Введение к работе
Актуальность работы. Внимание многих исследователей привлекает направление, связанное с синтезом и изучением свойств силикатных мезофазных систем, а также металлокомпозитов на их основе, полученных с помощью темплатного синтеза и дальнейшей гидротермальной обработки (ГТО), где в качестве темплатов используются различные ПАВ. Благодаря уникальным свойствам мезопористых мезофазных силикатных материалов (МММ) - высокой удельной поверхности (более 1000 м /г), большому объёму пор (до 2 см /г) строго определённого диаметра, объединённых в упорядоченные структуры, имеющие дальний порядок (в отличие от известных марок силикагелей и аэрогелей), эти материалы уже сегодня нашли широкое применение в процессах селективной сорбции, катализа и экстракции, а также в качестве нанореакторов для синтеза углеродных и полимерных материалов. Перспективными являются направления, связанные с использованием этих материалов в качестве оптических и биосенсоров, разработкой лекарственных препаратов нового поколения, осуществляющих адресную доставку активной субстанции в определённые области организма. Поэтому получение мезопористых силикатных материалов с хорошими сорбционными показателями в настоящее время является актуальным.
Цель работы - разработка методов синтеза мезопористых силикатов с высокими текстурными характеристиками и возможностью направленного регулирования пористой структуры и морфологии частиц материалов.
В связи с этим предполагалось решение следующих задач:
Изучить влияние условий синтеза мезопористых силикатов в щелочной и аммиачной средах. Определить оптимальные соотношения концентраций основных компонентов темплатного синтеза и влияние продолжительности гидротермальной обработки первичной мезофазы на текстурно-структурные характеристики мезопористых силикатных материалов;
Исследовать возможность направленного регулирования структуры и морфологии частиц мезопористых силикатов, улучшения их текстурных характеристик путем введения в процессе их синтеза органосилановых добавок
трис(триметилсилокси)силана (TTSS), (2-цианоэтил)триэтоксисилана (CNETES) и (3- аминопропил)триметоксисилана (APTMS);
3. Получить металлоксидные мезопористые композиции -NiO-Si02, CuO-
Si02, Fe203-Si02, ZnO-Si02, Al203-Si02, Ti02-Si02, Zr02-Si02 способами
соконденсации, матричного ионообмена и пропитки диоксида кремния,
приготовленного в присутствии органосилановых добавок. Выявить общие
тенденции формирования металлоксидных композиций, а также особенности
текстурных характеристик в зависимости от способа их получения.
4. Оценить перспективность использования мезопористых
металлосиликатов в качестве полифункциональных модификаторов
полиуретановых систем на основе гидроксилсодержащих олигомеров и
полиизоцианата.
Научная новизна.
- Показана возможность направленного регулирования структурной
организации силикатных каналов и морфологии частиц мезопористых
материалов введением в реакционную смесь в процессе их синтеза
органосилановых добавок - TTSS, CNETES и APTMS.
- Установлено, что при синтезе мезопористых силикатов в щелочной и
спиртово-аммиачной средах TTSS способствует формированию кубических
биконтинуальных пористых структур (МСМ-48), a CNETES и APTMS -
гексагональных (МСМ-41); введение CNETES и TTSS в щелочной среде
улучшает текстурно-структурные характеристики мезопористых силикатов и
повышает их термогидростабильность.
Определено оптимальное время гидротермального синтеза мезопористых силикатов при температуре 120С в присутствии органосилановых добавок TTSS, CNETES и APTMS - 48 часов, что позволило получить материалы с высокими текстурными показателями и организованной пористой структурой, имеющей дальний порядок.
- Продемонстрирована принципиальная возможность использования
мезопористых металлосиликатов, полученных методом пропитки диоксида
кремния, в качестве полифункциональных модификаторов, выполняющих роль
катализаторов отверждения и усиливающих наполнителей полиуретановых
систем на основе смеси гидроксилсодержащих олигомеров и полиизоцианата.
Практическая значимость работы.
Разработаны методы получения мезопористых силикатов с высокими сорбционными характеристиками - удельной поверхностью до 1540 м /г (для гексагональных пористых структур МСМ-41) и до 1760 м /г (для кубических биконтинуальных структур МСМ-48). Показана возможность регулирования структуры и морфологии частиц мезопористых материалов путём введения в процессе их синтеза органосилановых добавок. Предложено использовать металлосиликаты, полученные методом пропитки мезопористого диоксида кремния - Zr02-Si02, Fe203-Si02, CuO-Si02, Ti02-Si02, NiO-Si02, в качестве полифункциональных модификаторов полиуретановых систем на основе гидроксилсодержащих олигомеров и полиизоцианата, что позволило увеличить скорость отверждения в 1,2 - 1,7 раз и повысить эксплуатационные прочностные характеристики полиуретанов на 20-30 %. На способ получения мезопористого диоксида кремния с улучшенными текстурно-структурными свойствами получен патент на изобретение (№ 2409423. 2011. Бюл. № 2).
На защиту выносятся:
Обоснование условий синтеза мезопористых силикатных материалов -выбора мольных соотношений компонентов синтеза, продолжительности гидротермальной обработки, использования органосилановых добавок с целью получения мезопористых силикатов с высокими текстурно-структурными характеристиками.
Анализ общих тенденций формирования мезопористых структур -MexOy-Si02, полученных методами соконденсации, ионообмена и пропитки диоксида кремния в присутствии органосилановых добавок TTSS и CNETES.
3. Влияние органосилановых добавок TTSS и CNETES в процессе синтеза
железо- и никельсодержащих силикатных мезопористых материалов методом
соконденсации с SiC>2 на их магнитные характеристики.
4. Результаты, полученные при использовании металлоксидных
мезопористых материалов в качестве полифункциональных модификаторов
полиуретановых систем.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 работ - 6 статей в рецензируемых научных журналах, в том числе 4 - из списка ВАК, 12 статей в сборниках, 8 тезисов докладов конференций, 1 патент.
Результаты работы представлены на следующих научных конференциях: Всероссийская научно-техническая конференция «Аэрокосмическая техника и высокие технологии» (Пермь 2007), I и II Международные конференции «Техническая химия: от теории к практике» (Пермь 2008, 2010), Proceedings of the 8th, 9th Israeli-Russian Bi-National Workshop «The Optimization of the Composition, Structure and Properties of Metal Oxides, Composites, Nano- and Amorphous Materials» (Израиль 2009, 2011), E-MRS Fall Meeting and Exhibit (Польша 2009), 3 IntT conference, edited by K. Vafai «Porous media and its application in science, engineering and industry» (Италия 2010), Proceedings of the International Conference on Nanotechnology «Fundamentals and Applications» (Канада 2010), IV Международная конференция-школа по химии и физике олигомеров «Олигомеры-2011» (Казань 2011), 7th International Symposium «Molecular Mobility and Order in Polymer Systems» (С.-Петербург 2011), XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Волгоград 2011).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка (190 наименований), изложена на 155 страницах, включает 58 рисунков, 36 таблиц.
