Нановолокнистый полимерный материал

Нановолокнистый полимерный материал

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к нетканым полимерным нановолокнистым материалам на основе полигидроксибутирата и наноразмерных частиц минерального вещества, применяющихся для фильтрации различных сред, выращивания живых клеток, создания пористых матриц для контролируемого высвобождения лекарственных препаратов и др.

Известны полимерные нетканые материалы на основе полигидроксибутирата или его сополимеров, или его смесей с полилактидами и их сополимерами [О.Н. Kwon, I.S. Lee, Y. -G. Ко, W. Meng, K. -H. Jung, I. -K. Kang, Y. Ito / Electrospinning of microbial polyester for cell culture / Biomed. Mater. 2 (2007) S52-S58], [H. Kenar, G.Т. Kose, V. Hasirci / Design of a 3D aligned myocardial tissue construct from biodegradable polyesters / J Mater Sci: Mater Med (2010) 21:989-997], [O. Suwantong, S. Waleetomcheepsawat, N. Sanchavanakit, P. Pavasant, P. Cheepsunthorn, T. Bunaprasert, P. Supaphol. / In vitro biocompatibility of electrospun poly(3-hydroxybutyrate) and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) fiber mats / International Journal of Biological Macromolecules 40 (2007) 217-223], [J.S. Choi, S. W. Lee, L. Jeong, S. -H. Bae, B.C. Min, J.H. Youk, W.H. Park / Effect of organosoluble salts on the nanofibrous structure of electrospun poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) / International Journal of Biological Macromolecules 34 (2004) 249-256].

Недостатками известных композиций являются низкие физико-механические характеристики: относительное удлинение и разрывная длина, что накладывает значительные ограничения на их применение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является нетканый полимерный материал на основе полигидроксибутирата, полученного из формовочного раствора, содержащего в качестве технологической добавки соль тетрабутиламмоний йодид, а в качестве эксплутационной добавки - диоксид титана двух наноразмерных модификаций [О.В. Староверова, А.А. Ольхов, С.В. Власов, Г.М. Кузьмичева, Е.Н. Доморощина, Ю.Н. Филатов / Ультратонкие волокна на основе биополимера полигидроксибутирата (ПГБ), модифицированные наноразмерными модификациями диоксида титана. / Вестник МИТХТ, 2011, т. VI, №6, с. 120-127].

Недостатком данных композиционных материалов является недостаточно высокие показатели разрывной длины и относительного удлинения.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение разрывной длины и относительного удлинения.

Указанный технический результат достигается тем, что формовочный раствор, из которого получают нетканый полимерный материал на основе полигидроксибутирата, включает нанокристаллический кремний в количестве 0,1-1,5 масс. % (вместо диоксида титана).

Характеристики нанокристаллическогго кремния, использующегося в данном изобретении, приведены в следующем патенте [Патент RU 2429189 С1 «Полимерная нанокомпозиция для защиты от УФ-излучения»/ Ищенко А.А., Ольхов А.А., Гольдштрах М.А., опубл. 20.09.2011, Бюл. №26].

Примеры реализации данного изобретения сведены в таблице 1 и 2.

Методика измерения физико-механических свойств нетканых полимерных нановолокнистых материалов.

Измерения механических свойств материалов (изделий) выполняют на разрывной машине РМ-3-1 по ТУ 25.061065-72 или РМ-30-1 по ТУ 25.061066-76 или другая, отвечающая следующим требованиям:

- относительная погрешность измерения силы не должна превышать 1%; абсолютная погрешность измерения удлинения для машин с предельной нагрузкой до 300 Н включительно - 0,5 мм;

- центрирование элементарной пробы относительно оси приложенного усилия;

- плавность увеличения нагрузки, без ударов, толчков и пульсаций; фиксацию показаний разрывной нагрузки и абсолютного удлинения элементарной пробы материала;

- скорость перемещения нижнего зажима должна быть переменной с плавной регулировкой и отключением ее при любом установочном значении и не должна превышать 5%;

- расстояние между зажимами должно быть регулируемым и обеспечивать установку длины 50±1 и 100±1 мм.

Нижний зажим к разрывной машине. Ширина зажима должна быть 50±0,5 мм. Нижний зажим должен обеспечить предварительное натяжение элементарной пробы материала с усилием 0,10±0,01 Н. Жесткий шаблон длиной 60,0±0,1 мм, шириной 15,00±0,05 мм и толщиной не более 1 мм.

При измерении используют метод наложения на элементарную пробу материала разрушающего усилия F с фиксированием его и измерением разрывной длины L и относительного удлинения s. Величину разрушающего усилия выражают в Н, разрывную длину - в км и относительное удлинение - в процентах.

При выполнении измерений механических свойств фильтрующих материалов и изделий из них соблюдают следующие условия.

Подготовку и измерения механических свойств элементарных проб производят в специально отведенном помещении, изолированном от проникновения вредно действующих на оборудование паров и газов при температуре 20±10°С и давлении 760±30 мм рт.ст. Влажность воздуха в помещении не должна превышать 90%.

При изготовлении элементарных проб не допускается загрязнение или разрушение пробы с потерей ее массы, влияющей на измерения.

Элементарные пробы из материала при измерении должны иметь ширину 15,0±0,5 мм длину между зажимами 50,0±0,5 мм.

Скорость движения нижнего зажима устанавливалась 25±5 мм/мин.

Измерения проводились по трем пробам, вырезанным из каждого образца волокнистого материала. После измерения механических свойств образцы взвешивались на аналитических весах.

Поскольку измерения проводились на машине, подключенной к компьютеру, то все значения в процессе измерения сразу в цифровом виде откладывались на кривой нагрузка-удлинение.

Разрывная длина рассчитывалась как:

L=(F·l₀/g·m₀)·10^-3м, где

L - разрывная длина пробы; F - разрушающее усилие, Н; m₀ - масса разорванной элементарной пробы, г; l₀ - начальная длина образца, м.

Разрывная длина и относительное удлинение рассчитывались по методике МИ-ЛА-4-01 для волокнистых фильтрующих материалов ФП.

где ТБАИ - тетрабутиламмоний йодид; ПГБ - полигидроксибутират; ХФМ/МК - смесь хлороформа и муравьиной кислоты; η-TiO₂, TiO₂ (анатаз) - модификации наноразмерного диоксида титана; nSi - нанокристаллический кремний.

Методика определения стойкости к УФ- излучению

Кинетика УФ - старения - с использованием камеры искусственной погоды Feutron 1001 (Германия). Облучение осуществляли ртутной лампой высокого давления (мощность 375 Вт, расстояние до образцов - 30 см).

где ТБАИ - соль тетрабутиламмоний йодид; ПГБ - полигидроксибутират; ХФМ/МК - смесь хлороформа и муравьиной кислоты; η-TiO₂, TiO₂ (анатаз) - модификации наноразмерного диоксида титана; nSi - нанокристаллический кремний.

Предлагаемый нетканый полимерный нановолокнистый материал позволяет увеличить разрывную длину на 50-83,5%, что увеличивает прочность материала на 50-70%.

Нетканый полимерный нановолокнистый материал на основе полигидроксибутирата, полученный из формовочного раствора, содержащего в качестве технологической добавки соль тетрабутиламмоний йодид, растворенную в смеси хлороформа и муравьиной кислоты в концентрации 1 г/л, отличающийся тем, что формовочный раствор включает нанокристаллический кремний в количестве 0,1-1,5 мас.%.