Надiйшло до редакцiї 26.02.2007Iнститут хiмiї високомолекулярних сполук
НАН України, Київ
116 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №9
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-3142 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:24:01Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Віленський, В.О. Овсянкіна, В.О. Гончаренко, Л.А. Менжерес, Г.Я. 2009-07-01T09:54:01Z 2009-07-01T09:54:01Z 2007 Особливості формування структури нанокомпозитів дигліцидилового етеру дифенілолпропану та глюкози / В.О. Віленський, В.О. Овсянкіна, Л.А. Гончаренко, Г.Я. Менжерес // Доповіді Національної академії наук України. — 2007. — № 9. — С. 110-116. — Бібліогр.: 14 назв. — укp. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3142 678.5.664:541.64 We have first studied the peculiarities of the structure of nanocomposites on the basis of epoxy resin and monohydrate D-glucose. It is shown that the narrow temperature interval for these compounds to coexist in a composite and the possibility to form an infinite crystalline cluster in the composition of polyepoxy impose the limitations on the structure of a nanocomposite and its chemical construction. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Хімія Особливості формування структури нанокомпозитів дигліцидилового етеру дифенілолпропану та глюкози Article published earlier |
| spellingShingle | Особливості формування структури нанокомпозитів дигліцидилового етеру дифенілолпропану та глюкози Віленський, В.О. Овсянкіна, В.О. Гончаренко, Л.А. Менжерес, Г.Я. Хімія |
| title | Особливості формування структури нанокомпозитів дигліцидилового етеру дифенілолпропану та глюкози |
| title_full | Особливості формування структури нанокомпозитів дигліцидилового етеру дифенілолпропану та глюкози |
| title_fullStr | Особливості формування структури нанокомпозитів дигліцидилового етеру дифенілолпропану та глюкози |
| title_full_unstemmed | Особливості формування структури нанокомпозитів дигліцидилового етеру дифенілолпропану та глюкози |
| title_short | Особливості формування структури нанокомпозитів дигліцидилового етеру дифенілолпропану та глюкози |
| title_sort | особливості формування структури нанокомпозитів дигліцидилового етеру дифенілолпропану та глюкози |
| topic | Хімія |
| topic_facet | Хімія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3142 |
| work_keys_str_mv | AT vílensʹkiivo osoblivostíformuvannâstrukturinanokompozitívdiglícidilovogoeterudifenílolpropanutaglûkozi AT ovsânkínavo osoblivostíformuvannâstrukturinanokompozitívdiglícidilovogoeterudifenílolpropanutaglûkozi AT gončarenkola osoblivostíformuvannâstrukturinanokompozitívdiglícidilovogoeterudifenílolpropanutaglûkozi AT menžeresgâ osoblivostíformuvannâstrukturinanokompozitívdiglícidilovogoeterudifenílolpropanutaglûkozi |