Каталитические методы получения композитов на основе полиэтилена и многослойных углеродных нанотрубок

Проведен анализ эффективности различных методов введения МУНТ в состав полимерных композитов на основе полиэтилена (ПЭ) и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Рассмотрены: 1) механическое смешение МУНТ с расплавом полимера, 2) полимеризация этилена на высокодисперсном титан-магниевом катализаторе (ТМК) в присутствии МУНТ, 3) полимеризация этилена на катализаторе TiCl₄, предварительно закрепленном на поверхности МУНТ. Приготовлены композиты МУНТ/ПЭ и МУНТ/СВМПЭ с различным содержанием МУНТ (от 3,5 до 19 мас.%) при вариации условий полимеризации, охарактеризованы их свойства: равномерность распределения МУНТ в полимере, молекулярно-массовые характеристики, вязкость, текучесть, электропроводность. Показано, что наиболее равномерное распределение нанотрубок в полимерной матрице достигается в случае полимеризации этилена на катализаторе, непосредственно связанном с поверхностью нанотрубок (метод 3). Подход, базирующийся на смешении расплавов полимера с порошками МУНТ (метод 1), имеет ограниченное применение для получения МУНТ/СВМПЭ и не технологичен в силу высокой вязкости СВМПЭ. Полимеризация этилена на катализаторах ТМК в присутствии МУНТ или на катализаторах, предварительно закрепленных на МУНТ, дает практически одинаковое значение молекулярной массы образующегося полимера. Это может обеспечить получение композитов МУНТ/ПЭ с заданными свойствами полимера, контролируемыми путем выбора каталитической системы и условиями реакции полимеризации.

1. Volder De M.F.L., Tawfick S.H., Baughman R.H., Hart A.J. // Science. 2013. Vol. 339. P. 535–539.

2. Du J-H., Bai J., Cheng H-M. // Express Polym. Lett. 2007. Vol. 1. No. 5. P. 253–273.

3. Spitalsky Z., Tasis D., Papagelis K., Galiotis C. // Prog. Polym. Sci. 2010. Vol. 35. P. 357–401.

4. Han Z., Fina A. // Prog. Polym. Sci. 2010. Vol. 36. P. 914–944.

5. Kanagaraj S., Varanda F.R., Zhil’tsova T.V., Oliveira M.S.A., Simoes J.A.O. // Compos. Sci. Technol. 2007. Vol. 67. P. 3071–3077.

6. McNallya T., Pötschkeb P., Halleyc P., Murphyc M., Martinc D., Belld S.E.J., Brennane G.P., Beinf D., Lemoineg P., Quinng J.P. // Polymer. 2005. Vol. 46. P. 8222–8232.

7. Kazakova M.A., Kuznetsov V.L., Semikolenova N.V., Moseenkov S.I., Krasnikov D.V., Matsko M.A., Ishchenko A.V., Zakharov V.A., Romanenko A.I., Anikeeva O.B., Tkachev E.N., Suslyaev V.I., Zhuravlev V.A., Dorozkin K.V. // Phys. Status Solidi B. 2014. Vol. 251. No. 12. P. 2437–2443.

8. Ma P.-C., Siddiqui N.A., Marom G., Kim J.-K. // Composites: Part A. 2010. Vol. 41. P. 1345–1367.

9. Beyou E., Akbar S., Chaumont P. and Cassagnau P. // Chapter 5 in "Syntheses and Applications of Carbon Nanotubes and Their Composites" book edited by Satoru Suzuki. 2013. ISBN 978-953-51-1125-2.

10. Usoltseva A., Kuznetsov V., Rudina N., Moroz E., Haluska M., Roth S. // Phys. Status Solidi B. 2007. Vol. 244. P. 3920-3924.

11. Kuznetsov V.L., Krasnikov D.V., Schmakov A.N., Elumeeva K.V. // Phys. Status Solidi B. 2012. Vol. 249. No. 12. P. 2390–2394.

12. Mazov I.N., Kuznetsov V.L., Simonova I.A., Stadnichenko A.I., Ishchenko A.V., Romanenko A.I., Tkachev E.N., Anikeeva O.B. // Appl. Surf. Sci. 2012. Vol. 258. P. 6272– 6280.

13. Пат. 2346006 РФ; опубл.10.02.2009. [Pat. 2346006 RF. 2009].

14. Wilson T.P., Hurley C.P. // J. Polym. Sci., Part C., Polymer Symposium. 1963. Vol. 1. P. 281–304.

15. Drebushchak V.A. // J. Therm. Anal. Calorim. 2004. Vol. 76. P. 941–947.

16. Drebushchak V.A. //J. Therm. Anal. Calorim. 2004. Vol. 79. P. 213–218.