Vpliv površinske obdelave nanodelcev titanovega dioksida rutilne kristalne strukture na UV absorpcijske lastnosti polimernega nanokompozita : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2012

Disertacije   Nanodelci   polimerni nanokompoziti   rutil   TiO2   Titanov dioksid   UV absorber

Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo

Polimerni kompoziti, ki se uporabljajo tudi v premaznih sredstvih, estetsko spreminjajo okolje, v katerem živimo, obenem pa jih uporabljamo tudi za zaščito površin, ki lahko propadajo zaradi škodljivih zunanjih vplivov, npr. zaradi izpostave UV svetlobi. Nove tehnološke rešitve zaradi izboljšanja funkcionalne lastnosti, kot je npr. UV zaščita, se v industriji polimernih kompozitov uvajajo tudi s pomočjo nanotehnologije, v tem primeru z vgradnjo nanodelcev TiO2. Pomembno vlogo v skupini nanodelcev, ki se uporabljajo v polimernih kompozitih, predstavljajo nanodelci TiO2. Veliko raziskav je bilo usmerjenih v študij posebnih lastnosti nanodelcev TiO2, ki omogočajo doseganje posebnih funkcijskih lastnosti in transparentnosti polimernih kompozitov. Nanodelci TiO2 rutilne kristalne strukture so odlični UV absorberji, zato se dodajajo različnim polimernim kompozitom za doseganje izboljšane UV in vremenske obstojnosti. Za optimalno izkoriščanje posebnih lastnosti nanodelcev v polimernih kompozitih je ključni problem tendenca aglomeracije nanodelcev zaradi London - van der Waals - ovih interakcij v disperziji. To je mogoče preprečiti z ustrezno stabilizacijo nanodelcev v disperziji, kar zagotavlja tudi ozko porazdelitev velikosti delcev in posledično omogoča zadostno transparentnost polimernega kompozita ter učinkovitost UV zaščite. Eden izmed načinov stabilizacije nanodelcev TiO2 rutilne kristalne strukture v disperziji je površinska obdelava z anorganskimi ter organskimi snovmi. Površinska obdelava površine rutilnih TiO2 nanodelcev z anorganskimi oksidi je pomembna zaradi izboljšanja disperzbilnosti ter zmanjšanja fotokatalitske aktivnosti. Prav tako anorganski sloj na površini nanodelcev poveča njihovo specifično površino v primerjavi z neobdelanim nanodelcem. Po apliciranju anorganskega oksida na površini TiO2 je le ta v vodni disperziji obdelan še z organskimi reagenti - površinsko aktivnimi sredstvi, ki omogočajo stabilizacijo v topilu oziroma polimeru in vzpostavijo odbojne sile med posameznimi delci ter posledično izboljšajo funkcionalno učinkovitost sistema. Doktorski študij temelji na izvedbi dveh inovativnih sklopov dodatne površinske obdelave nanodelcev TiO2 rutilne kristalne strukture ter določitvi vpliva na aplikacijske lastnosti in UV absorpcijsko učinkovitost polimernih nanokompozitov. V ta namen smo uporabili s koprecipitacijsko metodo sintetizirane nanodelce TiO2 rutilne kristalne strukture. Poleg klasične stabilizacije nanodelcev TiO2 s polidimetilsiloksani smo razvili dodatna komplementarna postopka površinske obdelave. Z namenom izboljšanje stabilnosti nanodelcev v vodni ter polimerni disperziji smo v prvem sklopu raziskav nanodelce TiO2 dodatno površinsko obdelali z 3 - glicidil oksipropil trimetoksi silanom (GLYMO), v drugem pa z anorganskim oksidom ? - Fe2O3. Študirali smo vpliv razmerja TiO2/GLYMO ter procesnih pogojev priprave disperzij kot sta čas in temperatura površinske obdelave z GLYMO ter vpliv ut. % dodatka ? - Fe2O3 na stabilnost disperzije nanodelcev TiO2. V tretjem delu doktorske disertacije smo namesto nepravilne oblike TiO2 nanodelcev površinsko obdelali nanodelce TiO2 riževe strukture. Najprej so na TiO2 nanodelce precipitirali Al2O3. Nato smo jih površinsko obdelali z trisilanolnimi poliedrični oligomerni silseskvioksani (POSS). Študirali smo vpliv površinske obdelave TiO2 nanodelcev z POSS molekulami na transparenco ter UV zaščito polimernih nanokompozitov. S postopkom dodatne površinske obdelave nanodelcev TiO2 rutilne kristalne strukture smo potrdili postavljene teze o vplivu površinske obdelave na UV absorpcijske lastnosti kot tudi transparenco polimernega kompozita. Tako smo z dodatno površinsko obdelavo z ?-Fe2O3 dosegli višjo UV zaščito polimernega nanokompozita, v primeru dodatne površinske obdelave z GLYMO pa višjo transparenco polimernega nanokompozita.

07.08.2023