Some Properties and Structural Features of Poly(Vinyl Chloride)/Cu Films with Copper Nanoparticles Obtained by Exploding Wire Method

Abstract

У роботі представлено результати комплексного дослідження впливу умов отримання та модифікації нанокомпозитних полімерних матеріалів на їхній релаксаційний стан, процеси структуроутворення, в’язкопружні, термостабільні, антибактеріальні та інші властивості. Вивчено композитні плівки, що складаються з полівінілхлоридної матриці та наповнювача у вигляді наночастинок міді, одержаних методом електричного вибуху провідника. Як методи дослідження використано: метод термостимулюваної деполяризації, методи ТГ-ДТГ-ДТА термічного аналізу, метод вимушених резонансних коливань на звукових частотах, ІЧ- та КР-спектроскопію, спектроскопічний метод визначення антибактеріальної активності, фотолюмінісцентний аналіз та ін. Досліджена реакція нанонаповнених полівінілхлоридних систем на дію зовнішніх полів різної природи: орієнтуючого постійного електричного поля, температурного поля, ультрафіолетового випромінювання. Оцінено ступінь модифікації полівінілхлоридних систем нанорозмірним наповнювачем та зовнішніми енергетичними полями різної природи. Встановлені особливості поводження елементів структури полівінілхлориду під впливом цих модифікуючих факторів. З’ясована роль нанонаповнення у формуванні комплексу властивостей композиту. Показано, що термоелектрети з металонаповнених ПВХ-систем за своїми електретними характеристиками перевершують традиційні ПВХ-матеріали. Наночастинки міді у полівінілхлоридних системах відіграють роль фотостабілізаторів та антирадів, сповільнюючи процеси старіння та деструкції полімерного матеріалу під впливом УФ-променів. Отримані металонанокомпозити мають стійкі показники поглинаючої здатності високоенергетичного радіаційного поля, що дозволяє використовувати їх як матеріали для захисту від зовнішнього випромінювання. Підтверджено високу антибактеріальну активність плівок ПВХ/наноCu по відношенню до золотистого стафілококу.

The paper presents complex investigation results of preparation condition influence and nanocomposite polymer materials modification on their relaxation state, structure formation processes, viscoelastic, thermostable, antibacterial etc. properties. Composite films that consist of Poly(vinyl chloride) matrix filled with copper nanoparticles and obtained by exploding wire method have been investigated. Thermally stimulated depolarization method, resonance vibrating-reed method, infrared, raman, photoluminescence spectroscopy, antibacterial activity examination, derivative thermogravimetry, differential thermal analysis and other methods of thermal analysis have been used. With the help of spectroscopic and other methods, the reaction of nanofilled Poly(vinyl chloride) systems on external fields’ influence of different origin such as stable electric field, temperature field and ultraviolet has been studied. Specific stretching of Poly(vinyl chloride) structure elements under these modification factors has been found. Nanofillers function in the formation of composite complex properties has been set. It has been proved that stable thermoelectrets of Poly(vinyl chloride)/Cu systems have better electret properties than traditional Poly(vinyl chloride) materials. Besides, the obtained metal nanocomposites are quite thermally stable as regards their dynamic viscoelastic properties. It has been established that copper nanoparticles in Poly(vinyl chloride) systems fulfill the role of photostabilizer and antirad slowing down the aging process and polymer destruction in ultraviolet. The obtained metal nanocomposites possess stable indexes of high-energy radiation field absorbing capacity that allows to use them as outer radiation protection materials. High antibacterial activity of Poly(vinyl chloride)/nanoCu films to Staphylococcus aureus has been substantiated.