Dispersed copper (I) oxide particles encapsulated by polylactide

Максим Петрович Данилаев; Николай Васильевич Дорогов; Сергей Викторович Дробышев; Сергей Алексеевич Карандашов; Михаил Александрович Клабуков; Владимир Александрович Куклин

doi:10.17308/kcmf.2023.25/10943

Максим Петрович Данилаев Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, Казань 420111, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-7733-9200
Николай Васильевич Дорогов Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, Казань 420111, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-6750-6629
Сергей Викторович Дробышев Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, Казань 420111, Российская Федерация
Сергей Алексеевич Карандашов Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, Казань 420111, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-7608-6531
Михаил Александрович Клабуков Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, Казань 420111, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-9812-7725
Владимир Александрович Куклин Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, Казань 420111, Российская Федерация; Казанский федеральный университет, ул. Кремлевская 18, Казань 420018, Российская Федерация http://orcid.org/0000-0003-4254-5837

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/10943

Ключевые слова: капсулирование, дисперсные частицы оксида меди (I), полилактид

Аннотация

Один из подходов к созданию полимерных композиционных материалов, обладающих биоцидным эффектом, основан на использовании в качестве наполнителя дисперсных частиц некоторых оксидов металлов (например, оксида меди или оксида цинка). Такой подход позволяет не только обеспечить биоцидный эффект, но и повысить такие механические характеристики, как модуль упругости, твердость, стойкость к истиранию. Управлять механическими характеристиками таких полимерных композиционных материалов возможно путем формирования оболочки (например, из полилактида) заданной толщины на поверхностях дисперсных частиц. Полилактид – биоразлагаемый полимер, который получил широкое распространение в качестве материала полимерной оболочки
для частиц с биоцидными свойствами. Адгезия оболочки из полилактида к поверхностям частиц, диапазон изменения толщины оболочки во многом определяется методом ее формирования. Целью работы является определение параметров процесса формирования полимерной оболочки на поверхностях дисперсных субмикронных частиц оксида меди (I) при коацервации полилактида из раствора.
Капсулирование частиц оксида меди (I) осуществлялось с использованием процесса коацервации, путем вытеснения полилактида из его раствора в бензоле гексаном, при наличии в растворе частиц оксида меди (I). Показано, что этот метод позволяет получать оболочку толщиной не более 250 нм. Определены рекомендуемые параметры процесса формирования оболочки полилактида на частицах: температура раствора 35÷38 оС, объем вытесняющего растворителя (гексана) не более 30±2 мл. Оболочка имеет слабую адгезию к поверхностям частиц: адгезия определяется шероховатостью поверхности частиц.
В работе показано, что повышение механических характеристик образцов полимерной композиции на основе эпоксидной смолы ЭД-20, наполненной капсулированными частицами, по сравнению с образцами, наполненными исходными частицами, свидетельствует о повышении адгезии капсулированных частиц к такой полимерной матрице.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Максим Петрович Данилаев , Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, Казань 420111, Российская Федерация

д. т. н., профессор кафедры электронных и квантовых средств передачи информации, заведующий межвузовской междисциплинарной лабораторией, Казанский
национальный исследовательский технический
университет им. А. Н. Туполева–КАИ (Казань, Российская Федерация).

Николай Васильевич Дорогов, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, Казань 420111, Российская Федерация

старший преподаватель кафедры радиофотонных и мультимедийных технологий, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н.
Туполева–КАИ (Казань, Российская Федерация).

Сергей Викторович Дробышев, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, Казань 420111, Российская Федерация

ведущий инженер центра коллективного пользования «Прикладные нанотехнологии», Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А. Н. Туполева – КАИ (Казань, Российская Федерация).

Сергей Алексеевич Карандашов, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, Казань 420111, Российская Федерация

ведущий инженер межвузовской междисциплинарной лаборатории, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ
(Казань, Российская Федерация).

Михаил Александрович Клабуков, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, Казань 420111, Российская Федерация

заведующий лабораторией материаловедения и сварки, кафедры материаловедения, сварки и производственной безопасности, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева–КАИ (Казань, Российская Федерация).

Владимир Александрович Куклин, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, Казань 420111, Российская Федерация; Казанский федеральный университет, ул. Кремлевская 18, Казань 420018, Российская Федерация

к. ф.-м. н., ведущий инженер, Казанский национальный исследовательский технический университет им.
А. Н. Туполева–КАИ, Казанский федеральный университет, институт физики (Казань, Российская
Федерация).

Литература

Razavi M., Ogunbode E. B., Nyakuma B. B., Razavi M., Yatim J. M., Lawal T. A. Fabrication, characterisation and durability performance of kenaf fibre reinforced epoxy, vinyl and polyester-based polymer composites. Biomass Conversion and Biorefinery. 2021; (in press): 1–16. https://doi.org/10.1007/s13399-021-01832-z

Mohammed M., Chai Y. Y., Doh S. I., Lim K. S. Degradation of glass fiber reinforced polymer (GFRP) material exposed to tropical atmospheric condition. Key Engineering Materials. 2021;879: 265–274. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.879.265

Zhang G., Gong C., Gu J., Katayama Y., Someya T., Gu J. D. Biochemical reactions and mechanisms involved in the biodeterioration of stone world cultural heritage under the tropical climate conditions. International Biodeterioration & Biodegradation. 2019;143(9): 104723. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2019.104723

Omazic A., Oreski G., Halwachs M., … Erceg M. Relation between degradation of polymeric components in crystalline silicon PV module and climatic conditions: A literature review. Solar energy materials and solar cells. 2019;192(4): 123-133. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.12.027

Oliveira M. S., Luz F. S., Monteiro S. N. Research progress of aging effects on fiber-reinforced polymer composites: A brief review. Characterization of Minerals, Metals, and Materials. 2021;2021: 505-515.https://doi.org/10.1007/978-3-030-65493-1_51

Mulenga T. K., Ude A. U., Vivekanandhan C. Techniques for modelling and optimizing the mechanical properties of natural fiber composites: a review. Fibers. 2021;9(1): 6. https://doi.org/10.3390/fib9010006

Ogbonna V. E., Popoola A. P., Popoola O. M., Adeosun S. O. A review on corrosion, mechanical, and electrical properties of glass fiber-reinforced epoxy composites for high-voltage insulator core rod applications: challenges and recommendations. Polymer Bulletin. 2021;(8): 1-28. https://doi.org/10.1007/s00289-021-03846-z

Murthy N., Wilson S., Sy J. C. Biodegradation of polymers. Polymer Science: A Comprehensive Reference. 2012;9: 547-560. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53349-4.00240-5

Lim B. K. H., Thian E. S. Biodegradation of polymers in managing plastic waste — A review. Science of The Total Environment. 2021;813(3): 1-25. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151880

Kondratenko Y. A., Golubeva N. K., Ivanova A. G . , … Shilova O.A. Improve mentof the physicomechanical and corrosion-protective properties of coatings based on a cycloaliphatic epoxy matrix. Russian Journal of Applied Chemistry. 2021;94(11): 1489–1498. https://doi.org/10.1134/S1070427221110045

Tang S, Zheng J. Antibacterial activity of Ssilver nanoparticles: structural effects. Advanced healthcare materials. 2018;7(13): 1701503(1-10). https://doi.org/10.1002/adhm.201701503

Akhmadeev A. A., Bogoslov E. A., Danilaev M. P., Klabukov M. A., Kuklin V. A. Influence of the thickness of a polymer shell applied to surfaces of submicron filler particles on the properties of polymer compositions. Mechanics of Composite Materials. 2020;56(2): 241-248. https://doi.org/10.1007/s11029-020-09876-4

Lipatov Ju. S. Physical chemistry of filled polymers*. Moscow: Khimiya Publ.; 1977. 304 p. (In Russ.)

Ahmethanov R. M., Sadritdinov A. R., Zaharov V. P., Shurshina A. S., Kulish E. I Study of viscoelastic characteristics of secondary polymer raw materials in the presence of natural fillers of vegetable origin. Condensed Matter and Interphases. 2020;22(1): 11–17. https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/2471

Kozlov G. V., Dolbin I. V. Transfer of mechanical stress from polymer matrix to nanofiller in dispersionfilled nanocomposites. Inorganic Materials: Applied Research. 2019;10(1): 226–230. https://doi.org/10.1134/S2075113319010167

Lavrov N. A., Kiemov Sh. N., Kryzhanovskii V. K. Tribotechnical properties of composite materials based on epoxy polymers. Polymer Science, Series D. 2019;12(2): 182–185. https://doi.org/10.1134/S1995421219020096

Bernard A., Chisholm M. H. Synthesis of core–shell (nano) particles involving TiO2, SiO2, Al2O3 and polylactide. Polyhedron. 2012;46(1). 1–7. https://doi.org/10.1016/j.poly.2012.07.017

Pfister A., Zhang G., Zareno J., Horwitz A. F., Fraser C. L Boron polylactide nanoparticles exhibiting fluorescence and phosphorescence in aqueous medium. ACS nano. 2008;2(6): 1252–1258. https://doi.org/10.1021/nn7003525

Chen F., Gao Q., Hong G., Ni J. Synthesis of magnetite core–shell nanoparticles by surfaceinitiated ring-opening polymerization of L-lactide. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2008;320(13): 1921–1927. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2008.02.132

Pitukmanorom P., Yong T. H., Ying J. Y. Tunable release of proteins with polymer–inorganic nanocomposite microspheres. Advanced Materials. 2008;20(18): 3504-3509. https://doi.org/10.1002/adma.200800930

Lu X., Lv X., Sun Z., Zheng Y. Nanocomposites of poly (L-lactide) and surface-grafted TiO2 nanoparticles: Synthesis and characterization. European Polymer Journal. 2008;44(8): 2476–2481. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2008.06.002

Chee S. S., Jawaid M., Sultan M. T. H., Alothman O. Y., Abdullah L. C. Accelerated weathering and soil burial effects on colour, biodegradability and thermal properties of bamboo/kenaf/epoxy hybrid composites. Polymer Testing. 2019;79: 106054. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2019.106054

Jagadeesh P., Puttegowda M., Mavinkere Rangappa S., Siengchin S. Influence of nanofillers on biodegradable composites: A comprehensive review. Polymer Composites. 2021;42(11): 5691–5711. https://doi.org/10.1002/pc.26291

Hussien S. M. R. H., Sakhabutdinov A., Anfinogentov V., Danilaev M., Kuklin V., Morozov O. Mathematical odel for measuring the concentration of nanoparticles in a liquid during sedimentation. Karbala International Journal of Modern Science. 2021;7(2): 160–167. https://doi.org/10.33640/2405-609X.2973

Danilaev M. P., Drobyshev S. V., Klabukov M. A., Kuklin V. A., Mironova D. A. Formation of a polymer shell of a given thickness on surfaces of submicronic particles. Nanobiotechnology Reports. 2021;16(2): 162–166. https://doi.org/10.1134/S263516762102004X

Bogomolova O. Y., Biktagirova I. R., Danilaev M. P., Klabukov M. A., Polsky Y. E., Pillai S., Tsentsevitsky A. A. Effect of adhesion between submicron filler particles and a polymeric matrix on the structure and mechanical properties of epoxyresin-based compositions. Mechanics of Composite Materials. 2017;53(1): 117–122. https://doi.org/10.1007/s11029-017-9645-0

Danilaev D. P., Danilaev M. P., Dorogov N. V. The capsulation process effectiveness in multiphase gas flows. Scientific and Technical Volga region Bulletin. 2015;(3): 34–37. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://elibrary.ru/download/elibrary_23930402_24136330.pdf

Pinto D., Bernardo L., Amaro A., Lopes S. Mechanical properties of epoxy nanocomposites using titanium dioxide as reinforcement–a review. Construction and Building Materials. 2015;95: 506–524. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.07.124

Goyat M. S., Hooda A., Gupta T. K., Kumar K., Halder S., Ghosh P. K., Dehiya B. S. Role of nonfunctionalized oxide nanoparticles on mechanical properties and toughening mechanisms of epoxy nanocomposites. Ceramics International. 2021;47(16): 22316–22344. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.05.083

Nampoothiri K. M., Nair N. R., John R. P. An overview of the recent developments in polylactide (PLA) research. Bioresource Technology. 2010;101(22): 8493–8501. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.05.092

Zhuravlev R. A., Tamova M. Yu., Agafonova E. V. Device for the production of encapsulated products. Patent RF No. 2665487. Publ. 08.30.2018, bul. No. 25. (In Russ.)

Wang C., Sun C. Liu Q. Formation, breakage, and re-growth of quartz flocs generated by non-ionic high molecular weight polyacrylamide. Minerals Engineering. 2020;157: 106546(1-12). https://doi.org/10.1016/j.mineng.2020.106546

Kumar A. P., Depan D., Tomer N. S., Singh R. P. Nanoscale particles for polymer degradation and stabilization–trends and future perspectives. Progress in polymer science. 2009;34(6): 479–515. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2009.01.002

Аllsopp D., Seal K., Gaylarde J. Ch. Introduction to biodeterioration. 2nd edn. Cambridge University Press; 2006. p. 252.