Синтез та властивості нанокомпозитів на основі фосфату цинку та пірогенного кремнезему

  • В. М. Богатирьов Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка Національної академії наук України
  • М. В. Борисенко Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка Національної академії наук України
  • М. В. Галабурда Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка Національної академії наук України
  • О. І. Оранська Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка Національної академії наук України
Ключові слова: фосфат цинку, пірогенний кремнезем, термоокислювальна деструкція, нанокомпозит, вологопоглинання, термостійкість, поверхневі активні центри

Анотація

Синтезовано серія зразків кремнезему, модифікованого фосфатом цинку (SiO2/Zn3(PO4)2) з використанням двостадійного методу, включаючи механічну обробку в фарфоровому барабані кульового млина суміші пірогенного кремнезему, ацетату цинку, фосфорної кислоти з дистильованою водою, з наступним сушінням порошку при 125 °С та завершальній термообробці зразків при 450 °С. Вміст фосфату цинку складало 0,1, 0,2 і 0,3 ммоль в розрахунку на 1 г SiO2. Встановлено формування кристалічної фази кристалогідрату Zn3 (PO4)2 4H2O (орторомбічна модифікація) після 125 °С та безводної моноклінної фази Zn3(PO4)2 на поверхні кремнезему при 450 °С. Методом ІЧ-Фур'є спектроскопії дифузного відбиття показано присутність смуг поглинання в області 3760-3600 см-1, які можна віднести до нерівноцінних структурних груп ‒ОН атомів кремнію та фосфору. З’ясовано, що збільшення кількості фосфату цинку в зразках супроводжується зменшенням питомої поверхні і показників вологопоглинання. Показано вплив отриманих фосфоровмісних нанокомпозитів на термостабільність алкідної полімерної матриці з використанням методу термогравіметрії.

Посилання

1. Liu L., Ding J., Sarrigani G.V., Fitzgerald P., Aljunid Merican Z.M., Lim J.-W., Tseng H.-H. Xie F., Zhang B., Wang D.K. Enhanced catalyst dispersion and structural control of Co3O4-silica nanocomposites by rapid thermal processin. Applied Catalysis B: Environmental. 2020. 262: 118246.  https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118246

2. Bogatyrov V. M., Gun'ko V. M.,. Galaburda M. V, Oranska O. I., Petryk I.S., Tsyganenko K. S., Savchuk Ya. I., Chobotarov A. Yu., Rudenchyk T. V., Rozhnova R. A., Galatenko N. A. The effect of photoactivated transformations of Ag and Ag0 in silica fillers on their biocidal activity. Res. Chem. Intermed. 2019. 45: 3985.  https://doi.org/10.1007/s11164-019-03885-2

3. Kopeikin V.A., Petrova A.P., Rashkovan I.L. Materials based on metal phosphates (Moscow: Chemistry, 1976) [in Russian].

4. Geng H., Liu J., Guo A., Ren S., Xu X., Liu S. Fabrication of heat-resistant syntactic foams through binding hollow glass microspheres with phosphate adhesive. Mater. Des. 2016. 95: 32.  https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.01.108

5. Vetrivendan E., Thendral G., Ravi Shankar A. Mallika C., Kamachi Mudali U. Aluminum phosphate sealing to improve insulation resistance of plasma-sprayed alumina coating. Mater. Manuf. Processes. 2017. 32(12): 1435.  https://doi.org/10.1080/10426914.2017.1339321

6. Li X., Xiao X., Li Q. Wei J., Xue H., Pang H. Metal (M = Co, Ni) phosphate based materials for high-performance supercapacitors. Inorg. Chem. Front. 2018. 5: 11.  https://doi.org/10.3390/ma6010217

7. Flanagan D. Zinc phosphate as a definitive cement for implant-supported crowns and fixed dentures. Clinical, Cosmetic and Investigational Dentistry. 2017. 9: 93.  https://doi.org/10.2147/CCIDE.S146544

8. Ermilov P.I., Indeikin E.A., Tolmachev I.A. Pigments and pigmented paints and varnishes. (Leningrad: Chemistry, 1987) [in Russian].

9. Wan H., Song D., Li X., Zhang D., Gao J., Du C. Effect of Zinc Phosphate on the Corrosion Behavior of Waterborne Acrylic Coating Metal Interface. Materials (Basel). 2017. 10(6): 654.  https://doi.org/10.3390/ma10060654

10. Bazylyak L., Kytsya A., Zin I., Korniy S. Synthesis and Studies of the Anticorrosion Activity of the Zinc Phosphate Nanoparticles. In: Functional Polymer Blends and Nanocomposites: A Practical Engineering Approach. (Apple Academic Press, Inc. NJ, USA. 2014).

11. Jadhav A. J., Holkar C. R., Pandit A. B. Pinjari D. V. Intensification of Synthesis of Crystalline Zinc Phosphate (Zn3(Po4)2) Nanopowder: Advantage of Sonochemical Method Over Conventional Method. Austin Chem Eng. 2016. 3(2): 1028.

12. Grzmil B., Kic B., Lubkowski K. Studies on Obtaining of Zinc Phosphate Nanomaterials. Rev. Adv. Mater. Sci. 2007. 14: 46. https://doi.org/10.1021/ie060188g

13. Pokhmursky V.I., Bilyi L.M., Zin J.I., Kytca A.R. Improving the protective properties of alkyd coatings with nanosized phosphate pigment. Physico-chemical mechanics of materials. 2014. 5: 7. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.1007/s11003-015-9764-5

14. Wang J., Li D., Liu J., Yang X., He J., Lu Y. One-Step Preparation and Characterization of Zinc Phosphate Nanocrystals with Modified Surface. Soft Nanoscience Letters. 2011. 1: 81  https://doi.org/10.4236/snl.2011.13015

15. Kociova S., Bytesnikova Z., Horky P., Kopel P., Adam V., Smerkova K. Zinc phosphate nanoparticles as an antimicrobial agent and their impact on rats microbiota. MendelNet. 2018. 25: 512.

16. Herschke L., Rottstegge J., Lieberwirth I., Wegner G. Zinc phosphate as versatile material for potential biomedical applications Part 1. J Mater Sci: Mater Med. 2006. 17: 81. https://doi.org/10.1007/s10856-006-6332-4

17. Horky P., Skalickova S., Urbankova L. et al. Zinc phosphate-based nanoparticles as a novel antibacterial agent: in vivo study on rats after dietary exposure. J Anim Sci Biotechnol. 2019. 10: 17.  https://doi.org/10.1186/s40104-019-0319-8

18. Gorelik S. S., Skakov Yu. A., Rastorguev L. N. X-ray and Electron-Optical Analysis. (Moscow: MISIS, 2002). [in Russian].

19. Arnaud Y., Sahakian E., Romand M. Study of hopeite coatings I. Pure hopeite thermal dehydration:dihydrate, Zn3(PO4)2·2H2O, structure conformation. Appl. Surf. Sci. 1988. 32: 281. https://doi.org/10.1016/0169-4332(88)90014-1

20. Yuan A., Wu J., Huang Z., Zhou Z., Wen Y., Tong, Z. Dehydration Kinetics of Zinc Phosphate Tetrahydrate α-Zn3(PO4)2•4H2O Nanoparticle. Chinese Journal of Chemistry. 2007. 25: 857. https://doi.org/10.1002/cjoc.200790157

21. Boratyrev V. M., Borysenko L. I., Oranska O. I., Galaburda M. V. МxOy/SiO2 nanocomposites based on fumed silica and Ni, Mn, Cu, Zn, Mg acetates. Surface. 2009. 15: 294. [in Russian].

22. Gun'ko V.M., Bogatyrev V.M., Oranska O.I. Structural transformation of ZnxOy/SiO2 nanocomposites. Appl. Surf. Sci. 2013. 276: 802.  https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.04.002

23. Pawlig O., Trettin R. Synthesis and characterization of α-HOPEITE, Zn3(PO4)2·4H2O. Mater. Res. Bull. 1999. 34(12/13): 1959.  https://doi.org/10.1016/S0025-5408(99)00206-8

24. Pawlig O., Trettin R. In-Situ DRIFT Spectroscopic Investigation on the Chemical Evolution of Zinc Phosphate Acid-Base Cement. Chem. Mater. 2000. 12: 1279.  https://doi.org/10.1021/cm991148o

25. Herschke L., Enkelmann V., Lieberwirth I., Wegner G. The Role of Hydrogen Bonding in the Crystal Structures of Zinc Phosphate Hydrates. Chem. Eur. J. 2004. 10: 2795.  https://doi.org/10.1002/chem.200305693

26. Bogatyrov V. M. Thermal transformations of phosphorus-oxygen compounds onto fumed surface. Surface. 1999. 3: 25. [in Russian].

27. Kodolov V. I. Flammability and fire resistance of polymeric materials. (Moscow: Chemistry, 1976). [in Russian].

28. Müller P., Schartel B. Melamine poly(metal phosphates) as flame retardant in epoxy resin: Performance, modes of action, and synergy. J. Appl. Polym. Sci. 2016. 133(24): 1.  https://doi.org/10.1002/app.43549

Опубліковано
2020-12-03
Як цитувати
Богатирьов, В. М., Борисенко, М. В., Галабурда, М. В., & Оранська, О. І. (2020). Синтез та властивості нанокомпозитів на основі фосфату цинку та пірогенного кремнезему. Поверхня, (12(27), 179-192. https://doi.org/10.15407/Surface.2020.12.179
Розділ
Наноматеріали і нанотехнології