RU2505379C1 - Production method of nanopowder of zinc oxide with surface modification for use in building sealers - Google Patents
Production method of nanopowder of zinc oxide with surface modification for use in building sealers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2505379C1 RU2505379C1 RU2012146242/02A RU2012146242A RU2505379C1 RU 2505379 C1 RU2505379 C1 RU 2505379C1 RU 2012146242/02 A RU2012146242/02 A RU 2012146242/02A RU 2012146242 A RU2012146242 A RU 2012146242A RU 2505379 C1 RU2505379 C1 RU 2505379C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zinc oxide
- nanopowder
- building
- sealers
- polymer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение относится к области создания нанодисперсных порошков на основе оксида цинка, используемых в качестве наполнителей для улучшения эксплуатационных характеристик различных видов герметизирующих полимерных материалов, используемых в строительстве.This invention relates to the field of creating nanosized powders based on zinc oxide, used as fillers to improve the performance of various types of sealing polymer materials used in construction.
Известен способ применения ультрадисперсных керамических порошков при модификации политетрафторэтилена. (патент РФ №2160697, МПК C08J 5/16, приоритет 20.12.1997 г.). Интересен процесс измельчения материала и нанесение его на поверхности вращения, однако, разработка не предполагает создания модифицирующего покрытия на их поверхности.A known method of using ultrafine ceramic powders in the modification of polytetrafluoroethylene. (RF patent No. 2160697, IPC C08J 5/16, priority December 20, 1997). The process of grinding the material and applying it on the surface of revolution is interesting, however, the development does not imply the creation of a modifying coating on their surface.
Предлагается также способ управления формой синтезируемых частиц (патент РФ №2179270, МПК B22F 9/30, приоритет 11.09.1998 г.) и устройств, содержащих ориентированные анизотропнве структуры и частицы наноструктуры. В способе обеспечены возможности управления размерами наночастиц и получение протяженных линейных наноструктур. Интересен подход в организации метода управления процессом изменения размеров наноструктур. Однако данные по возможности модифицирования поверхности наноструктурных неорганических компонентов в разработке не оговариваются.A method is also proposed for controlling the shape of synthesized particles (RF patent No. 2179270, IPC B22F 9/30, priority 11.09.1998) and devices containing oriented anisotropic structures and nanostructure particles. The method provides the ability to control the size of the nanoparticles and obtain extended linear nanostructures. An interesting approach is to organize a method for controlling the process of changing the size of nanostructures. However, data on the possibility of surface modification of nanostructured inorganic components are not specified in the development.
В частности, известен способ получения наноразмерных наполнителей, применяемых для создания композитов с функциональными свойствами, предусматривающий измельчение фракции слоистых минералов и воздействие термическим ударом с заданным градиентом температур (патент РФ №2269554, МПК C09C 03/04, приоритет 13.07.2004 г.), в результате чего можно получить дисперсные порошки с размерностью не более 100 нм. Интерес представляет процесс измельчения мелкодисперсных наполнителей. К недостатком прототипа относится отсутствие возможности нанесения наноразмерных полимерных покрытий на поверхность наполнителя в процессе его получения.In particular, there is a known method for producing nanoscale fillers used to create composites with functional properties, which includes grinding the fraction of layered minerals and exposure to thermal shock with a given temperature gradient (RF patent No. 2269554, IPC C09C 03/04, priority 13.07.2004), as a result, it is possible to obtain dispersed powders with a dimension of not more than 100 nm. Of interest is the process of grinding finely divided fillers. The disadvantage of the prototype is the lack of the possibility of applying nanosized polymer coatings on the surface of the filler in the process of its preparation.
Авторская разработка по патенту РФ №2179270, МПК F16C 33/14 касается способа формирования покрытия на трущихся поверхностях путем измельчения исходной смеси минералов с добавлением ПАВ и получением твердосмазочной композиции, которую затем подвергают механоактивации со связующим и размещением полученного состава между трущимися поверхностями. Способ характеризуется возможностью нанесения покрытия на поверхность неорганического покрытия, однако, при этом отсутствует возможность управления толщиной наносимого покрытия.The author's development according to the patent of the Russian Federation No. 2179270, IPC F16C 33/14 relates to a method of forming a coating on rubbing surfaces by grinding the initial mixture of minerals with the addition of a surfactant and obtaining a solid lubricant composition, which is then subjected to mechanical activation with a binder and placing the resulting composition between the rubbing surfaces. The method is characterized by the possibility of coating the surface of the inorganic coating, however, it is not possible to control the thickness of the applied coating.
Способ получения композиционного материала, содержащего наночастицы металла, диспергированные в полимерной матрице (патент Франции 2850661, приоритет 04.02.2003), предусматривает получение указанных наночастиц, их введение в мономеры после обработки соответствующими веществами, эмульгирования полученной органической суспензии в воде и полимеризации полученной эмульсии. Представляет интерес прием обработки полимерного материала для получения равномерного распределения компонентов в среде матрицы, однако, ограничением технологии является возможность получения только металлических наночастиц.A method of obtaining a composite material containing metal nanoparticles dispersed in a polymer matrix (French patent 2850661, priority 04.02.2003), provides for the preparation of these nanoparticles, their introduction into the monomers after treatment with the appropriate substances, emulsification of the obtained organic suspension in water and polymerization of the emulsion obtained. Of interest is the method of processing a polymer material to obtain a uniform distribution of components in the matrix medium, however, a limitation of the technology is the possibility of producing only metallic nanoparticles.
В данном изобретении предложен материал являющийся наноструктурным порошковым наполнителем на основе оксида цинка для строительных герметиков, существенно улучшающий механические характеристики.The present invention proposed a material that is a nanostructured powder filler based on zinc oxide for building sealants, significantly improving the mechanical characteristics.
Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа получения материала наполнителей для герметиков, заключается в повышении равномерности распределения наполнителя по объему герметика и повышения модуля упругости при сохранении высокой деформируемости.A new technical result achieved by using the proposed method for producing filler material for sealants is to increase the uniformity of the filler distribution over the volume of the sealant and increase the elastic modulus while maintaining high deformability.
Для получения предлагаемого материала используют метод осаждения щелочью из растворов солей металлов с последующими обработкой в разбавленном растворе полимера в неполярном растворителе и термической обработкой для полимеризации полученного покрытия. В отличие от известных способов получения наноразмерных наполнителей не требуется проведением совместной механоактивационной обработки керамического и полимерного материала.To obtain the proposed material using the method of deposition of alkali from solutions of metal salts, followed by treatment in a dilute solution of the polymer in a non-polar solvent and heat treatment to polymerize the resulting coating. In contrast to the known methods for producing nanosized fillers, it is not required to carry out joint mechanical activation treatment of ceramic and polymer material.
Способ получения наноразмерного наполнителя из оксида цинка поясняется следующим образом. Исходные растворы хлорида цинка и щелочи смешивают в реакционном сосуде, поддерживая постоянное значение pН раствора. При этом в объеме Раствора происходит химическая реакция, сопровождаемая образованием наноразмерных частиц нерастоворимого гидроксида цинка по реакцииA method of obtaining a nanoscale filler from zinc oxide is illustrated as follows. The initial solutions of zinc chloride and alkali are mixed in the reaction vessel, maintaining a constant pH of the solution. In this case, a chemical reaction occurs in the volume of the Solution, accompanied by the formation of nanosized particles of insoluble zinc hydroxide by the reaction
ZnO:ZnCl4+4NaOH+Zn(OH)2↓+4NaCl.ZnO: ZnCl 4 + 4NaOH + Zn (OH) 2 ↓ + 4NaCl.
Полученный таким образом осадок отмываются от анионов методами декантации, центрифугирования, промывной фильтрации и другими необходимым количеством воды. После полной отмывки от анионов полученную суспензию отмывают от воды в каком-либо полярном или неполярном органическим растворителе в зависимости от того, нанесение какого типа полимерного покрытия будет осуществляться. Последнюю промывку в неполярном растворителе проводят в присутствии заданного растворенного количества полимерного материала, предназначенного для модифицирования поверхности наноразмерного наполнителя. При этом происходит процесс химической и физической адсорбции добавки на поверхности наночастиц гидроксида металла. После этого проводят отделение полученного модифицированного нанопорошка гидроксида металла на фильтре или центрифуге. Затем проводят сушку осадка на воздухе при температуре от 50 до 150°С в зависимости от типа материала. В процессе сушки происходит удаление адсорбированной воды и дегидратация гидроксида металла по реакции по реакции:The precipitate thus obtained is washed from the anions by decantation, centrifugation, washing filtration and other necessary amounts of water. After complete washing from the anions, the suspension obtained is washed from water in a polar or non-polar organic solvent, depending on what type of polymer coating will be applied. The last washing in a non-polar solvent is carried out in the presence of a given dissolved amount of polymer material, intended to modify the surface of the nanoscale filler. In this case, the process of chemical and physical adsorption of the additive on the surface of the metal hydroxide nanoparticles takes place. After that, the obtained modified nanopowder of metal hydroxide is separated on a filter or centrifuge. Then the precipitate is dried in air at a temperature of from 50 to 150 ° C, depending on the type of material. In the drying process, adsorbed water is removed and the metal hydroxide is dehydrated by the reaction according to the reaction:
Процесс сушки гидроксида и его разложения до оксида можно представить следующей схемой: изацию последних можно представить как последовательность превращений:The process of drying the hydroxide and its decomposition to oxide can be represented by the following scheme: an analysis of the latter can be represented as a sequence of transformations:
где Mep(OH)n - гидроксид; MexOy - оксид; H2Oд - вода, выделяющаяся при дегидратации.where Me p (OH) n is hydroxide; Me x O y - oxide; H 2 O d - water released during dehydration.
Процесс удаления воды при повышенной температуре происходит параллельно с полимеризацией модифицирующего покрытия. Толщина полимерного покрытия будет определяться количеством и концентрацией модифицирующего компонента на последней стадии обработки. В качестве полимера для создания покрытия предложено использовать кремнеорганические соединения - силаны.The process of water removal at elevated temperature occurs in parallel with the polymerization of the modifying coating. The thickness of the polymer coating will be determined by the amount and concentration of the modifying component at the last stage of processing. It is proposed to use organosilicon compounds - silanes as a polymer for creating a coating.
Структурная схема молекулы кремнеорганического соединения (силана), находящегося на поверхности керамической частицы, представлена на фиг.1.The structural diagram of a molecule of organosilicon compounds (silanes) located on the surface of a ceramic particle is presented in figure 1.
Атом кремния находится в центре молекулы силана, содержит органическую функциональную группу R (например, амино-, винил-, хлоро-, эпокси-) и неорганическую (X) (метокси-, этокси-). Функциональная группа R прикрепляется к органической смоле, в то время как функциональная группа (X) прикрепляется к неорганическому материалу, например, частицы керамического наполнителя. В результате органический материал и неорганический материал плотно связываются вместе после нагревания до температур 80-120°С.The silicon atom is located in the center of the silane molecule, contains an organic functional group R (for example, amino, vinyl, chloro, epoxy) and inorganic (X) (methoxy, ethoxy). The functional group R is attached to an organic resin, while the functional group (X) is attached to an inorganic material, for example, particles of a ceramic filler. As a result, the organic material and inorganic material tightly bind together after heating to temperatures of 80-120 ° C.
Необходимо отметить, что молекулы силанов способны закрепляться на поверхности только в качестве мономолекулярного слоя. Поэтому для расчета необходимого количества модифицирующего компонента может быть использована следующая формула:It should be noted that silane molecules are able to attach to the surface only as a monomolecular layer. Therefore, to calculate the required amount of modifying component, the following formula can be used:
Количество силана={количество наполнителя * величина удельной поверхности керамического наполнителя} / {площадь молекулы силана}.Silane amount = {filler amount * specific surface area of ceramic filler} / {silane molecule area}.
В процессе сушки частиц гидроксида происходит выделение паров воды в результате удаления структурной и адсорбированной воды и превращения гидроксида металла в оксид. Алкогруппы силанов реагируют с водой и формируют ковалентные связи при дегидратации и конденсации.In the process of drying hydroxide particles, water vapor is released as a result of the removal of structural and adsorbed water and the conversion of metal hydroxide to oxide. Silane alcohol groups react with water and form covalent bonds during dehydration and condensation.
В проведенной работе в качестве модификатора поверхности нанодисперсных оксидов цинка был использован идин из наиболее доступных видов силанов - аминопропилтриэтоксисилан со структурной формулой:In this work, an idin of the most accessible types of silanes, aminopropyltriethoxysilane with the structural formula, was used as a surface modifier for nanosized zinc oxides:
Свойства полученных модифицированных нанодисперсных материалов будут определяться с одной стороны степенью дисперсности, с другой стороны толщиной и составом полимерной оболочки. Дисперсность (размер частиц) материала может быть определена методами микроскопии, низкотемпературной адсорбции азота, а состав полимерного и степень полимерации полимерного покрытия спектрометрическими методами, в частности, методами инфракрасной спектрометрии.The properties of the obtained modified nanodispersed materials will be determined on the one hand by the degree of dispersion, on the other hand, by the thickness and composition of the polymer shell. The dispersion (particle size) of the material can be determined by microscopy, low-temperature nitrogen adsorption, and the composition of the polymer and the degree of polymerisation of the polymer coating by spectrometric methods, in particular, infrared spectrometry.
Исследования показали, путем изменения условий получения нанодисперсных материалов, таких как скорость подачи растворов, температура, уровень pН позволяют контролировать форму и размер частиц получаемых наполнителей на основе оксида цинка.Studies have shown that by changing the conditions for obtaining nanodispersed materials, such as the feed rate of solutions, temperature, and the level of pH, the shape and particle size of the resulting fillers based on zinc oxide can be controlled.
Экспериментальные исследования показали высокую эффективность предлагаемого способа для получения различных нанодисперсных модифицированных наполнителей для полимеров. Использование предлагаемой технологии позволяет существенно снизить затраты на процесс их производства, поскольку процессы их получения осуществляются при низких температурах, не требуется проведения механической активации смесей и использования специального оборудования. С другой стороны получаемые материалы благодаря наличию на поверхности модифицирующего слоя характеризуются набором полезных характеристик, которые позволяют их эффективное использование для повышения эксплутационных характеристик полимерных материалов и изделий.Experimental studies have shown the high efficiency of the proposed method for producing various nanodispersed modified fillers for polymers. Using the proposed technology can significantly reduce the cost of the production process, since the processes of their production are carried out at low temperatures, it is not necessary to conduct mechanical activation of mixtures and the use of special equipment. On the other hand, the materials obtained due to the presence of a modifying layer on the surface are characterized by a set of useful characteristics that allow their effective use to increase the operational characteristics of polymeric materials and products.
Возможность промышленной применимости предлагаемого способа и полученых с его использованием материалов подтверждается следующими примерами реализации.The possibility of industrial applicability of the proposed method and the materials obtained with its use is confirmed by the following implementation examples.
ПримерExample
Получение осадков гидроксидов цинка проводили из растворов соответствующих солей щелочью. Сущность методики заключается в следующем: растворы солей подаются в реакционную емкость перистальтическими насосами, которые управляются обеспечивающей постоянство pН реакционной среды системой, включающей pН-метр и систему контроля питания перистальтических насосов. При отклонении значения pН подача реагента автоматически преращается. Из другой емкости подавался раствор щелочи. При этом в реакционном сосуде протекают следующие реакции:Obtaining precipitation of zinc hydroxides was carried out from solutions of the corresponding salts with alkali. The essence of the method is as follows: salt solutions are fed into the reaction vessel by peristaltic pumps, which are controlled by a system ensuring a constant pH of the reaction medium, including a pH meter and a power control system for peristaltic pumps. If the pH value deviates, the reagent supply automatically turns off. An alkali solution was supplied from another vessel. In this case, the following reactions proceed in the reaction vessel:
ZnO:ZnCl4+4NaOH=Zn(OH)2↓+4NaCl.ZnO: ZnCl 4 + 4NaOH = Zn (OH) 2 ↓ + 4NaCl.
Микрофотографии нанодисперсных наполнителей на основе ZnO представлены на фиг.2. Микрофотографии позволяют сделать вывод, что их размер не превышает 100 нм. Полученные данные по оксиду цинка не противоречат результатам анализа удельной поверхности, представленным в таблице 1. Форма частиц близка к сферической, что указывает на применимость допущений, сделанных при оценке среднего размера частиц по низкотемпературной адсорбции азота. По одной из разработанных методик в качестве материала для модифицирования поверхности использовались кремнийорганические соединения (силаны). Полученные образцы модифицированных нанодисперсных наполнителей были предназначены для повышения эксплуатационных характеристик строительных герметиков на основе тиокола.Microphotographs of nanodispersed fillers based on ZnO are presented in figure 2. Microphotographs allow us to conclude that their size does not exceed 100 nm. The obtained data on zinc oxide do not contradict the results of the specific surface analysis presented in Table 1. The particle shape is close to spherical, which indicates the applicability of the assumptions made when estimating the average particle size from low-temperature nitrogen adsorption. According to one of the developed methods, organosilicon compounds (silanes) were used as a material for surface modification. The obtained samples of modified nanodispersed fillers were intended to improve the operational characteristics of thiocol-based building sealants.
Как видно из таблицы 1, модифицированный образец оксида цинка характеризуется несколько большим значением величины удельной поверхности по сравнению с исходным нанопорошком. Такое изменение свойств вполне характерно при обработке нанопорошков силанами, так как позволяет стабилизировать дисперсную систему и помешать агрегированию частиц.As can be seen from table 1, the modified zinc oxide sample is characterized by a slightly larger value of the specific surface area in comparison with the initial nanopowder. Such a change in properties is quite typical during the treatment of nanopowders with silanes, since it allows one to stabilize the disperse system and prevent particle aggregation.
Для нанесения модифицирующих покрытий на наночастицы окисдов цинка и использовались 0.2% (масс.) растворы аминопропилтриэтоксисилана в этаноле. Расход модификатора составлял составлял 3 грамма на 100 грамм нанопорошка, что, согласно данным анализа удельной поверхности материалов и проведенным расчетам, соответсвовало формированию монослоя модификатора на поверхности каждой частицы. В емкость с раствором силана в этаноле при непрерывном помешивании добавляли предварительно отмытые в спирте нанопорошки гидроксида цинка. Затем в течении 10 минут проводили обработку растворов с наполнителями с использованием ультразвукового гомогенизатора, благодаря чему обеспечивалось равномерное распределение модификатора по поверхности частиц. Далее порошок отделялся от жидкости посредством центрифугирования. Модифицированные порошки сушились в течение 3 часов при 120°С, при этом происходило превращение гидроксида цинка в оксид и полимеризация покрытия. Полученные образцы исследовались методами электронной микроскопии, низкотемпературной адсорбции азота и ИК-Фурье спектроскопии.For the application of modifying coatings on zinc oxide nanoparticles, 0.2% (wt.) Solutions of aminopropyltriethoxysilane in ethanol were used. The consumption of the modifier was 3 grams per 100 grams of nanopowder, which, according to the analysis of the specific surface of materials and the calculations performed, corresponded to the formation of a monolayer of the modifier on the surface of each particle. Zinc hydroxide nanopowders previously washed in alcohol were added to a container with a solution of silane in ethanol with continuous stirring. Then, within 10 minutes, the solutions with fillers were processed using an ultrasonic homogenizer, due to which a uniform distribution of the modifier over the particle surface was ensured. Next, the powder was separated from the liquid by centrifugation. Modified powders were dried for 3 hours at 120 ° C, with the conversion of zinc hydroxide to oxide and coating polymerization. The obtained samples were studied by electron microscopy, low-temperature nitrogen adsorption, and IR Fourier spectroscopy.
Измерение величины удельной поверхности (Sуд) конечных и исходных продуктов проводили на анализаторе удельной поверхности и пористости Quantachrome Noval200 методом БЭТ по низкотемпературной адсорбции азота. Погрешность измерений величины удельной поверхности составляет 5%. Прибор позволяет измерять давление от 13,3 Па до 133,3 КПа с погрешностью 0,3%.The specific surface area (S beats ) of the final and initial products was measured on a specific surface and porosity analyzer Quantachrome Noval200 by the BET method for low-temperature nitrogen adsorption. The error in measuring the specific surface area is 5%. The device allows you to measure pressure from 13.3 Pa to 133.3 KPa with an error of 0.3%.
По данным измерений величины удельной поверхности образцов определяли значение среднего размера частиц Dcp:According to measurements of the specific surface area of the samples, the mean particle size D cp was determined:
где ρ - плотность материала, кг/м3;where ρ is the density of the material, kg / m 3 ;
S - удельная поверхность, м2/кг.S is the specific surface, m 2 / kg.
Съемка ИК спектров проводилась на ИК-Фурье спектрометре Then-no Nicolet 380 в режиме неправильного внутреннего отражения с приставкой Smart Performer оборудованной кристаллом ZnSe.IR spectra were taken on a Then-no Nicolet 380 IR Fourier spectrometer in the mode of irregular internal reflection with a Smart Performer attachment equipped with a ZnSe crystal.
Исследование механических характеристик образцов проводили на универсальной испытательной машине INSTRON 150LX со скоростью деформирования 0.1 мм в секунду.The mechanical characteristics of the samples were studied on an INSTRON 150LX universal testing machine with a deformation rate of 0.1 mm per second.
Как видно из таблицы 1, модифицированный образец оксида цинка характеризуется несколько большим значением величины удельной поверхности по сравнению с исходным нанопорошком. Такое изменение свойств вполне характерно при обработке нанопорошков силанами, так как позволяет стабилизировать дисперсную систему и помешать агрегированию частиц.As can be seen from table 1, the modified zinc oxide sample is characterized by a slightly larger value of the specific surface area in comparison with the initial nanopowder. Such a change in properties is quite typical during the treatment of nanopowders with silanes, since it allows one to stabilize the disperse system and prevent particle aggregation.
На фиг.3 представлены ИК спектры оксида цинка.Figure 3 presents the IR spectra of zinc oxide.
По спектрам, приведенным на фиг.3, удалось определить присутствие силана на поверхности наночастиц оксидов цинка. Более никаких изменений в спектрах данных веществ в результате модифицирования поверхности выявлено не было.From the spectra shown in Fig.3, it was possible to determine the presence of silane on the surface of zinc oxide nanoparticles. No more changes in the spectra of these substances as a result of surface modification were detected.
Полученные модифицированные нанопорошки предназначались для использования в качестве модификаторов тиоколовых герметиков, используемых для герметизации в различных технологиях строительной индустрии. Основными требованиями, предъявляемые к таким типам строительных герметиков, являются высокий предел прочности на разрыв и высокая способность к обратимой деформации.The obtained modified nanopowders were intended for use as modifiers of thiokol sealants used for sealing in various technologies of the construction industry. The main requirements for these types of building sealants are a high tensile strength and high ability to reversible deformation.
Подготовка образцов для испытаний на предел прочности при растяжении осуществлялась посредством добавления нанодисперсных чистого и апретированного оксидов цинка в массовом соотношении оксида цинка к тиоколу 1:1. Перемешивание компонентов проводилось с помощью механической мешалки в течение 10 минут. Далее, образец представляющий из себя вязкую светло-серую мастику заливался в стеклянную форму предварительно обработанную антиадгезионным составом для обеспечения легкости его отделения после затвердевания. После чего герметик отверждался при комнатной температуре в течение 3 суток. Далее из полученных пластин толщиной 2 мм вырезались лопатки для испытаний на растяжения по ГОСТ 21751-76.The samples were prepared for tensile strength tests by adding nanodispersed pure and aired zinc oxides in a weight ratio of zinc oxide to thiocol of 1: 1. Mixing of the components was carried out using a mechanical stirrer for 10 minutes. Further, the sample, which is a viscous light gray mastic, was poured into a glass mold pretreated with a release compound to ensure ease of its separation after hardening. Then the sealant was cured at room temperature for 3 days. Further, blades for tensile tests according to GOST 21751-76 were cut from the obtained plates with a thickness of 2 mm.
В образцы уретановых герметиков вводились два типа нанопорошков оксида марганца - модифицированный и немодифицированный. Порошки вводились в жидкий уретановый форполимер при непрерывном перемешивании механической мешалкой в течение 10 минут. Образцы отверждались на воздухе при комнатной температуре в течение 3 суток.Two types of manganese oxide nanopowders were introduced into the samples of urethane sealants - modified and unmodified. Powders were introduced into a liquid urethane prepolymer with continuous stirring with a mechanical stirrer for 10 minutes. Samples were cured in air at room temperature for 3 days.
Перед испытаниями было проведено исследование возможности отверждения тиоколовых герметиков оксидом цинка без каких-либо добавок. Смешивание оксида цинка с жидким тиоколом проводилось с помощью механической мешалки в течение 10 минут, затем образцы заливались в форму и отверждались при комнатной температуре в течение 72 часов. Таким образом для отверждения было подготовлено 3 образца, где в качестве отверждающих агентов выступали: 1) Промышленный оксид цинка (удельная поверхность Sуд=6 м2/г); 2) Нанопорошок оксида цинка полученный химическим осаждением (удельная поверхность Sуд=16 м2/г); 3) Модифицированный нанопорошок оксида цинка (удельная поверхность Sуд=20 м2/г).Before the tests, a study was conducted on the possibility of curing thiocol sealants with zinc oxide without any additives. Mixing of zinc oxide with liquid thiocol was carried out using a mechanical stirrer for 10 minutes, then the samples were poured into a mold and cured at room temperature for 72 hours. Thus, 3 samples were prepared for curing, where the curing agents were: 1) Industrial zinc oxide (specific surface Ssp = 6 m 2 / g); 2) Zinc oxide nanopowder obtained by chemical precipitation (specific surface Ssp = 16 m 2 / g); 3) Modified zinc oxide nanopowder (specific surface Ssp = 20 m 2 / g).
По прошествии 72 часов полностью затвердели только образцы 2 и 3, образец 1, где использовался промышленный оксид цинка характеризующийся малым значением удельной поверхности остался в состоянии жидкой мастики. Фотографии образцов 2 и 3 представлены на фиг.4.After 72 hours, only
Как видно на фиг.4, в образце содержащем модифицированный нанопорошок оксида цинка, не наблюдается такого большого числа включений по сравнению с образцом отвержденным немодифицированным нанопорошком оксида цинка, что может свидетельствовать о лучшем диспергировании нанопорошка оксида цинка в тиоколе на этапе подготовки образцов и объясняется непосредственным влиянием модифицирующего покрытия. Таким образом, модифицирование поверхности наполнителей позволило существенно улучшить равномерность распределения керамической фазы по объему полимерного материала.As can be seen in Fig. 4, in the sample containing the modified zinc oxide nanopowder, there is not such a large number of inclusions as compared to the cured unmodified zinc oxide nanopowder sample, which may indicate better dispersion of the zinc oxide nanopowder in the thiocol at the sample preparation stage and is explained by the direct effect modifying coating. Thus, modifying the surface of the fillers has significantly improved the uniformity of the distribution of the ceramic phase over the volume of the polymer material.
Механические свойства отвержденных тиоколовых герметиков исследовались по ГОСТ 21751-76. Для исследований были подготовлены образцы (фиг.5). Диаграммы растяжения представлены на фиг.6.The mechanical properties of cured thiocol sealants were investigated according to GOST 21751-76. For research samples were prepared (figure 5). Tension diagrams are presented in Fig.6.
Полученные результаты, усредненные по пяти испытаниям, для образцов тиоколовых герметиков представлены в таблице 2.The results, averaged over five tests, for samples of thiocol sealants are presented in table 2.
Образцы, для отверждения которых использовался модифицированный нанопорошок оксида цинка характеризуются значительно большим относительным удлинением (21.5 и 51.9% для нанопорошка немодифицированного и модифицированного соответсвенно) и большей прочностью на растяжение - 0.88 и 1.30 МПа соответственно. Это обусловлено несколькими факторами: более равномерным распределением частиц оксида цинка с модифицированной поверхностью по объему полимера; уменьшением среднего размера керамических включений; повышение прочности связи полимерных полекул с поверхностью частиц наполнителя. Таким образом, экспериментальные исследования показали, что полученные по заявляемому способу наноразмерные наполнители для полимеров, обеспечивают повышение эксплуатационных свойств полимерных соединений, в частности, повышают предел прочности на разрыв и модуль растяжения.Samples for the curing of which a modified zinc oxide nanopowder was used are characterized by significantly greater elongation (21.5 and 51.9% for unmodified and modified nanopowders, respectively) and higher tensile strengths of 0.88 and 1.30 MPa, respectively. This is due to several factors: a more uniform distribution of particles of zinc oxide with a modified surface throughout the polymer; a decrease in the average size of ceramic inclusions; increasing the bond strength of polymer molecules with the surface of the filler particles. Thus, experimental studies have shown that obtained by the present method, nanoscale fillers for polymers, provide improved performance properties of polymer compounds, in particular, increase the tensile strength and tensile modulus.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012146242/02A RU2505379C1 (en) | 2012-10-30 | 2012-10-30 | Production method of nanopowder of zinc oxide with surface modification for use in building sealers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012146242/02A RU2505379C1 (en) | 2012-10-30 | 2012-10-30 | Production method of nanopowder of zinc oxide with surface modification for use in building sealers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2505379C1 true RU2505379C1 (en) | 2014-01-27 |
Family
ID=49957652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012146242/02A RU2505379C1 (en) | 2012-10-30 | 2012-10-30 | Production method of nanopowder of zinc oxide with surface modification for use in building sealers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2505379C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2002591C1 (en) * | 1992-03-10 | 1993-11-15 | Институт структурной макрокинетики РАН | Method of production of powdery inorganic material |
| US5928723A (en) * | 1997-04-09 | 1999-07-27 | Cabot Corporation | Progress for producing surface modified metal oxide compositions |
| WO2000010913A1 (en) * | 1998-08-19 | 2000-03-02 | The Dow Chemical Company | Process for preparing nanosize metal oxide powders |
| KR100828641B1 (en) * | 2006-12-26 | 2008-05-09 | (재)대구경북과학기술연구원 | Method for producing metal oxide nano powder |
| RU2451578C1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно Производственный Центр "Квадра" | Method of producing biocide inorganic zinc oxide-based composite nanoparticles |
-
2012
- 2012-10-30 RU RU2012146242/02A patent/RU2505379C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2002591C1 (en) * | 1992-03-10 | 1993-11-15 | Институт структурной макрокинетики РАН | Method of production of powdery inorganic material |
| US5928723A (en) * | 1997-04-09 | 1999-07-27 | Cabot Corporation | Progress for producing surface modified metal oxide compositions |
| WO2000010913A1 (en) * | 1998-08-19 | 2000-03-02 | The Dow Chemical Company | Process for preparing nanosize metal oxide powders |
| KR100828641B1 (en) * | 2006-12-26 | 2008-05-09 | (재)대구경북과학기술연구원 | Method for producing metal oxide nano powder |
| RU2451578C1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно Производственный Центр "Квадра" | Method of producing biocide inorganic zinc oxide-based composite nanoparticles |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Palimi et al. | Surface modification of Fe2O3 nanoparticles with 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS): An attempt to investigate surface treatment on surface chemistry and mechanical properties of polyurethane/Fe2O3 nanocomposites | |
| Guo et al. | Particle surface engineering effect on the mechanical, optical and photoluminescent properties of ZnO/vinyl-ester resin nanocomposites | |
| Pontón et al. | The effects of the chemical composition of titanate nanotubes and solvent type on 3-aminopropyltriethoxysilane grafting efficiency | |
| Fu et al. | Preparation, stability and rheology of polyacrylamide/pristine layered double hydroxide nanocomposites | |
| Yun et al. | Study on the inorganic–organic surface modification of potassium titanate whisker | |
| Dong et al. | Enhancement of electrorheological performance of electrorheological elastomers by improving TiO 2 particles/silicon rubber interface | |
| Scotti et al. | Rubber–silica nanocomposites obtained by in situ sol–gel method: particle shape influence on the filler–filler and filler–rubber interactions | |
| Ma et al. | Highly monodisperse polysilsesquioxane spheres: Synthesis and application in cotton fabrics | |
| Li et al. | Endogenous Cu and Zn nanocluster-regulated soy protein isolate films: Excellent hydrophobicity and flexibility | |
| US10011705B2 (en) | Alumina compositions and methods for producing same | |
| Kockmann et al. | Facile surface tailoring of metal oxide nanoparticles via a two-step modification approach | |
| da Silva et al. | Colorful and transparent poly (vinyl alcohol) composite films filled with layered zinc hydroxide salts, intercalated with anionic orange azo dyes (methyl orange and orange II) | |
| Nabiyouni et al. | Surface adsorption of polyethylene glycol and polyvinyl alcohol with variable molecular weights on zinc oxide nanoparticles | |
| Ambilkar et al. | In situ zirconia: A superior reinforcing filler for high-performance nitrile rubber composites | |
| Liu et al. | Fabrication and excellent electroresponsive properties of ideal PMMA@ BaTiO 3 composite particles | |
| RU2726980C2 (en) | Hydrophobic aluminum oxides with modified surface for polymer compositions and method of their production | |
| RU2505379C1 (en) | Production method of nanopowder of zinc oxide with surface modification for use in building sealers | |
| EP3638625B9 (en) | Hydrophobic surface modified aluminas and method for making thereof | |
| Ma et al. | Study on CaCO3/PMMA nanocomposite microspheres by soapless emulsion polymerization | |
| Xu et al. | Improved mechanical property, water resistance of waterborne polyurethane films by incorporating nano precipitated calcium carbonate | |
| CN112778878B (en) | Modified graphene oxide water-based anticorrosive paint and preparation method thereof | |
| Tong et al. | Surface control of layered double hydroxides by in-situ initiating & terminating polymerization | |
| Gupta | Functionalized metal oxides based polymer nanocomposites | |
| Bindu et al. | Nanoscale ZnO as a reinforcing filler in prevulcanized natural rubber latex | |
| Afzal et al. | Polymer-particulate composites with differential interfaces: synthesis, characterization, and mathematical modeling to evaluate interface-yield strength correlations |