Структурні особливості та магнітні властивості композитів залізо/поліпропілен
Анотація
Залізовмісні поліпропіленові (ПП) композити синтезували осадженням нітрату заліза(III) з водних розчинів різної концентрації на поліпропіленову матрицю з наступним висушуванням при ≤110 °C і нагріванням при ≤230°C. Отримані композити охарактеризовані методами скануючої електронної мікроскопії в поєднанні з енергодисперсійним елементним аналізом (SEM/EDS), рентгенівською дифрактометрією (XRD) та електронно-магнітним резонансом (EMR). Дослідження показало, що композити, отримані термічним розкладанням заліза (III) нітрати з водних розчинів на поліпропіленовій матриці з подальшою термічною обробкою при 220 °С утворюють двофазну систему ізотактичного поліпропілену та магнетиту. Дані SEM/EDS показали нерівномірний розподіл залізовмісного компонента на поверхні поліпропілену навіть у зразках із вмістом заліза менше ніж 1% за вагою. Спектри ЕМР вказують на утворення суперпарамагнітних і феромагнітних частинок у поліпропіленовій матриці, які зв'язані з нанорозмірними частинками магнетиту різних розмірів. Теоретичні спектри розраховувалися за рівнянням Ландау-Ліфшица-Гільберта з урахуванням форм резонансного сигналу Лоренца, Гауса та Дайсона. Ці теоретичні спектри, які враховували залежність значень g-фактора та ширини ліній спектрів ЕМР від розміру частинок, були скориговані відповідно до експериментальних даних для уточнення характеристик магнітного резонансу залізовмісних частинок. Дослідження показало, що частинки магнетиту, що утворюються при термічному розкладанні нітрату заліза(III), нанесеного з водного розчину на поліпропіленову матрицю, суттєво не взаємодіють з поліпропіленом. Вони залишаються рухливими на поверхні полімеру та схильні до агрегації, що створює проблеми для досягнення однорідного композитного матеріалу.
Посилання
1. Osman A.F., Mariatti M. Properties of Aluminum Filled Polypropylene Composites. Polym. Polym. Compos. 2006. 14(6): 623. https://doi.org/10.1177/096739110601400608
2. Taşdemır M., Gülsoy H.Ö. Mechanical Properties of Polymers Filled with Iron Powder. Int. J. Polym. Mater. 2008. 57(3): 258. https://doi.org/10.1080/00914030701473656
3. Altan M., Yildirim H., Uysal A. Tensile properties of polypropylene/metal oxide nano composites. TOJST. 2011. 1(1): 25.
4. Moravskyi V., Kucherenko A., Kuznetsova M., Dulebova L., Spišák E., Majerníková J. Utilization of Polypropylene in the Production of Metal-Filled Polymer Composites: Development and Characteristics. Materials. 2020. 13(12): 2856. https://doi.org/10.3390/ma13122856
5. Dabees S., Elshalakany A., Tirth V., Kamel B.M. Synthesis and characterization studies of high-density polyethylene-based nanocomposites with enhanced surface energy, tribological, and electrical properties. Polymer Testing. 2021. 98: 107193. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2021.107193
6. Wu Y., Xu L., Jiang Y. Preparation and Thermal Properties of Modified Cu2O/ Polypropylene (PP), Compos. Mater. 2020. 13: 309. https://doi.org/10.3390/ma13020309
7. Yurkov Yu., Kozinkin A.V., Nedoseikina T.I., Shuvaev A.T. et al. Copper Nanoparticles in a Polyethylene Matrix. Inorg. Mater. 2001. 37(10): 997. https://doi.org/10.1023/A:1012314723759
8. Ong H.L., Akil H.M, Mahmud Sh. Effect of Particle Morphology on the Properties of Polypropylene/Nanometric Zinc Oxide (PP/Nanozno) Composites. Adv. Compos. Lett. 2009. 18(3): 77. https://doi.org/10.1177/096369350901800302
9. Silva C., Bobillier F., Canales D., Sepúlveda F.A., etc. Mechanical and Antimicrobial Polyethylene Composites with CaO Nanoparticles. Polymers. 2020. 12(9): 2132. https://doi.org/10.3390/polym12092132
10. Gupta N., Paramsothy M. Metal- and Polymer-Matrix Composites: Functional Lightweight Materials for High-Performance Structures. JOM. 2014. 66(6): 862. https://doi.org/10.1007/s11837-014-0969-0
11. Griffiths E., Wilmers J., Bargmann S., Reddy B.D. Nanoporous metal based composites: Giving polymers strength and making metals move. J. Mech. Phys. Solids. 2020. 137: 103848. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2019.103848
12. Kalia S., Kango S., Kumar A., Haldorai Y. Magnetic polymer nanocomposites for environmental and biomedical applications. Colloid Polym Sci. 2014. 292: 2025. https://doi.org/10.1007/s00396-014-3357-y
13. Karna S.K., Mishra S.R., Gunapala E., Dubenko I. et al. Synthesis and Characterization of FeNi /Polymer Nanocomposites. JNN. 2010. 10(9): 5879. https://doi.org/10.1166/jnn.2010.3106
14. .Nisar M., Bernd M., Filho L., Geshev J. Polypropylene/carbon nanotube magnetic composites obtained using carbon nanotubes from sawdust. Polym. Advan. Technol. 2019. 30(2): 457. https://doi.org/10.1002/pat.4493
15. He Q., Yuan T., Zhu J., Luo Z., et al. Magnetic high density polyethylene nanocomposites reinforced with in-situ synthesized Fe@FeO core-shell nanoparticles. Polymer. 2012. 53: 3642. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2012.06.010
16. Wang Y., Li J., Zhang Z., Wang J., et al. Magnetic polypropylene composites with selectively localized reactive nano-Fe3O4 in toughener of POE-g-MAH: Towards super toughness, high flexibility and balanced strength. Mater. Des. 2022. 217: 110607. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.110607
17. Carosio F., Fina A., Coisson M. Polypropylene-based ferromagnetic composites. Polymer Bulletin. 2010. 65(7): 681. https://doi.org/10.1007/s00289-010-0282-1
18. Shirinova H., Palma L.D., Sarasini F., Tirillò J. Synthesis and Characterization of Magnetic Nanocomposites for Environmental Remediation. Chem. Eng. Trans. 2016. 47: 103.
19. Orellana F., Lisperguer J., Nuñez C. Synthesis and characterization of polypropylene-silica, alumina and titania nanoparticles, prepared by melting. J. Chil. Chem. Soc. 2014. 59(1): 2389. https://doi.org/10.4067/S0717-97072014000100030
20. Reinholds I., Kalkis V., Zicans J., Meri R.M. Mechanical, structural and magnetic properties of polypropylene/iron ferrite magnetic nanocomposites. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2012. 38: 012030. https://doi.org/10.1088/1757-899X/38/1/012030
21. Palma L.D., Bavasso I., Sarasini F., Tirillo J. Effect of nano‐magnetite particle content on mechanical, thermal and magnetic properties of polypropylene composites. Polym. Compos. 2018. 39: E1742. https://doi.org/10.1002/pc.24727
22. Koo J., Kim H., Kim K, Jang Y.R., et al. Controlling the magnetic properties of polymer-iron oxide nanoparticle composite thin films via spatial particle orientation. RSC Adv. 2016. 6: 55842. https://doi.org/10.1039/C6RA10026K
23. Novakova A.A., Lanchinskaya V.Yu., Volkov A.V., Gendler T.S. Magnetic properties of polymer nanocomposites containing iron oxide nanoparticles. J. Magn. Magn. Mater. 2003. 258-259: 354. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(02)01062-4
24. Taha T.A.M., Tharwat M., Ismael A. A Comprehensive Study of Structural, Thermal, and Dielectric Properties of Melt-Processed Polypropylene/Ni0.9Zn0.1Fe2O4 Nanocomposites. J. Compos. Sci. 2024, 8(4): 117. https://doi.org/10.3390/jcs8040117
25. Mandiola B.C., Bolados H.A., Geshev J., Quíjada R. Study of the Influence of Magnetite Nanoparticles Supported on Thermally Reduced Graphene Oxide as Filler on the Mechanical and Magnetic Properties of Polypropylene and Polylactic Acid Nanocomposites. Polymers (Basel). 2021. 13(10): 1635. https://doi.org/10.3390/polym13101635
26. Bui T.Q., Ton S.N., Duong A.T., Tran H.T. Size-dependent magnetic responsiveness of magnetite nanoparticles synthesised by co-precipitation and solvothermal methods. J. Sci.: Adv. Mater. Devices. 2018. 3: 107. https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2017.11.002
27. Khalilova S.R., Osmanova S.N., Ismailov E.H. Synthesis of iron-polypropylene and iron-high density polyethylene composites. Chem. Sci. Symp. 2023: Chemistry of polymers. Books of abstacts. (October 26-27, 2023, London, UK). P. 079.
28. Khalilova S.R., Rustamova A.I., Osmanova S.N., Ismailov E.H. Synthesis and Characterization of Iron-containing PP and HDPE based composites. 2nd Int. Sci Conf., Book of abstacts, (November 23-25, 2023, Tbilisi, Georgia). P. 22.
29. Zapata P., Quijada R. Polypropylene Nanocomposites Obtained by In Situ Polymerization Using Metallocene Catalyst: Influence of the Nanoparticles on the Final Polymer Morphology. J. Nanomater. 2012. 1: 194543. https://doi.org/10.1155/2012/194543
30. Gubin S.P., Spichkin Y.I, Yurkov G.Yu., Tishin A.M. Nanomaterial for High-Density Magnetic Data Storage. Russ. J. Inorg. Chem. 2002. 47(1): S32.
31. Guskos N., Typek J., Maryniak M., Roslaniec Z.,Petridis D.,Kwiatkowska. M. FMR study of γ-Fe2O3 magnetic nanoparticles in a multiblock poly(ether-ester) copolymer matrix. Materials Science-Poland. 2005. 23(4): 57.
32. Guskos N., Maryniak M., Typek J, Pełech I. et al. Temperature Dependence of the FMR Spectra of Polymer Composites with Nanocrystalline α-Fe/C filler. SSP. 2007. 128: 213. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.128.213
33. Broek J., et al. Size effect on the Curie temperature of ferromagnetic nanoparticles. J. Magn. Magn. Mater. 2010. 322(3).
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
