НОВЫЕ ГИДРОФОБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  НА ОСНОВЕ РАДИАЦИОННО-СИНТЕЗИРОВАННЫХ ТЕЛОМЕРОВ  ТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА И МЕЛАМИНОВОЙ ГУБКИ

D.P. Kiryukhin; G.A. Kichigina; P.P. Kushch; E.N. Kabachkov; S.A. Baskakov; Y.M. Shulga

doi:10.6060/rcj.2021653.5

D.P. Kiryukhin ФГБУН Институт проблем химической физики РАН
G.A. Kichigina ФГБУН Институт проблем химической физики РАН
P.P. Kushch ФГБУН Институт проблем химической физики РАН
E.N. Kabachkov ФГБУН Институт проблем химической физики РАН
S.A. Baskakov ФГБУН Институт проблем химической физики РАН
Y.M. Shulga ФГБУН Институт проблем химической физики РАН

DOI: https://doi.org/10.6060/rcj.2021653.5

Ключевые слова: меламиновая губка, тетрафторэтилен, теломеры, радиационно-химический синтез

Аннотация

Меламиноформальдегидные смолы широко применяются в производстве различных изделий технического и бытового назначения. В результате вспенивания специальной смолы получают различные пенопласты, в том числе меламиновые губки (МГ), которые благодаря необычной сетчатой структуре и свойствам хорошо впитывают и смывают загрязнения и имеют ярко выраженные абразивные характеристики. Область применения меламиновых губок можно существенно расширить путем их модификации. Значительный интерес для модифицирования МГ представляют радиационно-синтезированные теломеры тетрафторэтилена (ТФЭ), позволяющие создавать защитные гидрофобные покрытия на различных материалах и изделиях. В настоящей работе приведены результаты исследования процесса гидрофобизации МГ с использованием теломеров ТФЭ, синтезированных в ацетоне и бинарном растворителе фреон 113+ аммиак. Состав и структура гидрофобизированных меламиновых губок изучены методами рентгеновской фотоэлектронной и рамановской спектроскопии, оптической и сканирующей электронной микроскопии. Показано, что обработка растворами теломеров тетрафторэтилена, позволяет придать исходному гидрофильному материалу высокогидрофобное состояние, характеризующееся краевым углом смачивания водой порядка 135-140°. Это существенно повышает эксплуатационные характеристики и расширяет возможности практического применения меламиновых губок. Изучена морфология и состав модифицированных образцов. Показано, что теломер может существовать в двух разных состояниях в пространственной сетке MГ: сильно связанной и слабосвязанной фракциях. Слабосвязанная фракция может быть удалена механически, сильно связанная остается на поверхности МГ даже после нескольких обработок растворителями, обеспечивая стабильность гидрофобных свойств губки.

Литература

Chen X., Weibel J.A., Garimella S.V. Continuous Oil-Water Separation Using Polydimethylsiloxane-Functionalized Melamine Sponge. Ind. Eng. Chem. Res. 2016. V. 55. N 12. P. 3596–3602. DOI: 10.1021/acs.iecr.6b00234.

Pham V.H., Dickerson J.H. Superhydrophobic Silanized Melamine Sponges as High Efficiency Oil Absorbent Materials. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. V. 6. N 16. P. 14181–14188. DOI: 10.1021/am503503m.

Li Z.-T., Wu H.-T., Chen W.-Y., He F.-A., Li D.-H. Preparation of Magnetic Superhydrophobic Melamine Sponges for Effective Oil-Water Separation. Sep. Purif. Technol. 2019. V. 212. P. 40–50. DOI: 10.1016/j.seppur.2018.11.002.

Nguyen D.D., Tai N.-H., Lee S.-B., Kuo, W.-S. Superhydro-phobic and Superoleophilic Properties of Graphene-Based Sponges Fabricated Using a Facile Dip Coating Method. Energy Environ. Sci. 2012. V. 5. P. 7908–7912. DOI: 10.1039/C2EE21848H.

Lei Z., Zhang G., Deng Y., Wang C. Thermoresponsive Melamine Sponges with Switchable Wettability by Interface-Initiated Atom Transfer Radical Polymerization for Oil/Water Separation. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. V. 9. N 10. P. 8967–8974. DOI: 10.1021/acsami.6b14565.

Kiryukhin D.P., Kichigina G.A., Bouznik V.M. Tetrafluoro-ethylene Telomers: Radiation_Initiated Chemical Synthesis, Properties, and Application Prospects. Polymer Science, Ser. A. 2013.V. 55. N 11. Р. 631–642. DOI: 10.1134/S0965545X13110011.

Kiryukhin D.P., Kichigina G.A., Kushch Р.Р., Kuryavyi V.G., Bouznik V.M. Radiation_chemical synthesis and properties of tetrafluoroethylene telomeres in fluorine_containing solvents. Rus. Chem. Bul. Int. Edition. 2013. V. 62. N 7. Р. 1659–1665. DOI: 1066-5285/13/6207-1659.

Kiryukhin D.P., Kichigina G.A., Kushch Р.Р., Bouznik V.M. Nizkomolekulyarnyye ftorpolimernyye materialy. Mono-grafiya "Ftorpolimernyye materialy" (glava 4). Tomsk: Izd-vo NTL, 2017. 600 p.

Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Kiryukhin D.P., Kichigina G.A., Кushch P.P. Coatings based on tetrafluoroethylene telomeres synthesized in trimethylchlorosilane for obtaining highly hydrophobic polyester fabrics. Progress in Organic Coatings. 2020. V. 139. P. 105485. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2019.105485.

Ivankin A.N., Sanaev V.G., Gorbacheva G.A., Ageev A.K., Kiryukhin D.P., Kichigina G.A., Kushch P.P. Modification of Properties of Natural Cellulose-Containing Composite Materials by Fluoroelastomers and Tetrafluoroethylene Telomers. Lesnoy Zhurnal- Forestry Journal. 2018. V. 2. P. 122–132. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.2.122.

Kichigina G.A., Kushch Р.Р., Kiryukhin D.P. Hydrophobi-zation of Porous Ceramic Materials Based on Quartz Fibers with Solutions of Tetrafluoroethylene Telomers. Russian Journal of Applied Chemistry. 2020. V. 93. N 2. P. 212–218. DOI: 10.1134/S1070427220020081.

Aldoshin S.M., Barelko V.V., Kiryukhin D.P., Kushch P.P., Petryakov D.N., Dorokhov V.G., Bykov L.A., Smirnov Yu.N. Development of Technological Foundations of Production of Glass/Polymer Composite Materials Using Tetrafluoroethylene Oligomers (Telomers) as Binders. Doklady Chemistry. 2013. V. 449. N 1. P. 103–106. DOI: 10.1134/S0012500813030014.

Kichigina G.A., Kushch Р.Р., Kiryukhin D.P., Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu. Use of Radiation-Synthesized Tetraflu-oroethylene Telomers with Silane End Groups for Hydro-phobization of Polyester Fabric. High Energy Chemistry.2020. V. 54. N 2. P. 123–129. DOI: 10.1134/S0018143920020095.

Buznik V.M., Ignat'yeva L.N., Kaydalova T.A., Kim I.P., Kiryukhin D.P., Kuryavyy V.G., Savchenko N.N., Slobodyuk A.B. Stroyeniye ftorpolimernykh produktov, poluchennykh iz rastvorov telomerov tetraftoretilena. Vysokomolek. soyed. A. 2008. V. 50. No 9. S. 1641–1647.

Kim I.P., Shulga Yu.M., Shestakov A.F. Application of infrared spectroscopy to investigation of the structure of tetrafluo-roethylene telomers in acetone and their intermolecular interaction. High Energy Chemistry. 2011. V. 45. N 1. P. 43–47. DOI: 10.1134/S0018143910061013.

Kushch P.P., Kichigina G.A., Kiryukhin D.P., Barinov D.Ya. Radiation synthesis of tetrafluoroethylene telomers with functional hydroxyl and amino end groups in Freon 113. High Energy Chemistry. 2018. V. 52. N 1. P. 52–57. DOI: 10.1134/S0018143918010071.

Kichigina G.A, Kushch P.P., Kiryukhin D.P., Barelko V.V., Dorokhov V.G., Bykov L.A., Kuznetsov M.V. Use of Solutions of Radiation-Synthesized Telomers of Tetrafluoroethylene to Modify Glass Fiber. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2016. V. 50. N 4. P. 519–525. DOI: 10.1134/S0040579516040114.

Meier R.J., Maple J.R., Hwang M.-J., Hagler A.T. Molecular Modeling Urea-and Melamine-Formaldehyde Resins. 1. A Force Field for Urea and Melamine. J. Phys. Chem. 1995. V. 99. N 15. P. 5445–5456. DOI: /10.1021/j100015a030.

Koglin E., Kip B.J., Meier R.J. Adsorption and Displacement of Melamine at the Ag/electrolyte Interface Probed by Surface-Enhanced Raman Microprobe Spectroscopy. J. Phys. Chem. 1996. V. 100. N 12. P. 5078–5089. DOI: 10.1021/jp953208t.

He L., Liu Y., Lin M., Awika J., Ledoux D.R., Li H., Mustapha A. A New Approach to Measure Melamine, Cyanuric Acid, and Melamine Cyanurate Using Surface Enhanced Raman Spectroscopy Coupled with Gold Nanosubstrates. Sens. Instrum. Food Qual. Saf. 2008. V. 2. N 1. P. 66–71. DOI: 10.1007/s11694-008-9038-0.

Huang H., Shende C., Sengupta A., Inscore F., Brouillette C., Smith W., Farquharson S. Surface-Enhanced Raman Spectra of Melamine and Other Chemicals Using a 1550 Nm (retina-Safe) Laser. J. Raman Spectrosc. 2012. V. 43. N 6. P. 701–705. DOI: 10.1002/jrs.3079.

Mircescu N. E., Oltean M., Chiş V., Leopold N. FTIR, FT-Raman, SERS and DFT Study on Melamine. Vib. Spectrosc. 2012. V. 62. P. 165–171. DOI: 10.1016/j.vibspec.2012.04.008.