НАНОЧАСТИЦЫ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ – ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ МОДИФИКАТОРЫ ПЭТ
Аннотация
Наночастицы TiO2 и ZnO вводились в полиэтилентерефталат (ПЭТ) на стадии синтеза полимера, в виде суспензии в этиленгликоле – одном из двух мономеров. Синтез осуществлялся на лабораторной установке, моделирующей технологию производства ПЭТ на ОАО «Могилевхимволокно». Наночастицы в суспензии порциями дозировались в реакционную смесь в сверхмалых количествах: 0,005 мас.%; 0,01 мас.%; 0,015 мас.%; 0,020 мас.%. Это позволило распределить их равномерно вдоль растущих макромолекул. Образцы получились в виде прутков затвердевшего расплава, вытекавшего из калиброванного отверстия в днище реактора. Прутки измельчались на грануляторе длинной ±2 мм, затем сушились под вакуумом (55 мм рт. ст.) и при температуре 160 °С в течение 12 ч. Высушенные образцы расплавлялись в аппарате ИРТ XNR-400 при температуре 270 °С под давлением массы штока 325 г и вытекали из калибровочного отверстия диаметром 2 мм, затвердевали в виде мононитей, которые затем подвергались термовытяжке на каландре при 80 ºС до кратности вытягивания 4,5 под фиксированным натяжением. Полученные мононити с диаметром 0,08-0,09 мм подвергались испытаниям на деформационно-прочностные свойства и устойчивость к горению. Установлено существенное упрочнение мононитей при наномодификации: на 35% наночастицами TiO2 и на 22% наночастицами ZnO (при оптимальном их содержании 0,015 мас.%), а также значительное замедление горения образцов: с 20 с до 1 с до момента самозатухания. Такое улучшение важнейших эксплуатационных свойств нитей ПЭТ имеет важное практическое значение, т.к. возрастание себестоимости нитей ПЭТ незначительное из-за сверхмалых количеств (0,015 мас.%) наночастиц. Предложена гипотеза, объясняющая действие наночастиц на свойства ПЭТ.
Для цитирования:
Прокопчук Н.Р., Ленартович Л.А., Вишневская Т.А., Хотько А.Н. Наночастицы оксидов металлов – высокоэффективные модификаторы ПЭТ. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 3. С. 104-112. DOI: 10.6060/ivkkt.20256803.7122.
Литература
Mohajerani A., Burnett L., Smith V.J., Kurmus H., Milas J. Nanoparticles in construction materials and other applications, and implications of nanoparticle use. Materials. 2019. V. 12. P. 2–25. DOI: 10.3390/ma12193052.
Prokopchuk N.R., Globa A.I., Laptik I.O., Syrkov A.G. The properties of metal coatings enhanced with diamond nanoparticles. Tsvetnye Metally. 2021. V. 6. P. 50–54 (in Russian). DOI: 10.17580/tsm.2021.06.07.
Prokopchuk N.R., Syrkov A.G., Klyuev A.Yu., Laptik I.O. Modification of the model compound with nanodiamond particles for precise investment casting of metal articles. Tsvetnye Metally. 2022. V. 6. P. 59–63 (in Russian). DOI: 10.17580/tsm.2022.06.07.
Zhang C.H., Huang Y.D., Yuan W.J., Zhang J.N. UV aging resistance properties of PBO fiber coated with nano-ZnO hybrid sizing. J. Appl. Polym. Sci. 2015. V. 120. P. 2468–2476. DOI: 10.1002/app.33461.
Manna J., Begum G., Kumar K.P., Misra S., Rana R.K. Enabling antibacterial coating via bioinspired mineralization of nanostructured ZnO on fabrics under mild conditions. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2013. V. 5. P. 4457–4463. DOI: 10.1021/am400933n.
Threepopnatkula P., Wongnarata C., Intoloa W., Suatoa S., Kulsetthanchalee C. Effect of TiO2 and ZnO on thin film properties of PET/PBS blend for food packaging applications. Energy Procedia. 2014. V. 56. P. 102–111. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.07.137.
Amani A., Montazer M., Mahmoudirad M. Low starch/corn silk/ZnO as environmentally friendly nanocom-posites assembling on PET fabrics. Int. J. Biolog. Macromol. 2021. V. 170. P. 780–792. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.12.168.
Erzunov K.A., Odintsova O.I., Tregubov A.V., Ilyicheva M.D., Lipina A.A. The obtaining nanosized zinc-containing functional coatings on textile materials. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 9. P. 89-95. DOI: 10.6060/ivkkt.20236609.6825.
Thi Lan Pham, Thi Ngoan Nguyen, Van Cuong Bui, Anh Son Nguyen, Trong Hien Dao, Thi Thuy Nguyen, Thi My Hanh Le, Minh Ngoc Nguyen, Phuong Lan Vu, Dai Lam Tran. Synthesis and study of Ag-TiO2 nanoparti-cles for application in self-cleaning fabrics. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 1. P. 128-135. DOI: 10.6060/ivkkt.20246701.6962.
Mishraa T., Mandal P., Kumar A.R., Sahooc D. A state-of-theart review on potential applications of natural fiber-reinforced polymer composite filled with inorganic nanoparticle. Compos. Pt. C. 2022. V. 9. P. 100298. DOI: 10.1016/ j.jcomc.2022.100298.
Ribeiro L.N., Fonseca A.C.S., Silva E., Oliveira D.S.E., Ribeiro T.S.A. Residue-based TiO2/PET photocatalytic films for the degradation of textile dyes: A step in the devel-opment of green monolith reactors. Chem. Eng. Proc. 2019. V. 147. P. 107792. DOI: 10.1016/j.cep.2019.107792.
Wattanawikkama C., Pecharapa W. Structural studies and photocatalytic properties of Mn and Zn co-doping on TiO2 prepared by single step sonochemical method. Radiat. Phys. Chem. 2020. V. 171. P. 108714. DOI: 10.1016/j.radphyschem. 2020.108714.
Anirudhan T.S., Christa J., Shainy F. Magnetic titanium dioxide embedded molecularly imprinted polymer nanocom-posite for the degradation of diuron under visible light. React. Funct. Polym. 2020. V. 152. P. 104597. DOI: 10.1016/j.reactfunctpolym.2020.104597.
Reda S.M., Khairy M., Mousa M.A. Photocatalytic activity of nitrogen and copper doped TiO2 nanoparticles prepared by microwave-assisted solgel process. Arab. J. Chem. 2020. V. 13. N 1. P. 86–95. DOI: 10.1016/j.arabjc.2017.02.002.
Ahadi S., Moalej N.S., Sheibani S. Characteristics and photocatalytic behavior of Fe and Cu doped TiO2 prepared by combined solgel and mechanical alloying. Solid State Sci. 2019. V. 96. P. 105975. DOI: 10.1016/j.solidstatesciences. 2019.105975.
Akhtera P., Nawaza S., Shafiq I., Nazir A., Shafique S. Efficient visible light assisted photocatalysis using ZnO/TiO2 nanocomposites. Molec. Catal. 2023. V. 535. P. 112896. DOI: 10.1016/j.mcat.2022.112896.
Bhargav M., Babu V.S. Experimental investigation of fiber orientation effect on mechanical and erosive wear performance of TiO2 filled woven jute fiber based epoxy compo-sites. Materials Today: Proceedings. 2021. V. 44. P. 2617–2622. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.12.660.
Mishraa T., Mandal P., Kumar A. R., Sahooc D. A state-of-theart review on potential applications of natural fiberreinforced polymer composite filled with inorganic nanoparticle. Composites Part C. 2022. V. 9. P. 100298. DOI: 10.1016/j.jcomc.2022.100298.
Hunain B.M., Abass B.A., Akhudair J.M. Experimental and numerical studies of fatigue properties of carbon/glass fiber/epoxy hybrid composites enhanced with nano TiO2 powder. Diagnostics. 2021. V. 22. N 2. P. 75–84. DOI: 10.29354/diag/135146.
Ponnamma D., Cabibihan J.-J., Rajan M., Pethaiah S., Deshmukh K. Synthesis, optimization and applications of ZnO/polymer nanocomposites. Mater. Sci. Eng.: C. 2019. V. 98. P. 1210–1240. DOI: 10.1016/j.msec.2019.01.081.
Rashid M.M., Simončič B., Tomšič B. Recent advances in TiO2-functionalized textile surfaces. Surf. Interfaces. 2021. V. 22. P. 100890. DOI: 10.1016/j.surfin.2020.100890.
Prokopchuk N.R., Lubimov A.G., Vishnevskaya T.A., Mozheyko Yu.M., Crawclis A.V. Strengthening of pet fil-aments with carbon nanotubes. Polymer. Mater. Tekhnol. 2020. V. 6. N 4. P. 30–36. DOI: 10.32864/polymmattech-2020~6-4-30-36.
Emanuel' N.M., Buchachenko A.L. Some Problems of the Chemical Physics of the Ageing and Stabilisation of Polymers. Russ. Chem. Rev. 1979. V. 48. Iss. 12. P. 1139–1167. DOI: 10.1070/rc1979v048n12abeh002434.
Regel' V.R., Slutsker A.I., Tomashevskiĭ É.E. The kinetic nature of the strength of solids. M.: Nauka. 1974. 560 p. DOI: 10.1070/PU1972v015n01ABEH004945.
Prokopchuk N.R., Lenartovich L.A., Vishnevskaya T.A., Mozheyko Yu.M. Slowing combustion and strength-ening pet with titanium dioxide nanoparticles. Polymernie materialy i tekhnologii 2022. V. 8. N 4. P. 63–68 (in Russian). DOI: 10.32864/polymmattech-2022-8-4-63-68.
