Настройка межфазных взаимодействий в поли(изопреновом) ферроэластомере путем модификации поверхности внедренных наночастиц металлического железа

Наночастицы (НЧ) нульвалентного металлического железа с модифицированной поверхностью были внедрены в поли(изопрен) (ПИ) и оценена энтальпия межфазной адгезии полученных ферроэластомеров. НЧ железа были синтезированы методом электрического взрыва проволоки (ЭВП) в инертном газе. Модификацию их поверхности проводили жидкостной обработкой активных конденсированных НЧ in situ на установке ЭВП. Энтальпию смешения поли(изопрена) с НЧ Fe определяли по термохимическому циклу, основанному на изотермическом калориметрическом измерении энтальпии растворения композитов PI/Fe в хлороформе при 25°C. По этим значениям оценивали энтальпию адгезии ПИ к поверхности модифицированных НЧ Fe с использованием изотермы Ленгмюра. Показано, что энтальпия адгезии сильно зависит от свойств поверхности НЧ Fe и ее модификации. Она была наименьшей в случае окисленных НЧ Fe и наибольшей для НЧ Fe, поверхность которых была модифицирована предварительно нанесенными полимерными оболочками.

1. Li L., Hu J., Shi X., Fan M., Luo J., Wei X. Nanoscale zero-valent metals: a review of synthesis, characterization, and applications to environmental remediation. Environ Sci Pollut Res, 2016, 23, P. 17880–17900.

2. Yang T.-I., Brown R.N.C., Kempel L. C., Kofinas P. Magnetodielectric properties of polymer-Fe3O4 nanocomposites. J Magn Magn Mater, 2008, 320(31), P. 2714–2720.

3. Jamal E.M.A., Joy P.A., Kurian P., Anantharaman M.R. Synthesis of nickel rubber nanocomposites and evaluation of their dielectric properties, Mater Sci Eng B-Adv, 2009, 156(13), P. 24–31.

4. Kong I., Ahmad S. H., Abdullah M. H., Hui D., Yusoff A.N., Puryanti D. Magnetic and microwave absorbing properties of magnetite thermoplastic natural rubber nanocomposites. J Magn Magn Mater, 2010, 322(21), P. 3401–3409.

5. Stepanov G.V., Chertovich A.V., Kramarenko E.Yu. Magnetorheological and deformation properties of magnetically controlled elastomers with hard magnetic filler. J Magn Magn Mater, 2012, 324(21), P. 3448–3451.

6. Kango S., Kalia S., Celli A., Njuguna J., Habibi Y., Kumar R. Surface modification of inorganic nanoparticles for development of organic– inorganic nanocomposites – a review. Progress Polym Sci, 2013, 38, P. 1232–1261.

7. Yuan W., Yuan J., Zhou L., Wu S., Hong X. Fe3O4@poly(2-hydroxyethyl methacrylate)-graft-poly(3-caprolactone) magnetic nanoparticles with branched brush polymeric shell. Polymer, 2010, 51, P. 2540–2547.

8. Pich A., Bhattacharya S., Ghosh A., Adler H.-J.P. Composite magnetic particles: 2. Encapsulation of iron oxide by surfactant-free emulsion polymerization. Polymer, 2005, 46, P. 4596–4603.

9. Campanella A., Di Z., Luchini A., Paduano L., Klapper A., Herlitschke M., Petracic O., Appavou M.S., Muller-Buschbaum P., Frielinghaus¨ H., Richter D. Nanocomposites composed of HEUR polymer and magnetite iron oxide nanoparticles: Structure and magnetic response of the hydrogel and dried state. Polymer, 2015, 60, P. 176–185.

10. Mocz´o J., Puk´anszky B. Polymer micro and nanocomposites: Structure, interaction, properties.´ J Ind Eng Chem, 2008, 14, P. 535–563.

11. Liu D., Pourrahimi A.M., Olsson R.T., Hedenqvist M.S., Gedde U.W. Influence of nanoparticle surface treatment on particle dispersion and interfacial adhesion in low-density polyethylene/aluminium oxide nanocomposites. Eur Polym J, 2015, 66, P. 67–77.

12. Chou F.-Y., Shih C.-M., Tsai M.-C., Chiu W.-Y., Lue S.J. Functional acrylic acid as stabilizer for synthesis of smart hydrogel particles containing a magnetic Fe3O4 core. Polymer, 2012, 53, P. 2839–2846.

13. Gelbrich T., Marten G.U., Schmidt A.M. Reversible thermoflocculation of magnetic core-shell particles induced by remote magnetic heating. Polymer, 2010, 51, P. 2818–2824.

14. Chen J., Du K., Chen X., Li Y., Huang J., Wu Y., Yang C., Xia X. Influence of surface microstructure on bonding strength of modified polypropylene/aluminum alloy direct adhesion. Appl Surf Sci, 2019, 489, P. 392–402.

15. Barroso-Bujans F., Serna R., et al. Grafting of poly(acrylic acid) onto an aluminum surface. Langmuir, 2009, 25(16), P. 9094–9100.

16. Beketov I.V., Safronov A.P., Bagazeev A.V., Larranaga A., Kurlyandskaya G.V., Medvedev A.I. In situ modification of Fe and Ni magnetic˜ nanopowders produced by the electrical explosion of wire. Journal of Alloys and Compounds, 2014, 586, P. S483–S488.

17. Safronov A.P., Kurlyandskaya G.V., Chlenova A.A., Kuznetsov M.V., Bazhin D.N., Beketov I.V., Sanchez-Ilarduya M.B., Martinez-Amesti A. Carbon deposition from aromatic solvents onto active intact 3d metal surface at ambient conditions. Langmuir, 2014, 30, P. 3243–3253.

18. Kotov Yu.A. Electric explosion of wires as a method for preparation of nanopowders. Journal of Nanoparticle Research, 2003, 5, P. 539–550.

19. Kurlyandskaya G.V., Bhagat S.M., Safronov A.P., Beketov I.V., Larranaga A. Spherical magnetic nanoparticles fabricated by electric explosion of wire. AIP Advances, 2011, 1, P. 042122.

20. Petrov A.V., Safronov A.P., Terziyan T.V., Beketov I.V. Effect of the nature of a polymer matrix on the enthalpy of adhesion interactions in composites filled with nickel nanoparticles. Polym Sci Ser A, 2012, 54(11), P. 840–848.

21. Terziyan T.V., Safronov A.P., Petrov A.V., Panteleeva M.V., Beketov I.V. Thermodynamics of interfacial interactions in composites based on nanodispersed NiO and methacrylic acid derivatives, Polym Sci Ser A, 2014, 56(1), P. 63–71.

22. Terziyan T.V., Safronov A.P., Zalyaeva E.R., Beketov I.V., Lakiza N.V. Thermochemical analysis of the interaction between interfaces in composites containing nanodispersed powders of Al and Al2O3. Russian Journal of Physical Chemistry A, 2020, 94(12), P. 2508–2513.

23. Safronov A.P., Bagazeev A.V., Demina T.M., Petrov A.V., Beketov I.V. Active surface modification for iron nanopowders produced by wire electrical explosion. Nanotechnologies in Russia, 2012, 7, P. 5–6.

24. Hiemenz P.C., Rajagopalan R., Principles of Colloid and Surface Chemistry. Marcel Dekker, New York, 1997, 651 p.

25. Takahashi A., Kawaguchi M. The structure of macromolecules adsorbed on interfaces. Adv Polym Sci, 1982, 46, P. 1–65.