Диспергирование углеродных наноструктур в растворах неионогенных поверхностно-активных веществ

Цель работы - получение, исследование и применение стабильных дисперсий многостенных углеродных нанотрубок (УНТ) и фуллерена С₆₀ с регулируемым комплексом коллоидно-химических свойств в жидких средах в присутствии неионогенных поверхностно-активных веществ (НПАВ). С помощью методов абсорбционной спектроскопии, динамического и электрофоретического рассеяния света проведено систематическое исследование влияния НПАВ на основе оксида этилена - оксиэтилированных (ОЭ) изононилфенолов и высших жирных спиртов (ОЭ ВЖС) с варьируемой средней степенью оксиэтилирования в широком диапазоне концентраций на процесс ультразвукового диспергирования углеродных нанотрубок и фуллерена С₆₀ в воде и на коллоидно-химические свойства полученных дисперсий в процессе длительного хранения - оптическую плотность, размер частиц, электрокинетический потенциал. Установлена нелинейная зависимость характеристик дисперсий от степени оксиэтилирования, связанная со структурными изменениями в молекулах НПАВ. Установлено, что с увеличением степени оксиэтилирования НПАВ увеличивается доля углеродного наноматериала, перешедшего в объём дисперсии. Показано, что наибольшими диспергирующими свойствами по отношению к УНТ обладают гомологи со степенью оксиэтилирования n = 10, а по отношению к фуллерену - гомологи со степенью оксиэтилирования n = 8. Установлено, что амфифилы со степенью оксиэтилирования n = 8 - 9 существенно уменьшают электрокинетический потенциал частиц УНТ и фуллерена, что может быть обусловлено их адсорбцией на поверхности углеродных наноструктур и экранированием заряда. Установлено, что основным механизмом адсорбции ОЭ изононилфенолов на УНТ является гидрофобное взаимодействие углеводородного радикала с графеновой поверхностью нанотрубок. Показано, что стабильные дисперсии УНТ в водных средах, полученные с помощью ОЭ изононилфенолов, могут быть использованы в качестве эффективных модифицирующих добавок для эластомеров. Установлено, что модифицирование препрегов на основе полимерных бумаг Nomex® и Kevlar® углеродными нанотрубками приводит к увеличению прочности композита в 1,5 - 2 раза.