Серебросодержащий нанокомпозит на основе водной дисперсии сетчатого поли-N-винилкапролактама
Аннотация
Металлсодержащие полимерные нанокомпозиты обладают специфическими функциональными свойствами, которые определяются природой полимерного носителя и металла. В настоящей работе изучены условия иммобилизации в водной коллоидной дисперсии сетчатого поли-N-винилкапролактама, стабилизированного гидрофобно модифицированным полиакриламидом, биологически активных наночастиц серебра.
Синтез агрегативно устойчивой водной дисперсии сетчатого поли-N-винилкапролактама осуществляли посредством осадительной гетерофазной радикальной полимеризации. Методами просвечивающей электронной микроскопии и динамического рассеяния света подтверждены сферическая форма и наноразмер синтезированных частиц. С помощью ИК-спектроскопии охарактеризовано взаимодействие гидрофобно модифицированного полиакриламида и сетчатого поли-N-винилкапролактама, стабилизированного данным полимерным ПАВ. Обнаружено появление амидных группировок и карбоксильных групп, предположено образование надмолекулярных структур.
Синтез серебросодержащего нанокомпозита на основе полимерной дисперсии осуществляли путем химического восстановления адсорбированных на частицах полимера ионов серебра с использованием различных восстановителей. Обнаружено, что введение ионов серебра в полимерную дисперсию не вызывает ее коагуляцию. Наряду с ионно-электростатическим фактором устойчивости, обеспечиваемым частично гидролизованными до карбоксильных групп аминогруппами в поверхностно-активном полиакриламиде, действуют факторы, имеющие неэлектрическую природу.
С привлечением УФ-спектроскопии выявлено взаимодействие ионов серебра с полимерным носителем. Методами динамического рассеяния света и просвечивающей электронной микроскопии установлено, что связывание ионов серебра с полимерной матрицей приводит к уменьшению размера полимерных частиц при сохранении их формы, а также увеличению доли частиц нанометрового размера. Проведенные исследования позволили утверждать, что ионы серебра удерживаются на поверхности полимерных частиц за счет ионнообменной и специфической адсорбции, а следующий этап – восстановление ионов Ag+ до металлического состояния Ag0 протекает именно в полимерной матрице.
В качестве химических восстановителей ионов серебра в работе использовали борогидрид натрия, гидразин, глюкозу, тартрат калия, натрия. При использовании сильных восстановителей (борогидрида натрия и гидразина) образование наночастиц серебра подтверждено появлением на оптических спектрах полосы плазмонного поглощения с длиной волны 412-419 нм.
Методом допплеровского микроэлектрофореза были измерены электрокинетические потенциалы полимерной дисперсии и нанокомпозитов. Благодаря наличию карбоксильных групп в полимерном ПАВ на поверхности частиц ζ-потенциал имеет небольшое отрицательное значение. Оказалось, что в процессе синтеза положительно заряженные ионы серебра при высокой их концентрации могут адсорбироваться на поверхности полимерных частиц в сверхэквивалентном количестве, вызывая перезарядку дисперсии. При этом ионы серебра не восстанавливаются полностью такими слабыми восстановителями, как глюкоза и тартрат калия, натрия.
Скачивания
Литература
Pomogailo A.D., Rozenberg A.S., Uflyand I.E. Nanochastitsy metallov v polimerakh. M., Khimiya, 2000, 672 p. (In Russ.)
Pomogailo A.D., Metallopolimernye nanokompozity s kontroliruemoi molekulyarnoi arkhitekturoi, Rossiiskii khimicheskii zhurnal, 2002; 46(5): 64-73. (In Russ.)
Nanokompozity: issledovanie, proizvodstvo i primenenie / Pod red. A.A. Berlina. M., Torus Press, 2004, 224 p. (In Russ.)
Nicolais L., Carotenuto G. Metal-Polymer Nanocomposites. Hoboken, Wiley, 2005, 319 p.
Sivasankaran S. Nanocomposites: Recent Evolutions. London, Intech Open, 2019, 230 p.
Krutyakov Yu.A., Kudrinskii A.A., Olenin A.Yu., Lisichkin G.V., Sintez i svoistva nanochastits serebra: dostizheniya i perspektivy, Uspekhi khimii, 2008; 77(3): 242-269. (In Russ.)
Dzhardimalieva G.I., Uflyand I.E., Preparation of metal-polymer nanocomposites by chemical reduction of metal ions: functions of polymer matrices, Journal of Polymer Research, 2018; 25(12): 2-55. https://doi.org/10.1007/s10965-018-1646-8
Kumar S., Kumar P., Pathak Ch. Sh. Silver Micro-Nanoparticle − Properties, Synthesis, Characterization, and Applications. Rijeka, IntechOpen, 2021, 266 p.
Ponnaiyan P., Nammalvar G., Enhanced performance of PSF/PVP polymer membrane by silver incorporation, Polymer Bulletin, 2020; 77: 197-212. https://doi.org/10.1007/s00289-019-02735-w
Reddy P., Rao K., Rao K.S., Shchipunov Y. et al, Synthesis of alginate based silver nanocomposite hydrogels for biomedical applications. Macromolecular Research. 2014; 22: 832-842. https://doi.org/10.1007/s13233-014-2117-7
Viswanathan P., Ramaraj R., Preparation of polyelectrolyte-stabilized silver nanoparticles for catalytic applications, Polymer International. 2017; 66 (3): 342-348. https://doi.org/10.1002/pi.5178
Xia Y., Xiong Y., Lim B., Skrabalak S.E., Shape-Controlled Synthesis of Metal Nanocrystals: Simple Chemistry Meets Complex Physics, Angewandte Chemie. 2009; 48(1): 60-103. https://doi.org/10.1002/anie.200802248
Kushchev P.O., Kuznetsov V.A., Shatalov G.V., Verezhnikov V.N. i dr., Svoistva vodnykh dispersii setchatykh polimerov na osnove N-vinilkaprolaktama, Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2015; 15(1): 60-66. (In Russ.)
Kuznetsov V.A., Kushchev P.O., Blagodatskikh I.V., Ostankova I.V. et al., Aqueous dispersions of cross-linked poly-N-vinylcaprolactam stabilized with hydrophobically modified polyacrylamide: synthesis, colloidal stability, and thermosensitive properties, Colloid and Polymer Science. 2016; 294(5): 889-899. https://doi.org/10.1007/s00396-016-3843-5
Kushchev P.O., Dispersii «umnykh» polimerov, Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2020; 20(4): 493-515. (In Russ.)
Kushchev P.O., Sleptsova O.V., Kuznetsov V.A., Sintez serebrosoderzhashchego nanokompozita na osnove poli-N-vinilkaprolaktama, “Polimery-2017”, sbornik tezisov 7-i Vserossiiskoi Karginskoi konferentsii, 13-17 iyunya, 2017, Moskva, 2017, pp. 141. (In Russ.)
Sleptsova O.V. Kushchev P.O., Vliyanie prirody khimicheskogo vosstanovitelya na formirovanie nanochastits serebra v polimernom gidrozole na osnove poli-N-vinilkaprolaktama, “Fiziko-khimicheskie protsessy v kondensirovannykh sredakh i na mezhfaznykh granitsakh FAGRAN-2021”, materialy IX Vserossiiskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem, 4–7 oktyabrya, 2021, Voronezh, 2021, pp. 534-536. (In Russ.)
Bekker Yu. Spektroskopiya. M., Tekhnosfera, 2009, 528 p. (In Russ.)
Dekhant I., Dants E., Kimmer B., Shmol'ke R. Infrakrasnaya spektroskopiya polimerov. M., Mir, 1964, 462 p. (In Russ.)
Belami L. Novye dannye po IK-spektram slozhnykh molekul. M., Mir, 1971, 318 p. (In Russ.)
Kuptsov A.Kh., Zhizhin G.N. Fur'e-KR i Fur'e-IK spektry polimerov. M., Tekhnosfera, 2013, 696 p. (In Russ.)
Uglyanskaya V.A., Chikin G.A., Selemenev V.F., Zav'yalova T.A. Infrakrasnaya spektroskopiya ionoobmennykh materialov, Voronezh, Izd-vo VGU, 1989, 208 p. (In Russ.)
Kazitsyna L.A., Kupletskaya N.B. Primenenie UF-, IK-, YaMR- i mass-spektroskopii v organicheskoi khimii, M., Izd-vo Mosk. Un-ta, 1979, 240 p. (In Russ.)
Sviridov V.V., Vorob'eva T.N., Gaevskaya T.V., Stepanova L.I. Khimicheskoe osazhdenie metallov iz vodnykh rastvorov. Minsk, Izdatel'stvo «Universitetskoe», 1987, 271 p. (In Russ.)
Sergeev B.M., Kiryukhin M.V., Prusov A.N., Sergeev V.G., Poluchenie nanochastits serebra v vodnykh rastvorakh poliakrilovoi kisloty, Vestnik Moskovskogo universiteta, 1999; 40(2): 129-133(In Russ.)
