RU2645007C1 - Method of obtaining composite material - Google Patents
Method of obtaining composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2645007C1 RU2645007C1 RU2016144398A RU2016144398A RU2645007C1 RU 2645007 C1 RU2645007 C1 RU 2645007C1 RU 2016144398 A RU2016144398 A RU 2016144398A RU 2016144398 A RU2016144398 A RU 2016144398A RU 2645007 C1 RU2645007 C1 RU 2645007C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- carbon nanotubes
- polymer
- solution
- material based
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к способу получения композитного материала, содержащего полимер на основе акриламида или метакриламида и углеродных нанотрубок, предназначенного для усиления механических свойств композиционных материалов на основе эпоксидных смол, модификации различных клеевых составов для получения суперконденсаторов и др.The invention relates to a method for producing a composite material containing a polymer based on acrylamide or methacrylamide and carbon nanotubes, designed to enhance the mechanical properties of composite materials based on epoxy resins, modification of various adhesive compositions to obtain supercapacitors, etc.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Известен способ получения нанокомпозитного материала на основе полиолефинов и углеродных нанотрубок диспергированных путем ультразвуковой обработки, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки в течение 0,5-1 ч механически растирают в воде с добавлением водорастворимого полимера с концентрацией 0,01-0,1 мас. %, после чего полученную суспензию диспергируют ультразвуком в течение 30 мин при максимальной температуре среды не выше 70°С с последующим нанесением ее на поверхность гранул полиолефина и сушкой полученных гранул нанокомпозита, содержащих до 0,5 мас. % углеродных трубок (RU 2490204 С1, опубл. 20.08.2013).A known method of producing a nanocomposite material based on polyolefins and carbon nanotubes dispersed by ultrasonic treatment, characterized in that the carbon nanotubes are mechanically triturated in water for 0.5-1 hours with the addition of a water-soluble polymer with a concentration of 0.01-0.1 wt. %, after which the resulting suspension is dispersed by ultrasound for 30 min at a maximum medium temperature of not higher than 70 ° C, followed by applying it to the surface of the polyolefin granules and drying the obtained nanocomposite granules containing up to 0.5 wt. % carbon tubes (RU 2490204 C1, publ. 08/20/2013).
Недостатком известного композитного материала являются высокие энергозатраты и длительность получения композитного материала, невозможность получения ковров композитного материала.A disadvantage of the known composite material is the high energy consumption and the duration of obtaining the composite material, the inability to obtain carpets of the composite material.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ замещения фтора во фторированных углеродных нанотрубках путем химических реакций с различными реагентами, такими как амины, амиды, аминокислоты, аминоспирты и др. (В.Н. Хабашеску. Ковалентная функционализация углеродных нанотрубок: синтез, свойства и применение фторированных производных, Обзор. Успехи химии 80 (8), 2011, с. 739-760).The closest analogue of the claimed invention is a method for replacing fluorine in fluorinated carbon nanotubes by chemical reactions with various reagents, such as amines, amides, amino acids, amino alcohols, etc. (V. N. Habashesku. Covalent functionalization of carbon nanotubes: synthesis, properties and application of fluorinated Derivatives, Review: Advances in Chemistry 80 (8), 2011, pp. 739-760).
Недостатком наиболее близкого аналога является высокие энергозатраты и длительность получения композитного материала, сшивки трубок полимерными цепями, например, при использовании мочевины.The disadvantage of the closest analogue is the high energy consumption and the duration of obtaining the composite material, the stitching of the pipes with polymer chains, for example, when using urea.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей заявленной группы изобретений являются разработка способа получения композитного материала на основе акриламида или метакриламида и углеродных нанотрубок (АА или МАА)-углеродные нанотрубки.The objective of the claimed group of inventions is to develop a method for producing a composite material based on acrylamide or methacrylamide and carbon nanotubes (AA or MAA) -carbon nanotubes.
Техническим результатом заявленной группы изобретений является снижение энергозатрат и времени получения композитного материала с высоким выходом композитного материала.The technical result of the claimed group of inventions is to reduce energy consumption and time to obtain a composite material with a high yield of composite material.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения композитного материала на основе полимера и углеродных нанотрубок, включает следующие этапы:The specified technical result is achieved due to the fact that the method of producing a composite material based on a polymer and carbon nanotubes includes the following steps:
a) обработка в ультразвуке раствора, содержащего акриламид или метакриламид, воду или кислоту, диметилсульфоксид с растворенными в нем фторированными углеродными нанотрубками;a) sonication of a solution containing acrylamide or methacrylamide, water or acid, dimethyl sulfoxide with fluorinated carbon nanotubes dissolved in it;
b) разбавление водой обработанного раствора с последующим центрифугированием разбавленного раствора;b) diluting with water the treated solution, followed by centrifugation of the diluted solution;
c) осаждение композитного материала на основе полимера и углеродных нанотрубок из раствора в ампулах;c) the deposition of a composite material based on a polymer and carbon nanotubes from a solution in ampoules;
d) разбавление композитного материала на основе полимера и углеродных нанотрубок с последующей обработкой водного раствора в ультразвуке;d) dilution of the composite material based on polymer and carbon nanotubes, followed by treatment of the aqueous solution in ultrasound;
e) фильтрование обработанного водного раствора композитного материала на основе полимера и углеродных нанотрубок, промывка и сушка.e) filtering the treated aqueous solution of a composite material based on a polymer and carbon nanotubes, washing and drying.
Применяют однослойные или многослойный фторированные углеродные нанотрубки.Single or multilayer fluorinated carbon nanotubes are used.
Концентрация фторированных углеродных нанотрубкок составляет 1-2 мг/г.The concentration of fluorinated carbon nanotubes is 1-2 mg / g.
Дополнительно после этапа d) осуществляют нагрев при температуре 75-80°С композитного материала на основе полимера и углеродных нанотрубок в присутствии концентрированных минеральных кислот, такие, как серная, азотная и др.Additionally, after step d), a composite material based on a polymer and carbon nanotubes is heated at a temperature of 75-80 ° С in the presence of concentrated mineral acids, such as sulfuric, nitric, etc.
Дополнительно после этапа d) осуществляют взаимодействие композитного материала на основе полимера и углеродных нанотрубок в присутствии щелочи и гипохлорита натрия. Применяют щелочи, содержащие металлы первой и второй группы таблицы Менделеева, такие как KOH, NaOH, Ва(ОН)2 и др.Additionally, after step d), a polymer-based composite material and carbon nanotubes are reacted in the presence of alkali and sodium hypochlorite. Apply alkalis containing metals of the first and second groups of the periodic table, such as KOH, NaOH, Ba (OH) 2 , etc.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Способ получения композитного материала на основе полимера и углеродных нанотрубок (УНТ) осуществляют следующим образом.A method of obtaining a composite material based on a polymer and carbon nanotubes (CNTs) is as follows.
Приготавливают при комнатной температуре раствор, содержащий 5-7 мас. % акриамида (АА) или метакриламида (МАА), 1-5 мас. воды или 0,1-1 мас. % кислоты и остальное - диметилсульфоксид (ДМСО) с растворенными в нем фторированными углеродными нанотрубками (F-УНТ), при этом концентрация фторированных углеродных нанотрубок составляет 1-2 мг/г. В качестве кислоты при приготовлении вышеуказанного раствора применяют концентрированные минеральные кислоты, такие как соляная, серная, азотная и др.Prepare at room temperature a solution containing 5-7 wt. % acryamide (AA) or methacrylamide (MAA), 1-5 wt. water or 0.1-1 wt. % acid and the rest is dimethyl sulfoxide (DMSO) with fluorinated carbon nanotubes (F-CNTs) dissolved in it, while the concentration of fluorinated carbon nanotubes is 1-2 mg / g. As the acid in the preparation of the above solution, concentrated mineral acids, such as hydrochloric, sulfuric, nitric, etc., are used.
Затем приготовленный раствор помещают в ультразвуковой концентратор, в котором раствор подвергался звуковой обработке при частоте 10 КГц в течение 20 мин, в результате которой происходит замещение фтора на АА или МАА с получением раствора композитного материала полимер (АА или МАА)-УНТ.Then, the prepared solution is placed in an ultrasonic concentrator, in which the solution was subjected to sound processing at a frequency of 10 KHz for 20 min, as a result of which fluorine is replaced by AA or MAA to obtain a solution of a composite material polymer (AA or MAA) -NTNT.
Далее полученный раствор композитного материала при комнатной температуре разбавляют водой в 10 раз и подвергают центрифугированию при 6000 об/мин в течение 15 мин. В результате центрифугирования полимер-УНТ осаждается в ампулах.Next, the resulting solution of the composite material at room temperature is diluted with water 10 times and subjected to centrifugation at 6000 rpm for 15 minutes As a result of centrifugation, the polymer-CNT is deposited in ampoules.
Затем композитный материал разбавляют водой, водный раствор подвергают обработке в ультразвуковой ванне при частоте 50 Гц в течение 10-15 мин для удаления оставшихся АА или МАА а также их полимеров, и остатков ДМСО. После чего обработанный водный раствор композитного материала пропускают через фильтр в 1 мкн, где композитный материал (АА или МАА)-УНТ отфильтровывается от воды (кислоты до нейтральной реакции), затем промывается ацетоном и высушивается в шкафу при температуре 125°С. В результате получается твердый конечный продукт в виде композитного материала полимер (АА или МАА)-УНТ.Then the composite material is diluted with water, the aqueous solution is subjected to treatment in an ultrasonic bath at a frequency of 50 Hz for 10-15 minutes to remove the remaining AA or MAA as well as their polymers and DMSO residues. After that, the treated aqueous solution of the composite material is passed through a 1 micron filter, where the composite material (AA or MAA) - CNTs is filtered off from water (acid to neutral reaction), then washed with acetone and dried in a cabinet at a temperature of 125 ° C. The result is a solid final product in the form of a composite material polymer (AA or MAA) -UNCT.
Далее по необходимости после обработки в ультразвуковой ванне раствор композитного материала МАА-УНТ подвергают нагреву при температуре 75-80°С в присутствии концентрированных минеральных кислот (серная, хлорная, азотная и др.) для получения композитного материала полиакриловая кислота (ПАК)-УНТ или взаимодействию со щелочью и гипохлоритом натрия для получения композитного материала поливиниламин (ПВАМ)-УНТ.Then, if necessary, after treatment in an ultrasonic bath, the solution of the MAA-CNT composite material is heated at a temperature of 75-80 ° C in the presence of concentrated mineral acids (sulfuric, perchloric, nitric, etc.) to obtain a composite material polyacrylic acid (PAA) -CNT or interaction with alkali and sodium hypochlorite to obtain a composite material polyvinylamine (PVAM) -CNT.
Для получения композитного материала ПАК-УНТ, раствор композитного материала МАА-УНТ подвергается нагреву в 100-кратном избытке от массы композитного материала концентрированной HCl в течение 12 часов при 80°С. После чего отмывается избыток кислоты водой до нейтральной реакции раствора. Осаждают из водного раствора композитный материал ПАК-УНТ путем центрифугирования при 6 тыс. об/мин. Полученный осадок содержит примерно 98% воды, затем его заливают безводным изопропиловым спиртом, примерно в 10 кратном избытке, и удаляют воду за счет образования азеотропа, промывая избытком спирта на 1 мк фильтре.To obtain the PAK-CNT composite material, the MAA-CNT composite material solution is heated in 100-fold excess of the mass of the composite material with concentrated HCl for 12 hours at 80 ° C. Then the excess acid is washed with water until the solution is neutral. PAK-CNT composite material is precipitated from an aqueous solution by centrifugation at 6 thousand rpm. The resulting precipitate contains about 98% water, then it is filled with anhydrous isopropyl alcohol, in about a 10-fold excess, and water is removed due to the formation of an azeotrope, washing with excess alcohol on a 1 micron filter.
Для получения композитного материала ПВАМ-УНТ, осуществляют взаимодействие раствора композитного материала МАА-УНТ с большим избытком щелочи (100-кратный по отношению к композитному материалу) и небольшим избытком гипохлорита натрия. После чего отмывают избыток щелочи водой до нейтральной реакции раствора, затем заливают безводным изопропиловым спиртом примерно в 10-кратном избытке и удаляют воду за счет образования азеотропа, промывая избытком спирта на 1 мкн фильтре.To obtain a PVAM-CNT composite material, an MAA-CNT composite material solution is reacted with a large excess of alkali (100-fold with respect to the composite material) and a small excess of sodium hypochlorite. After that, the excess alkali is washed with water until the solution is neutral, then it is filled with anhydrous isopropyl alcohol in about a 10-fold excess and water is removed due to the formation of an azeotrope, washing with excess alcohol on a 1 micron filter.
В таблице 1 представлены результаты экспериментов заявленного способа.Table 1 presents the experimental results of the claimed method.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет снизить энергозатраты и время получения композитного материала с высоким выходом композитного материала, за счет выполнения способа при комнатной температуре, по сравнению с наиболее близким аналогом, в котором обработку ультразвуком осуществляют при температуре выше 130°С, например при использовании мочевины.Thus, the present invention allows to reduce the energy consumption and time of obtaining a composite material with a high yield of composite material, by performing the method at room temperature, in comparison with the closest analogue in which ultrasound treatment is carried out at a temperature above 130 ° C, for example, when using urea .
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.The invention has been disclosed above with reference to a specific embodiment. Other specialists may be obvious to other embodiments of the invention, without changing its essence, as it is disclosed in the present description. Accordingly, the invention should be considered limited in scope only by the following claims.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016144398A RU2645007C1 (en) | 2016-11-11 | 2016-11-11 | Method of obtaining composite material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016144398A RU2645007C1 (en) | 2016-11-11 | 2016-11-11 | Method of obtaining composite material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2645007C1 true RU2645007C1 (en) | 2018-02-15 |
Family
ID=61226997
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016144398A RU2645007C1 (en) | 2016-11-11 | 2016-11-11 | Method of obtaining composite material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2645007C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686115C1 (en) * | 2018-09-11 | 2019-04-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Углерод Чг" | Method of producing composite material for active electrode of supercapacitor |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007145918A2 (en) * | 2006-06-05 | 2007-12-21 | University Of Akron | Ultrasound assisted continuous process for dispersion of nanofibers and nanotubes in polymers |
US20090297424A1 (en) * | 2008-05-29 | 2009-12-03 | Jin Seo Lee | Continuous method and apparatus of functionalizing carbon nanotube |
RU2400462C1 (en) * | 2009-04-09 | 2010-09-27 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Method of preparing polymer/carbon nanotubes composite on substrate |
RU2490204C1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-08-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) | Method of obtaining compositions based on carbon nanotubes and polyolefins |
RU2495887C1 (en) * | 2012-02-27 | 2013-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ивановский научно-исследовательский институт плёночных материалов и искусственной кожи технического назначения" Федеральной службы безопасности Российской Федерации (ФГУП "ИвНИИПИК" ФСБ России) | Method of producing polymer/carbon nanotube composite |
RU2531172C2 (en) * | 2012-07-03 | 2014-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" | Method of obtaining dispersions of carbon nanotubes |
-
2016
- 2016-11-11 RU RU2016144398A patent/RU2645007C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007145918A2 (en) * | 2006-06-05 | 2007-12-21 | University Of Akron | Ultrasound assisted continuous process for dispersion of nanofibers and nanotubes in polymers |
US20090297424A1 (en) * | 2008-05-29 | 2009-12-03 | Jin Seo Lee | Continuous method and apparatus of functionalizing carbon nanotube |
RU2400462C1 (en) * | 2009-04-09 | 2010-09-27 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Method of preparing polymer/carbon nanotubes composite on substrate |
RU2490204C1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-08-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) | Method of obtaining compositions based on carbon nanotubes and polyolefins |
RU2495887C1 (en) * | 2012-02-27 | 2013-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ивановский научно-исследовательский институт плёночных материалов и искусственной кожи технического назначения" Федеральной службы безопасности Российской Федерации (ФГУП "ИвНИИПИК" ФСБ России) | Method of producing polymer/carbon nanotube composite |
RU2531172C2 (en) * | 2012-07-03 | 2014-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" | Method of obtaining dispersions of carbon nanotubes |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686115C1 (en) * | 2018-09-11 | 2019-04-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Углерод Чг" | Method of producing composite material for active electrode of supercapacitor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kumari et al. | Extraction and characterization of chitin and chitosan from (Labeo rohit) fish scales | |
Goh et al. | Individualization of microfibrillated celluloses from oil palm empty fruit bunch: comparative studies between acid hydrolysis and ammonium persulfate oxidation | |
TWI424007B (en) | Method for crosslinking a colloid, and crosslinked colloid therefrom | |
CN104128102B (en) | A kind of cyclo-dextrin-modified compounded organic solvent NF membrane and preparation method thereof | |
Fernando et al. | Chitin extraction and synthesis of chitin-based polymer films from Philippine blue swimming crab (Portunus pelagicus) shells | |
WO2017138574A1 (en) | Modified carboxymethylated cellulose nanofiber dispersion and method for manufacturing same | |
Wang et al. | Homogeneous isolation of nanocellulose from cotton cellulose by high pressure homogenization | |
JP6559137B2 (en) | Methods for purification and isolation of lignin | |
Tajiri et al. | Preparation of self-assembled chitin nanofibers by regeneration from ion gels using calcium halide· dihydrate/methanol solutions | |
RU2645007C1 (en) | Method of obtaining composite material | |
CN103386258A (en) | Preparation method of polyamide composite nanofiltration membrane containing modified carbon nano tube | |
JP2008248217A (en) | Thermoplastic polysaccharide gel and method for producing the same and method for producing polysaccharide-forming material | |
Yagoub et al. | Complex membrane of cellulose and chitin nanocrystals with cationic guar gum for oil/water separation | |
JP2015193956A (en) | Nanofiber of chitin or chitosan | |
RU2017130702A (en) | Method and installation for processing plant materials by enzymatic hydrolysis | |
JP2011184541A (en) | Method for producing cellulose film | |
RU2016137248A (en) | METHOD FOR PRODUCING GRAPHENE | |
EA015856B1 (en) | Method for cellulose activation | |
RU2620429C1 (en) | Method of producing water dispersion of nanocrystalline cellulose | |
RU2637687C1 (en) | Method for producing modified carbon nanotubes | |
RU2708596C1 (en) | Method of producing modified carbon nanotubes | |
FR3054552B1 (en) | PROCESS FOR PREPARING A SOLUTION HAVING HYDROPHOBIC PROPERTIES | |
Dai et al. | TEMPO-mediated oxidation of cellulose in carbonate buffer solution | |
Rahman et al. | Environmentally friendly strength bio-composite preparation by grafting of HEMA onto shrimp chitosan without destroying original microstructure to enrich their physicochemical, thermomechanical, and morphological properties | |
TWI593634B (en) | A process to synthesize silver nano particles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191112 |