Хімія, фізика та технологія поверхні, 2020, 11 (2), 235-249.

Нанокомпозити на основі багатокомпонентної полімерної матриці та нанонаповнювача денсилу: релаксаційні властивості та морфологія



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.02.235

L. V. Karabanova, O. M. Bondaruk, E. F. Voronin

Анотація


Синтезовані нанокомпозити на основі поліуретану (ПУ), полі(2-гідроксиетилметакрилату) (ПГЕМА) та нанонаповнювача денсилу. Досліджені динамічні механічні властивості, морфологія методом сканувальної електронної мікроскопії  та гідрофільність створених матеріалів. Виявлена залежність характеристик від складу полімерних матриць та вмісту нанонаповнювача. Показано, що введення нанонаповнювача в багатокомпонентну полімерну матрицю з невеликою кількістю другого компоненту, яка характеризується малим значенням ступеня сегрегації полімерних компонентів, приводить до підвищення модуля пружності матеріалів. При цьому спостерігається більш вільний сегментальний рух в ПГЕМА, що свідчить про концентрування наповнювача переважно в нанодоменах поліуретану. При введенні нанонаповнювача в матрицю із значним ступенем мікрофазового поділу, підвищення модуля пружності спостерігається лише при суттєвих кількостях нанонаповнювача (10–15 %), котрий відіграє роль компатибілізатора. При дослідженні морфології синтезованих систем показано, що вихідна матриця має фазово-розділену структуру. При введенні 3–5 % денсилу спостерігається більш зглажена, інтегрована структура. При збільшенні кількості нанонаповнювача до 10–15 %, в структурі нанокомпозитів спостерігається формування агломератів наповнювача, при цьому із збільшенням частки наповнювача агломерати стають більш щільно упакованими. Гідрофільність створених матеріалів підвищується при введенні як полі(2-гідроксиетилметакрилату), так і денсилу, при цьому вона немонотонно змінюється із вмістом наповнювача. Концентраційна залежність водопоглинання залежить від розподілу наночастинок наповнювача в матрицях, його агрегації при вмісті 10–15 %, та формуванні поверхневих шарів матриць, які можуть складатись як з поліуретану, так і з обох полімерних складових матриць. Введення нанонаповнювача денсилу веде до підвищення гідрофільності створених матеріалів, а відповідно, до підвищення їхньої біосумісності. Створені нанокомпозити можуть бути ефективними як матеріали біомедичного призначення.


Ключові слова


нанокомпозити; поліуретан; полі(2-гідроксиетилметакрилат); денсил; динамічний механічний аналіз; сканувальна електронна мікроскопія; морфологія; ступінь сегрегації компонентів; мікрофазовий поділ

Повний текст:

PDF

Посилання


1. Karabanova L.V., Lloyd A.W., Mikhalovsky S.V. 3-D artificial nanodiamonds containing nanocomposites based on hybrid polyurethane-poly(2-hydroxyethyl methacrylate) polymer matrix. In: Nanoplasmonics, Nano-Optics, Nanocomposites, and Surface Studies. (Switzerland: Springer, 2015). P. 149-164. https://doi.org/10.1007/978-3-319-18543-9_9

2. Karabanova L.V., Gomza Yu.P., Nesin S.D. Bondaruk O.M., Voronin E.P., Nosach L.V. Nanocomposites based on multicomponent polymer matrices and nanofiller densil for biomedical application. In: Nanophysics, Nanophotonics, Surface Studies and Application. (Switzerland: Springer, 2016). P. 451-475. https://doi.org/10.1007/978-3-319-30737-4_38

3. Bershtein V.A., Gun'ko V.M., Karabanova L.V., Sukhanova T.E., Yakushev P.N., Egorova L.M., Turova A.A., Zarko V.I., Pakhlov E.M., Vylegzhanina M.E., Mikhalovsky S.V. Polyurethane-poly(2-hydroxyethyl methacrylate) semi-IPN-nanooxide composites. Royal Society Chemistry Advances. 2013. 3(34): 14560. https://doi.org/10.1039/c3ra40295a

4. Karabanova L.V., GomzaYu.P., Nesin S.D., Bondaruk O.N., Geraschenko I.I., Voronin E.F., Nosach L.V., Zarko V.I., Pahlov E.M. Nano-size systems and nanomaterials: research in Ukraine. (Kyiv: Academperiodika, 2014). P. 724-730. [in Russian].

5. Peponi L., Puglia D., Torre L., Valentini I., Kenny J.M. Processing of nanostructured polymers and advanced polymer based nanocomposites. Mater. Sci. Eng. R: Rep. 2014. 85: 1. https://doi.org/10.1016/j.mser.2014.08.002

6. Shilov B.B., Karabanova L.V., David L., Boiteux G., Seytre G., Gomza Yu.P., Nesin S.D., Sergeeva L.M., Lutsyk E.D., Svyatina A.V. Features of the heterogeneous structure of the semi-interpenetrating polymer networks based on polyurethane and polyhydrohyethyl methacrylate. Polymer J. 2005. 27(4): 255. [in Russian].

7. Karabanova L.V., Bershtein V.A., Sukhanova T.E., Yakushev P.N., Egorova L.M., Lutsyk E.D., Svyatyna A., Vylegzhanina M.E. 3-D diamond-containing nanocomposites based on hybrid polyurethane-poly(2-hydroxyethyl methacrylate) semi-IPNs: composition - nanostructure-segmental dynamics - elastic properties relationships. Journal of Polymer Science Part B. Polymer Physics. 2008. 46(16): 1696. https://doi.org/10.1002/polb.21506

8. Lipatov Yu.S. Interphase phenomena in polymers. (Kyiv: Naukova Dumka, 1980). [in Russian].

9. Karabanova L.V. Doctoral (Chem.) Thesis. (Kyiv, 2001). [in Russian].

10. Karabanova L.V., Lloyd A., Mikhalovsky S. Helias M., Philips G.P., Rose S., Mikhalovska L., Boiteux G., Sergeeva L.M., Lutsyk E.D., Udovichenko A. Polyurethane/poly(2-hydroxyethyl methacrylate) semi-IPN for biomedical materials applications. J. Mater. Sci. - Mater. Med. 2006. 17(12): 1283. https://doi.org/10.1007/s10856-006-0603-y

11. Karabanova L.V., Mikhalovsky S.V., Lloyd A.W. Gradient semi-interpenetrating polymer networks based on polyurethane and poly(2-hydroxy ethylmethacrylate) for biomedical application. J. Mater. Chem. 2012. 22(16): 7919. https://doi.org/10.1039/c2jm16176a

12. Bershtein V.A., Pissis P., Sukhanova T.E., Karabanova L.V., Yakushev P.N., Bondaruk O.M., Klonos P., Spyratou E., Vylegzhanina M.E., Voronin E.F. Biocompatible nanocomposites based on semi-interpenetrating polymer networks and nanosilica modified by bioactive aminoacid tryptophan: morphology, dynamics and properties. Eur. Polym. J. 2017. 92: 150. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2017.04.038

13. Patent UA 97613. Karabanova L.V., Gerashenko I.I., Voronin E.P., Bondaruk O.M. Nanocomposite material for biomedical applications. 2015.

14. Karabanova L.V., Boiteux G., Gain O., Seytre G., Sergeeva L.M., Lutsyk E.D. Miscibility and thermal and dynamic mechanical behaviour of semi-interpenetrating polymer networks based on polyurethane and poly(hydroxyethyl methacrylate). Polym. Int. 2004. 53(12): 2051. https://doi.org/10.1002/pi.1627

15. Gun'ko V.M., Voronin E.F., Nosach L.V., Pakhlov E.M., Guzenko N.V., Leboda R., Skubiszewska-Zięba. Adsorption and migration of poly(vinyl pyrrolidone) at a surface of fumed silica. Adsorpt. Sci. Technol. 2006. 24(2): 143. https://doi.org/10.1260/026361706778529173

16. Karabanova L.V., Boiteux G., Seytre G., Stevenson I., Lloyd A., Mikhalovsky S., Helias M., Sergeeva L.M., Lutsyk E.D., Svyatyna A.V. Phase Separation in the Polyurethane/Poly(hydroxyethylmethacrylate) Semi-Interpenetrating Polymer Networks synthesized by different ways. Polym. Eng. Sci. 2008. 48(3): 588. https://doi.org/10.1002/pen.20965

17. Bershtein V.A., Karabanova L.V., Sukhanova T.E., Yakushev P.N., Egorova L.M, Lutsyk E.D., Svyatyna A., Vylegzhanina M.E. Peculiar Dynamics and Elastic Properties of Hybrid semi-Interpenetrating Polymer Network-3-D Diamond Nanocomposites. Polymer. 2008. 49: 836. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2008.01.002

18. Nilsen L. Mechanical properties of polymers and polymer compositions. (Moscow: Khimiya, 1978). [in Russian].

19. Karabanova L.V. Phase processes in the semi-IPN of sequential curing. In: Phase processes in heterogeneous polymer systems. (Kyiv: Naukova Dumka, 2012). [in Russian].

20. Lipatov Yu.S., Rosovitsky V.F. Physical chemistry of multicomponent polymer systems. V. 2. (Kyiv: Naukova Dumka, 1986). [in Russian].

21. Klonos P., Chatzidogiannaki V., Roumpos K., Spyratou E., Georgiopoulos P., Kontou E., Pissis P., Gomza Yu., Nesin S., Bondaruk O., Karabanova L. Structure-properties investigations in hydrophilic nanocomposites based on polyurethane/poly(2-hydroxyethyl methacrylate) semi-IPNs and nanofiller densil for biomedical application. J. Appl. Polym. Sci. 2016. 133(11): 2635. https://doi.org/10.1002/app.43122




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp11.02.235

Copyright (©) 2020 L. V. Karabanova, O. M. Bondaruk, E. F. Voronin