НАНОВОЛОКНИСТЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ С ВЫСОКИМИ ПРОЧНОСТНЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ И СТОЙКОСТЬЮ К УФ-ИЗЛУЧЕНИЮ

Настоящее изобретение относится к нетканым полимерным нановолокнистым материалам на основе полигидроксибутирата и наноразмерных частиц минерального вещества, применяющихся для фильтрации различных сред, выращивания живых клеток, создания пористых матриц для контролируемого высвобождения лекарственных веществ и др.

Известны полимерные нетканые материалы на основе полигидроксибутирата или его сополимеров, или его смесей с полилактидами и их сополимерами [О.Н. Kwon, I.S. Lee, Y. -G. К o, W. Meng, K.-H. Jung, I.-K. Kang, Y. Ito / Electrospinning of microbial polyester for cell culture / Biomed. Mater. 2 (2007) S52-S58], [H. Kenar, G.T. Kose, V. Hasirci / Design of a 3D aligned myocardial tissue construct from biodegradable polyesters / J Mater Sci: Mater Med (2010) 21:989-997], [O. Suwantong, S. Waleetomcheepsawat, N. Sanchavanakit, P. Pavasant, P. Cheepsunthorn, T. Bunaprasert, P. Supaphol. / In vitro biocompatibility of electrospun poly(3-hydroxybutyrate) and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) fiber mats / International Journal of Biological Macromolecules 40 (2007) 217-223], [J.S. Choi, S.W. Lee, L. Jeong, S.-H. Bae, B.C. Min, J.H. Youk, W.H. Park / Effect of organosoluble salts on the nanofibrous structure of electrospun poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) / International Journal of Biological Macromolecules 34 (2004) 249-256].

Недостатками известных композиций являются низкие физико-механические характеристики: относительное удлинение и разрывная длина, что накладывает значительные ограничения на их применение.

Аналогичным по технической сущности к предлагаемому изобретению является нетканый полимерный материал на основе полигидроксибутирата, полученного из формовочного раствора, содержащего в качестве технологической добавки соль тетрабутиламмоний йодид, а в качестве эксплутационной добавки - диоксид титана двух наноразмерных модификаций [О.В. Староверова, А.А. Ольхов, С.В. Власов, Г.М. Кузьмичева, Е.Н. Доморощина, Ю.Н. Филатов / Ультратонкие волокна на основе биополимера полигидроксибутирата (ПГБ), модифицированные наноразмерными модификациями диоксида титана. / Вестник МИТХТ, 2011, т. VI, №6, с. 120-127].

Недостатком данных композиционных материалов является низкие показатели разрывной длины и относительного удлинения, а также низкие значения стойкости к УФ излучению.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является нетканый полимерный материал на основе полигидроксибутирата, полученного из формовочного раствора, содержащего в качестве технологической добавки соль тетрабутиламмоний йодид, а в качестве эксплутационной добавки - нанокристаллический кремний [Ольхов А.А., Староверова О.В., Иорданский А.Л., Филатов Ю.Н., Ищенко А.А., Симонов-Емельянов И.Д. Нановолокнистый полимерный материал. // Патент RU №2543377 С2. Опубликовано: 27.02.2015. Бюл. №6.]. Характеристики нанокристаллическогго кремния, использующегося в прототипе, приведены в следующем источнике [Патент RU 2429189 С1 «Полимерная нанокомпозиция для защиты от УФ-излучения»/ Ищенко А.А., Ольхов А.А., Гольдштрах М.А., опубл. 20.09.2011, Бюл. №26].

Недостатком данного композиционного материала является недостаточно высокие показатели разрывной длины, относительного удлинения и стойкости к УФ излучению в опасной для живых организмов спектральной области.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение разрывной длины, относительного удлинения, повышение стойкости к УФ излучению, а также расширение арсенала полимерных материалов, стойких с УФ-излучению.

Указанный технический результат достигается тем, что формовочный раствор, из которого получают нетканый полимерный материал на основе полигидроксибутирата, включает наноразмерный карбид кремния, который является однофазным поликристаллическим и состоящим из синтетического карборунда (SiC) со структурой муассанита политип 6Н со средним размером частиц 34±3 нм в количестве в количестве 0,1-1,5 масс. % (вместо нанокристаллического кремния).

Примеры выполнения изобретения.

Нетканые волокнистые материалы получены методом электростатического формования. Формовочный раствор содержит биополимер, соль тетрабутиламмоний йодид, муравьиную кислоту и наноразмерный наполнитель. Примеры реализации данного изобретения приведены в таблицах 1 и 2 (пп. 7-8) в сравнении с прототипом (пп. 4-6) и аналогом (пп. 1-2). Установка для получения полимерных волокон методом электростатического формования и сама технология описана в [Филатов Ю.Н. Электроформование волокнистых материалов (ЭФВ-процесс). М.: Нефть и Газ, 1997.].

Измерение физико-механических свойств нетканых полимерных нановолокнистых материалов (изделий) выполняют на разрывной машине РМ-3-1 по методике, изложенной в ТУ 25.061065-72 или РМ-30-1 по ТУ 25.061066-76.

Разрывная длина рассчитывалась как:

L=(F⋅l₀/g⋅m₀)⋅10^-3 м, где

L - разрывная длина пробы; F - разрушающее усилие, Н; m₀ - масса разорванной элементарной пробы, г; l₀ - начальная длина образца, м.

Разрывная длина и относительное удлинение рассчитывались по методике МИ-ЛА-4-01 для волокнистых фильтрующих материалов ФП.

где ТБАИ - тетрабутиламмоний йодид; ПГБ - полигидроксибутират; ХФМ/МК - смесь хлороформа и муравьиной кислоты; η-TiO₂, TiO₂ (анатаз) - модификации наноразмерного диоксида титана; nSi - нанокристаллический кремний, nSiC - наноразмерный карбид кремния.

Определение стойкости нетканого нановолокнистого материала к УФ-излучению проводили с использованием камеры искусственной погоды Feutron 1001 (Германия) по методике : оОблучение осуществляли ртутной лампой высокого давления (мощность 375 Вт, расстояние до образцов - 30 см).

где ТБАИ - тетрабутиламмоний йодид; ПГБ - полигидроксибутират; ХФМ/МК - смесь хлороформа и муравьиной кислоты; η-TiO₂, TiO₂ (анатаз) -модификации наноразмерного диоксида титана; nSi - нанокристаллический кремний, nSiC - наноразмерный карбид кремния.

Предлагаемый нетканый полимерный нановолокнистый материал позволяет увеличить разрывную длину, характеризующую прочность материала, в 3-5 раз и существенно увеличить стойкость к УФ излучению в опасной для живых организмов спектральной области.