ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ, 2019, том 89, № 1, с. 128-135
УДК УДК 541.64:539.3
РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ
ИОНОВ МЕДИ В НАНОПОРИСТЫХ МАТРИЦАХ НА
ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ
© 2019 г. О. В. Аржаковаa, *, А. А. Долговаa, Е. Г. Рухляa,
А. А. Зезинa,b, Е. А. Зезинаa, А. Л. Волынскийa
a Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Ленинские горы 1/3, Москва, 119991 Россия
*e-mail: arzhakova8888@gmail.com
b Институт синтетических полимерных материалов имени Н. С. Ениколопова
Российской академии наук, Москва, Россия
Поступило в Редакцию 8 мая 2018 г.
После доработки 8 мая 2018 г.
Принято к печати 15 мая 2018 г.
Изучено влияние предварительного отжига пленок полукристаллического полиэтилена высокой
плотности на параметры нанопористой структуры, образующейся при деформировании полимера в
физически активных жидких средах по механизму межкристаллитного крейзинга. Определены
оптимальные условия получения стабильных открытопористых полимерных материалов с высоким
уровнем пористости (50%) и размером пор до 10 нм. Впервые методом радиационно-химического
восстановления проведено in situ восстановление ионов меди до нуль-валентного состояния
непосредственно в порах нанопористой полимерной матрицы полиэтилена высокой плотности.
Показано, что в результате проведенной реакции в полимере формируются частицы меди нанометрового
размера, что обеспечивает возможность получения металл-полимерных нанокомпозитов с ценными
функциональными свойствами.
Ключевые слова: крейзинг, полиэтилен высокой плотности, открытопористая структура, нанокомпозит,
наночастицы меди
DOI: 10.1134/S0044460X19010207
В последние годы важным направлением науки
недостаткам этих методов следует отнести их
о материалах является разработка методов одно-
многостадийный характер и высокую стоимость, а
стадийного получения нанокомпозитных матери-
также сложности, связанные с необходимостью
алов на основе промышленных полимеров, вклю-
однородного распределения наночастиц в объеме
чающих наночастицы металлов. Такие материалы
полимера и предотвращения их агрегации. Новым
могут проявлять уникальные свойства (например,
методом получения металл-полимерных наноком-
антибактериальные, каталитические, оптохимичес-
позиционных материалов является проведение in
кие, электрофизические и пр.). Хорошо известно,
situ
радиационно-химического восстановления
что металл-полимерные гибридные материалы,
ионов металлов непосредственно в нанопористой
содержащие наночастицы меди, предотвращают
структуре полимерной матрицы. Проведение
появление и размножение водорослей, проявляют
радиационно-химического восстановления ионов
эффективные антибактериальные и фунгицидные
металлов до нуль-валентного состояния в присут-
свойства, в связи с чем они являются перспек-
ствии
нанопористых полимерных матриц
тивными для использования, в различных
предотвращает
протекание
коагуляционных
областях, например, в сельском хозяйстве для
процессов и формирование крупных агрегатов
хранения продукции [1, 2]. Традиционные методы
частиц металлов микронного размера, обеспе-
получения металл-полимерных гибридных мате-
чивает стабилизацию наночастиц металлов, а
риалов включают измельчение металлов до
также позволяет контролировать размер синтези-
наноразмеров с последующим введением получен-
руемых наночастиц. Кроме того, данный метод
ных наночастиц в расплав или раствор полимера. К
отличается высокой экологичностью и не требует
128
РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИОНОВ МЕДИ
129
использования токсичных и дорогостоящих
средах
по механизму межкристаллитного
химических реагентов. Универсальным методом
крейзинга в полимере реализуется высокодиспер-
формирования нанопористой структуры в твердых
сная нанопористая структура, при этом объемная
полимерах и создания нанопористых полимерных
пористость достигает около 50% [6, 7]. В данной
матриц является крейзинг - особый вид пласти-
работе для повышения эффективности крейзинга и
ческой деформации полимеров, который реали-
достижения высокого уровня пористости пред-
зуется при деформировании полимеров в
ложена методика предварительной структурной
физически активных жидких средах и сопровож-
модификации полимера за счет предварительного
дается формированием в полимере высокой
отжига при температуре, не превышающей
пористости (до 60%) с размерами пор в нано-
температуру плавления полимера
(128°С).
метровом диапазоне (до 10 нм) [3].
Температуру отжига выбирали по данным термо-
механических испытаний при изотермическом
Целью данной работы является получение
нагреве образцов полиэтилена высокой плотности
пористых матриц на основе полукристаллического
и определению напряжения в зависимости от
полиэтилена высокой плотности методом крейзинга
температуры. Отжиг пленок полиэтилена высокой
и их использование в качестве нанореакторов для
плотности проводили при 120°С в течение 30 мин.
последующего синтеза наночастиц меди при
Для сравнения структуры исходного полиэтилена
проведении in situ радиационно-химического
высокой плотности (образец
1) и образца,
восстановления. Важность получения нанокомпози-
отожженного при 120°С (образец 2), использовали
цонных полимерных материалов с наночастицами
метод дифференциальной сканирующей калори-
меди, в первую очередь, связана с широким
метрии (ДСК). Установлено, что для обоих
спектром антибактериальной активности нано-
образцов эндотермический пик плавления наблю-
частиц меди в отношении грамположительных и
дается при одинаковой температуре (128°С) и не
грамотрицательных бактерий при невысоких
происходит изменения общей степени кристалли-
показателях токсичности [1]. Антибактериальное и
чности полимера (около 59%), определенной по
фунгицидное
действие
наночастиц
меди
площади пика плавления с учетом теплоты
обусловлено тем, что ионы меди(II), высвобожда-
плавления идеального кристалла полиэтилена.
ющиеся при медленном окислении наночастиц
Однако по сравнению с исходным образцом на
меди(0), создают неблагоприятные условия для
ДСК термограмме образца 2 наблюдается изме-
роста бактериальных и грибковых колоний, а
нение формы пика плавления, а также происходит
также подавляют рост водорослей. Кроме того,
значительное сужение температурного интервала
большой интерес вызывает применение нано-
плавления ΔT от 45 до 35°C. Этот результат
частиц меди в ранозаживлении как в медицине, так
свидетельствует о совершенствовании кристалли-
и ветеринарии. При этом наночастицы меди не
ческой структуры полимера в процессе отжига за
только оказывают антибактериальное действие, но
счет процессов плавления дефектных кристаллов и
и стимулируют процессы регенерации, а также
последующей рекристаллизации и формирования
препятствуют вторичному инфицированию раны,
более крупных кристаллитов (ламелей).
что особенно актуально с учетом проблемы
профилактики хирургических инфекций, в том
Выбор эффективной физически активной жидкой
числе в стационарах
[4]. Кроме того, данные
среды для проведения крейзинга полиэтилена
материалы могут быть использованы как
высокой плотности проведен в соответствии с
каталитические системы для проведения электро-
оценкой параметра растворимости Гильдебранда
катализа, фотокатализа, а также газофазного
(Г), который представляет собой отношение
катализа [5].
энергии испарения к молекулярному объему
Для получения нанопористых полимерных
жидкости. В случае полиэтилена высокой плот-
матриц методом крейзинга использовали пленки
ности, в соответствии с характерным для него
полукристаллического
полиэтилена
высокой
значением Г, параметр растворимости физически
плотности с упорядоченной ламелярной струк-
активных жидких сред должен находиться в
турой, полученные методом рукавной экструзии
интервале 7.3 < Г < 12.7 [3] . Отметим, что важной
расплава с подачей рукава наверх. Известно, что
особенностью полукристаллических полимеров
при деформировании пленок полукристалли-
является их способность к ограниченному набу-
ческого полиэтилена высокой плотности в жидких
ханию в некоторых органических растворителях,
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 1 2019
130
АРЖАКОВА и др.
при этом проникновение низкомолекулярной
локализации н-декана только в аморфной фазе
органической жидкости осуществляется путем
полимера рассчитанная степень набухания
диффузии в аморфные области полукристалли-
аморфных областей полиэтилена высокой
ческого полимера, а кристаллическая ламелярная
плотности составила около
31 об%. Другими
структура полимера является непроницаемой для
словами, более четверти объема аморфной фазы
физически активных жидких сред. Таким образом,
набухшего образца занимает низкомолекулярная
происходит дополнительная пластификация и
жидкость (н-декан), что приводит к значительному
размягчение аморфных областей полимера, что
понижению температуры стеклования аморфной
обеспечивает эффективную вытяжку по механизму
фазы, свободного объема и подвижности цепей.
крейзинга в присутствии пластифицирующих сред
вплоть до высоких степеней удлинения за счет
Характер развития процесса крейзинга образца
раздвижения
кристаллических
ламелей
и
2 при его деформировании в н-декане оценивали по
протекания процессов кавитации и фибрилляции в
изменению геометрических размеров образцов за
межкристаллитных аморфных областях.
счет формирования макроскопической пористости.
Установлено, что максимальное значение объемной
При изучении влияния природы физически
пористости
(50%) достигается при степени
активных жидких сред на деформирование
вытяжки 200%. При деформировании полиэтилена
полиэтилена высокой плотности по механизму
высокой плотности в н-декане происходит форми-
крейзинга установлено, что равновесная степень
рование пористой структуры по всему объему
набухания полимера увеличивается при переходе
образца за счет протекания индуцированных
от спиртов к углеводородам, в полном соответ-
напряжением процессов кавитации и фибрилли-
ствии со значениями параметра растворимости
зации полимера в аморфной фазе. Параметры
Гильдебранда (МПа)1/2:
15.7-17.0 (полиэтилен
пористой структуры образца 2 определяли, измеряя
высокой плотности ), 13.5 (н-декан), 15 (н-гептан),
проницаемость полимера для жидкостей под
23.3 (бутанол) и
26 (этанол)
- чем ближе
действием градиента давления [9]. Показано, что
показатели данного параметра для полимера и
по сравнению с исходными образцами структурная
растворителя, тем выше степень набухания поли-
модификация полиэтилена высокой плотности в
мера и тем сильнее пластифицирующая способ-
результате предварительного отжига приводит к
ность жидкости по отношению к данному
значительному увеличению потока жидкости
полимеру. Действительно, равновесное набухание
(н-декана) через деформированные до фиксированной
полиэтилена высокой плотности в спиртах не
степени вытяжки (200%) образца - с 18 л/(м2·ч) для
превышает
1-3 об%, существенно возрастая в
образца 1 до 33 л/(м2·ч) для образца 2. Рассчи-
углеводородах (составляя, например, около 10 об%
танный по модели гидродинамического течения
в н-декане). На основании полученных данных в
жидкости Хагена-Пуазейля эффективный диаметр
качестве физически активных жидких сред для
пор увеличивается с 7.2 до 8.9 нм для образцов 1 и
создания пористой структуры в полиэтилене
2 соответственно, а эффективный диаметр
высокой плотности и получения на его основе
фибрилл, рассчитанный по гидродинамической
металл-полимерных нанокомпозиционных материалов
модели течения жидкости Д’Арси, возрастает с
был выбран н-декан.
10 до 12 нм. Таким образом, изменение исходной
Степень кристалличности исходных пленок
морфологии полимера за счет предварительного
полиэтилена высокой плотности, определенная
отжига позволяет варьировать параметры пористой
методом ДСК, как было указано выше, составляет
структуры, образующейся при деформировании
59%. Следовательно, доля аморфной фазы в
экструдированных пленок полиэтилена высокой
исходном образце равна 41%. Набухание можно
плотности в н-декане по механизму межкристал-
рассматривать как одностороннее смешение, т. е.
литного крейзинга. Показано, что максимально
только как проникновение растворителя в полимер.
полное удаление жидкой среды из объема
В случае частично кристаллического полимера
полимера и последующий отжиг (при 110°С в
молекулы растворителя, диффундируя в полимер,
течение 30 мин) позволяет получить стабильные
локализуются только в аморфных межламелярных
полимерные материалы на основе пленок полу-
областях; по мере увеличения объема растворителя
кристаллического полиэтилена высокой плотности
в полимере размер этих областей увеличивается за
при сохранении высокого уровня открытой
счет раздвигания макромолекул
[8]. С учетом
пористости и параметров пористой структуры.
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 1 2019
РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИОНОВ МЕДИ
131
Таким образом, были определены оптимальные
радикалы молекул спирта также выступают в
условия получения стабильных открытопористых
качестве восстановителей [11]. В случае исполь-
материалов с высоким уровнем пористости и
зования этилового спирта окисление радикала
размерами пор до 10 нм на основе полукристал-
CH3·CНOH приводит к образованию слабого
лического полиэтилена высокой плотности, дефор-
восстановителя
- ацетальдегида, что дополни-
мированного в физически активных жидких средах
тельно увеличивает эффективность восстановления
по механизму крейзинга.
ионов металлов и формирования наночастиц.
Продукты радиолиза образуются как в растворе,
Для получения металл-полимерных наноком-
так и в полимерной пленке. Процессы межфазного
позиционных материалов на основе полиэтилена
обмена продуктов радиолиза между пленкой
высокой плотности использовали новый эколо-
полимера и внешней водно-спиртовой средой
гически чистый метод
- in situ радиационно-
увеличивают эффективность образования металли-
химическое восстановление ионов меди непос-
ческих наноструктур в полимерных матрицах [13].
редственно в полимерной матрице. Вначале пленки
По сравнению с традиционными методами
образца 2 со стабильной открытопористой струк-
восстановления металлов в пористой полимерной
турой пропитывали 3%-ным раствором бромида
матрице при использовании в качестве химических
меди(II) в изопропаноле в течение 30 мин, при
восстановителей токсичных реагентов, например,
этом растворенный бромид меди вместе с
боргидрида натрия или гидразина, преимущества
растворителем активно проникает в поры
радиолитического метода восстановления ионов
полимера. При степени вытяжки 200% содержание
металлов до металла(0), в первую очередь, связаны
соли меди в пропитанном полимере составляет
с его экологической чистотой и использованием
около 3 мас%.
минимальных количеств безопасных химических
Восстановление ионов меди до нуль-валентного
реагентов (вода и спирт), а также с отсутствием в
состояния проводили путем облучения пленок
системе загрязняющих побочных продуктов
полиэтилена высокой плотности, содержащих соль
реакции.
меди, в присутствии водно-спиртовой среды на
Радиационно-химическое восстановление ионов
рентгеновской установке с эффективной энергией
металлов происходит в последовательных реакциях
квантов 16-25 кэВ. В облучаемой гетерогенной
одноэлектронного переноса:
системе продукты, участвующие в процессах
восстановления ионов металлов и формировании
Cu2+ → Cu+ → Cu0.
наночастиц, в основном образуются при радиолизе
Альтернативно данный процесс может включать
воды
[10]. Генерация активных частиц при
диспропорционирование ионов Cu(I) [12]:
радиолизе воды в общем виде может быть
представлена следующей схемой [11]:
2Cu+ → Cu2+ + Cu0.
H2O → e-aq , OH·, H3O+, H2, H·.
Нестабильные заряженные кластеры, которые
образуются на начальном этапе восстановления
Основные продукты радиолиза
- гидрати-
ионов до металла, являются источником генери-
рованные электроны и ОН-радикалы, которые
руемых наночастиц. Зародышеобразование включает
образуются с наиболее высоким выходом.
стадии образования нейтральных атомов металла
Гидратированные электроны обладают чрезвы-
из изолированных ионов меди и последующей
чайно высоким восстановительным потенциалом
агрегации атомов и ионов меди в кластеры. Рост и
(-2.9 В)
[12]. В данном случае ОН-радикалы
коагуляция кластеров приводят к формированию
выступают в качестве окислителей. Для подав-
наночастиц:
ления окислительных процессов и создания
благоприятных условий для восстановления ионов
Cu0 + Cu2+ → (Cu2)2+ → (Cu4)2+ → (Cum)n+,
металлов в воду добавляют спирты [11], которые
(Cum)n+ + (Cuk)g+ → (Cum+k)(n+g)+.
являются эффективными акцепторами радикалов
Для атомов и кластеров, включающих несколько
·ОН:
атомов, потенциалы восстановления гораздо более
CH3CH2OH + OH· → CH3·CНOH + H2O.
отрицательные, чем для соответствующих коллоидных
Использование спиртов при радиолизе находит
частиц металлов. С ростом размеров кластеров
широкое применение, поскольку углеводородные
потенциал восстановления уменьшается [14].
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 1 2019
132
АРЖАКОВА и др.
Методом просвечивающей микроскопии уста-
новлено, что радиационно-химическое восстанов-
ление ионов меди приводит к формированию в
полимерной матрице наночастиц меди несколько
асимметричной формы со средним размером 8-
13 нм. На рисунке представлена гистограмма
распределения по размерам полученных нано-
частиц меди.
Таким образом, показано, что экологически
чистый метод радиационно-химического восстанов-
ления ионов меди непосредственно в полимерной
Размер, нм
матрице полиэтилена высокой плотности является
эффективным инструментом для получения нового
Гистограмма распределения по размерам частиц меди,
типа металл-полимерных нанокомпозиционных
полученных радиационно-химическим восстановлением
ионов меди в матрице образца 2.
систем с наночастицами металлов и открывает
принципиальную возможность синтеза гибридных
Очевидно, что все радикальные восстановители
наноматериалов на основе широкого круга
(гидратированный электрон с восстановительным
полимеров и различного типа металлов. Такого
потенциалом -2.9 В и CH3·CHOH с восстанови-
рода материалы с высоким содержанием нано-
тельным потенциалом -1.5 В [12]) и ацетальдегид
частиц меди с размерами до 13 нм могут быть
(стабильный продукт радиолиза) могут реаги-
эффективно использованы в качестве антибакте-
ровать с ионами Сu2+ с образованием ионов Сu+.
риальных материалов (по отношению к E. coli, St.
Потенциал, необходимый для восстановления Cu+
aureus, Staphylococcus aureus, Clostridium difficile и
в изолированный нейтральный атом меди Cu,
пр.), фунгицидных (по отношению к Candida utilis,
чрезвычайно высок
(-2.7 В по оценкам
[12]).
Penicillium chrysogenum, Aspergillus niger), и противо-
Таким образом, критическим шагом в генерации
вирусных материалов (аденовирус, Influenza A).
наночастиц является образование Cu(0)-атомов.
Это происходит только по реакции с таким
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
сильным восстановителем, как гидратированный
электрон [11]. Дальнейшие процессы формиро-
Исследования проводили на пленках промыш-
вания кластеров Cu
n+ и, наконец, наночастиц не
ленного полукристаллического полиэтилена высокой
требуют столь мощных восстановителей. Обе
плотности марки Stamylan (DSM) толщиной
активные частицы и ацетальдегид могут выступать
25 мкм. Предварительный отжиг пленок поли-
в качестве восстановителя и обеспечивать рост
этилена высокой плотности проводили при 120°С в
наночастиц. После облучения исходные бесцветные
течение 30 мин. Исследование методом ДСК
пленки полиэтилена высокой плотности с
проводили на термоанализаторе TA 4000 (Mettler);
введенной в них солью бромида меди(II) приоб-
скорость нагрева составляла 10 град/мин.
ретают характерный желто-коричневый цвет, что
Начальные размеры пленок составляли 50 мм ×
свидетельствует об образовании металлической
30 мм. Растяжение пленок осуществляли в ручном
меди. Важно отметить, что метод in situ
зажиме со скоростью 5 мм/мин при комнатной
радиационно-химического восстановления ионов
температуре до фиксированной конечной длины
металлов в полимерной матрице позволяет
образца. В качестве физически активной жидкой
проводить локальное восстановление ионов
среды использовали н-декан. Степень набухания αm
металлов при движении облучающим пучком по
образцов полиэтилена высокой плотности опреде-
полимеру вдоль определенной траектории и таким
ляли весовым методом и вычисляли по формуле (1).
образом формировать узор проводящего металла.
На микродифрактограмме образца, облученного
m m0
m =
100,
(1)
в течение 30 мин, наблюдаются рентгеновские
m0
рефлексы, отвечающие межплоскостным рассто-
яниям 2.08, 1.81, 1.28 и 1.09 Å, что соответствует
где m - масса набухшего образца полимера, m0 -
кристаллической решетке меди.
масса исходного образца.
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 1 2019
РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИОНОВ МЕДИ
133
Объемную степень набухания αv вычисляли по
зовали приближение модели Хагена-Пуазейля.
формуле (2).
Согласно этой модели, пористая структура
представляет собой систему сквозных тонких каналов,
V
m/ж
,
пронизывающих поперечное сечение образца, по
v =
=
(2)
V0 V
m0/п + m/ж
которым течет жидкость. Поток жидкости Q в этом
случае описывается формулой (5).
где V0 - исходный объем, m0 - исходная масса, ΔV -
приращение объема, Δm - приращение массы, ρп -
nr4Sp
Wr2Sp
Q =
=
,
(5)
плотность полимера, ρж
- плотность жидкости.
8d
8d
Степень набухания пересчитывали с учетом
где n - число пор на единицу поверхности, r -
радиус пор, Δp -перепад давления, d - толщина
набухания только аморфной части (αам) по
деформированной пленки, η - вязкость жидкости,
формуле (3).
S - площадь мембраны, W - пористость.
v/ж
vм =а
,
(3)
Пористость W определяли по формуле (6).
v/ж + (1 v)(1 )/п
W = πnr2,
(6)
где αv - набухание образца (об%), κ - степень
где n - число пор на единицу поверхности, r -
кристалличности полимера, ρп
- плотность
радиус пор.
полимера, ρж - плотность жидкости.
Диаметр пор рассчитывали по формуле (7).
Взвешивание производили на лабораторных
весах ER-182A (Германия) с точностью до 0.1 мг.
Q8d
Dп = 2
,
(7)
Пористость образцов определяли по изменению
WSp
геометрических размеров образцов в процессе
Диаметр фибрилл рассчитывали с исполь-
вытяжки и вычисляли по формуле (4).
зованием модели гидродинамического течения
жидкости Д’Арси. В этой модели пористая
V
,
(4)
W =
структура деформированного полимера представ-
V0 V
ляется как сетка хаотически переплетенных
где V0
- исходный объем образца, ΔV
-
волокон. Константу гидродинамического сопротив-
приращение объема в процессе вытяжки. Изме-
ления (K), из которой вычисляли диаметр фибрилл,
рения проводили не менее чем для пяти образцов,
находили по формуле (8).
усредняя результаты. Погрешность измерения
D
1
2
ф
1
составляла ±3%.
,
(8)
K =
ln
32
1 + 2
Внутреннюю структуру деформированных в
физически активных жидких средах пленок
где Dф - диаметр фибрилл, φ - объемная доля
полиэтилена высокой плотности исследовали
фибриллизованного материала (φ = 1 - W, где W -
методом жидкостного проницания под действием
объемная пористость полимера).
градиента давления. Деформированные образцы
Облучение образцов проводили в водно-
без удаления жидкой среды (н-декана) жестко
спиртовой смеси с содержанием этанола 10% для
фиксировали по периметру металлической рамкой
деактивации образующихся ОН-радикалов
[13].
и помещали в серийную мембранную ячейку ФМО-
Для предотвращения окисления растворенным в
2, заполненную н-деканом. Рабочее давление в
воде кислородом и создания инертной среды
системе составляло 1 атм; давление на образец
облучаемый раствор барботировали аргоном марки
подавали через компрессор. Для измерения объема
ОСЧ во время всего процесса облучения. Сушку
жидкости, прошедшей через пористый образец под
облученных пленок также проводили в атмосфере
действием градиента давления, к прибору
аргона. Пленки полукристаллического полиэтилена
присоединяли градуированную пипетку. Изме-
высокой плотности облучали на рентгеновской
рения проницаемости проводили не менее чем для
установке с трубкой 5-БХВ-6W (50 кВ). Мощность
пяти образцов, усредняя результаты. Погрешность
дозы, определенная с помощью ферросульфатной
измерения составляла ±5%.
дозиметрии с учетом эффективной энергии
Для оценки размеров пор в образцах, дефор-
рентгеновского излучения, составляла 8 Гр/c. Для
мированных по механизму крейзинга, исполь-
полимерных пленок, содержащих ионы Cu2+,
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 1 2019
134
АРЖАКОВА и др.
проводился пересчет дозы с учетом массовых
4.
Cervantes C., Gutierrez-Corona F. // FEMS Microbiol
коэффициентов
поглощения рентгеновского
Rev. 1994. Vol. 14. N 2. P. 121.
излучения. Проникающая способность фотонов с
5.
Gawande M.B., Goswami A., Felpin F.-X., Asefa T.,
Huang X., Silva R., Zou X., Zboril R., Varma R.S. //
энергией 20-30 кэВ достаточна для равномерной
Chem. Rev. 2016. Vol. 116. N 6. P. 3722. doi 10.1021/
ионизации полимерных пленок толщиной 25 мкм.
acs.chemrev.5b00482
Для получения информации о размерах и
6.
Аржакова О.В., Долгова А.А., Ярышева Л.М.,
структуре наночастиц меди, а также их
Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф. // Перспектив. матер.
пространственном распределении в полимерных
2011. Т. 8. № 1. С. 32; Arzhakova O.V., Dolgova A.A.,
пленках использовали просвечивающую электрон-
Yarysheva L.M., Volynskii A.L., Bakeev N.F. // Inorg.
ную микроскопию в сочетании с микродифрак-
Mater. Appl. Res. 2011. Vol. 2. N 5. P. 493. doi
цией. Микрофотографии и микродифрактограммы
10.1134/S2075113311050078
получены с помощью микроскопа Leo-912 AB
7.
Volynskii A.L., Bakeev N.F. Surface Phenomena in the
OMEGA при ускоряющем потенциале 60-120 кВ
Structural and Mechanical Behaviour of Solid
(пространственное разрешение 0.34 нм). В качестве
Polymers. Boca Roton; London; New York: Taylor &
стандарта использовали микродифрактограмму
Francis, 2016. 536 p.
золота.
8.
Лапшин В.А. Дис. … канд. хим. наук. M.: МГУ,
1977.
ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА
9.
Аржаковa О.В., Ярышева Л.М., Гальперина Н.Б.,
Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф., Козлов П.В.
//
Работа выполнена при финансовой поддержке
Высокомол. соед. (Б). 1989. Т. 31. № 3. C. 211.
Российского научного фонда (грант
№ 17-73-
10.
Zezin A.A., Feldman V.I., Shmakova N.A., Valueva S.P.,
20180).
Ivanchenko V.K., Nikanorova N.I. // Nucl. Instrum.
Methods Phys. Res. (B). 2007. Vol. 265. N 1. P. 334.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
doi 10.1016/j.nimb.2007.08.068
11.
Ершов Б.Г. // Рос. хим. ж. 2001. Т. 14. № 3. С. 20.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта
12.
Ершов Б.Г. // Изв. АН Сер. хим. 1994. Т. 43. № 1.
интересов.
С. 25; Ershov B.G. // Russ. Chem. Bull. 1994. Vol. 43.
P. 16. doi 10.1007/BF00699128
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
13.
Зезин А.А., Фельдман В.И., Абрамчук С.С.,
Иванченко В.К., Зезина В.А., Шмакова Н.А.,
1. Banik S., Pérez-de-Luque A. // Span. J. Agric. Res.
Шведунов В.И. // Высокомол. соед. (С). 2011. Т. 53.
2017. Vol. 15. N 2. P. e1005. doi 10.5424/sjar/2017152
№ 7. С. 1231; Zezin A.A., Feldman V.I., Abramchuk S.S.,
2. Ponmurugan P., Manjukarunambika K., Elango V.,
Ivanchenko V.K., Zezina E.A., Shmakova N.A.,
Gnanamangai B.M. // J. Exp. Nanosci. 2016. Vol. 11.
Shvedunov V.I. // Polym. Sci. (C). 2011. Vol. 53. P. 61.
N 13. P. 1019. doi 10.1080/17458080.2016.1184766
doi 10.1134/S1811238211060038
3. Volynskii A.L., Bakeev N.F. Solvent Crazing of
14.
Murray R.W. // Chem. Rev. 2008. Vol. 108. N 7.
Polymers. Amsterdam, New-York: Elsevier, 1995. 423 p.
P. 2688. doi 10.1021/cr068077e
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 1 2019
РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИОНОВ МЕДИ
135
Radiation-Chemical Reduction of Copper Ions
in Nanoporous Matrices Based on High-Density Polyethylene
O. V. Arzhakovaa*, A. A. Dolgovaa, E. G. Ruhlyaa, A. A. Zezina,b,
E. A. Zezinaa, and A. L. Volynskiia
a Lomonosov Moscow State University, Moscow, 119991 Russia
*e-mail: arzhakova8888@gmail.com
b N.S. Enikolopov Institute of Synthetic Polymeric Materials, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Received May 8, 2018
Revised May 8, 2018
Accepted May 15, 2018
The effect of preliminary annealing of high-density semi-crystalline polyethylene films on the parameters of a
nanoporous structure formed during polymer deformation in physically active liquid media by the intergranular
crazing mechanism was studied. Optimal conditions for obtaining stable open-cell polymeric materials with a
high level of porosity (50%) and pore size up to 10 nm were selected. For the first time, the in situ reduction of
copper ions to a null-valence state in the pores of the high density polyethylene nanoporous polymer matrix was
carried out using the radiation-chemical reduction method . As a result of the reaction, nanometer-sized copper
particles were formed in the polymer, which makes it possible to produce metal-polymer nanocomposites with
valuable functional properties.
Keywords: crazing, high-density polyethylene, open-cell structure, nanocomposite, copper nanoparticles
ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 1 2019