НАНОРАЗМЕРНЫЕ ОКСИДЫ И СУЛЬФИДЫ ПЕРЕХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ С НЕПОЛЯРНЫМ ПОКРЫТИЕМ Российский патент 2012 года по МПК C01G1/02 C01G1/12 C23C18/00 B82B3/00 

Введение

Настоящее изобретение представляет собой способ получения наноразмерных оксидов и сульфидов переходных металлов с неполярным покрытием. В частности, изобретение относится к получению к наноразмерных оксидов и сульфидов переходных металлов с неполярным покрытием с применением системы растворителей, которая способна смешиваться с полярными и неполярными веществами.

Предпосылки создания изобретения

Материал классифицируют как наноразмерный, если одно из его измерений находится в нанометровом интервале, то есть составляет менее 100 нм.

Существуют различные способы получения наноразмерных материалов. Особенно предпочтительным наноматериалом является оксид цинка (ZnO), поскольку он имеет многообразные применения, включая вещества для адсорбции ультрафиолетового света в пластмассах, покрытиях и красках. Оксид цинка особенно пригоден в качестве активатора при вулканизации каучука. В случае оксида цинка существуют два основных способа получения:

1. Процесс в газовом потоке, в котором применяют плазменный поток горячих исходных материалов, а регулирование размера частиц происходит за счет изменения температуры и скоростей потока; и

2. Система золь-гель, в которой используют осаждение оксида цинка из подходящей системы растворителей, в которой растворяются исходные материалы.

В описанном выше способе 2 часто необходимо применять подходящий химический агент для предотвращения роста кристаллов, образующихся во время такой реакции, с целью ограничения достигаемого размера частиц. Это осуществляют путем введения такого химического агента в подходящий момент, чтобы создать препятствие процессу роста кристаллов. Такое явление называют «кэппинг» (покрытие), можно для этого применять различные химические агенты.

В конкретном случае получения оксида цинка посредством золь-гель процесса подходящая соль цинка (например, ацетат цинка) реагирует с гидроксидом натрия в полярной смеси растворителей - воды и каких-либо других спиртов. Выбор растворителя часто определяется тем, какой из них применять безопаснее и дешевле.

При вулканизации каучука применение оксида цинка важно, поскольку он играет значительную роль в активации реакции вулканизации, поскольку является промежуточным веществом в реакциях между катализаторами, серой и каучуком. Важно, чтобы количество оксида цинка составляло от 2 до 5 частей на сто частей каучука по массе. Учитывая текущие проблемы защиты окружающей среды, желательно ограничить количества оксида цинка, поскольку потенциально это вещество токсично для водных систем. Существуют оксиды других металлов, которые способны заместить оксид цинка, но они значительно более токсичны для окружающей среды.

Движущей силой для применения оксида цинка были сведения о том, что реакции вулканизации каучуковых материалов связаны с высокой удельной поверхностью оксида цинка, следовательно, наноразмерный оксид цинка должен обладать значительно большей доступной удельной поверхностью в расчете на массу материала, и это должно благоприятно воздействовать на процесс вулканизации. Однако это не так, поскольку чистый наноразмерный оксид цинка обладает очень маленьким воздействием на вулканизацию, это делает материал непригодным, если учесть его стоимость.

Если рассмотреть механизм вулканизации каучука, основным промежуточным веществом на поверхности оксида цинка является промежуточное соединение цинк-катализатор, которое ускоряет реакцию вулканизации. Одним из первых катализаторов, которые применяют при вулканизации каучука, является 2-меркаптобензотиазол (МБТ), который ускоряет реакцию серы и диеновых каучуков. Конкретно, МБТ ускоряет реакцию серы с каучуком. В свою очередь ZnO катализирует эту реакцию.

Если наноразмерный оксид цинка получают по методу 2 (описан выше), покрывающий агент предпочтительно представляет собой материал на основе серы, поскольку между цинком и серой осуществляется хорошая связь. Однако выбор покрывающего агента ограничен полярностью такого материала, поскольку такой материал должен быть растворимым в применяемом (полярном) растворителе. До настоящего времени этот факт не воспринимали как проблему в данной области техники, поскольку существует много доступных тиолов, большинство из них растворимо в полярных растворителях.

Однако до настоящего времени в данной области техники не существовало учения о том, чтобы покрывать ZnO неполярными материалами, которые можно преимущественно применять в вулканизированных каучуковых составах. Эти материалы не растворимы или обладают ограниченной растворимостью в водных или спиртовых растворителях.

Краткое изложение сущности изобретения

В соответствии с настоящим изобретением, обеспечивается способ получения функционализированных наноразмерных частиц оксидов или сульфидов переходных металлов.

Этот способ применяют для введения неполярного покрывающего агента на полярный кристалл, образующийся в золь-гель процессе. Это позволяет осуществлять нормальное ограничение роста кристалла с целью регулирования размера, но также позволяет вводить конкретные химические группы, которые производят эффективную функционализацию образующихся наночастиц.

Способ включает следующие стадии:

1. Обеспечение тройной системы растворителей, включающей полярный растворитель, неполярный растворитель и промежуточный растворитель, которая позволяет обеспечить смешивание всех трех компонентов;

2. Обеспечение смеси соли переходного металла и тройного растворителя;

3. Получение смеси подходящего источника оксида или сульфида и тройного растворителя;

4. Получение смеси неполярного обеспечивающего конечное покрытие агента и неполярного растворителя;

5. Смешивание приготовленных смесей; и

6. Выделение полученных функционализированных наночастиц оксида или сульфида переходного металла.

Регулирование времени добавления покрывающего агента важно потому, что рост кристалла можно остановить на правильной стадии. Слишком продолжительное время реакции вообще не приводит к получению наноматериала. Поэтому время добавления покрывающего агента должно совпадать со временем зародышеобразования будущих кристаллов, иначе образуются частицы оксида цинка с размером 0,56 микрон.

В одном из предпочтительных вариантов настоящего изобретения стадия 5 включает смешивание 2 и 3 с образованием смеси 5, и прибавление 4 к 5. В альтернативном предпочтительном варианте настоящего изобретения стадию 5 заменяют добавлением части, например половины от 4 к 2. 3 и 4 затем прибавляют попеременно с целью осаждения оксида или сульфида (см. примеры 2-5).

Используемая система растворителей может представлять собой любую трехкомпонентную систему, в которой один компонент полярный, другой компонент неполярный, а промежуточный растворитель применяют для того, чтобы обеспечить смешиваемость всех трех компонентов. Предпочтительно растворитель представляет собой систему вода - спирт - хлорированный алкан.

В одном из предпочтительных вариантов настоящего изобретения использовали смесь воды, изопропанола и дихлорметана. Вода и изопропанол обеспечивают растворение ацетата цинка (или другой соли переходного металла) и гидроксида натрия, в то время как дихлорметан позволяет растворить катализатор вулканизации, МБТ. Однако следует признать, что любые другие подходящие растворители будут обеспечивать такие же воздействия (например, этанол, метанол, н-пропанол, этиленгликоль, бутанол, хлороформ и дихлорэтан). Предпочтительно применяют смесь изопропанола, воды и дихлорметана в соотношении 60:30:10. Следует, однако, признать, что можно применять любое другое способное к смешиванию отношение.

Предпочтительно количество дихлорметана не превышает 20% частей по массе, более предпочтительно не более 15% частей по массе, наиболее предпочтительно не более 10% частей по массе. За пределами перечисленных значений система перестает смешиваться и разделяется на две фазы. Предпочтительно дихлорметан присутствует в количестве 1-10% частей по массе.

Увеличение количества воды также ограничивает растворимость дихлорметана. В особенно предпочтительном варианте настоящего изобретения система включает 60-80% изопропанола, 20-30% воды и 1-10% дихлорметана (все величины приведены в частях по массе).

Можно использовать любую растворимую соль переходного металла, но предпочтительно соль переходного металла представляет собой ацетат цинка или ацетат кадмия.

Подходящим источником кислорода или серы может быть любое из перечисленных веществ: NaOH, LiOH, КОН, NH₄OH, Na₂S, Li₂S, K₂S, H₂S и тиоацетамид.

Неполярный покрывающий агент предпочтительно представляет собой такой, который применяют при вулканизации каучука, например 2-меркаптобензотиазол (МБТ). Другие подходящие агенты для конечного покрытия включают бис-бензотиазол-2,2'дисульфид, N-оксидиэтилен-2-бензотиазолсульфенамид, N-оксидиэтилентиокарбомоил-N-оксидиэтиленсульфенамид, тетраметилтиурамдисульфид, тетраметилтиураммоносульфид, тетраэтилтиурамдисульфид, тетраэтилтиураммоносульфид, тетрабензилтиурамдисульфид, тетрабензилтиураммоносульфид, тетрабутилтиурамдисульфид, тетрабутилтиураммоносульфид, тетраизопропилтиурамдисульфид, тетраизопропилтиураммоносульфид, N-циклогексилтиофталимид, N-циклогексил-2-бензотиазолсульфенамид, N-трет-бутил-2-бензотиазолсульфенамид, 4-морфолинил-2-бензотиазолдисульфид, дипентаметилентиурамдисульфид, дипентаметилентиураммоносульфид, дипентаметилентиурамтетрасульфид, 4,4'-дитиоморфолин, 2-меркаптотолуимидазол, этилентиомочевину, триметилтиомочевину, 1,3-диэтилтиомочевину и 1,3-дибутилтиомочевину.

В особенно предпочтительном варианте настоящего изобретения систему растворителей предварительно смешивают и затем разделяют на две равные части. В одной части растворяют соль переходного металла, например ацетат цинка, а в другой порции растворяют источник кислорода или серы для образования оксида или сульфида, например гидроксид натрия. Маленькую часть дихлорметана применяют для растворения МБТ или другого подходящего неполярного покрывающего агента. Количества реагентов предпочтительно определяют на основании стехиометрических соотношений. Количество используемого МБТ составляет обычно не более 0,15 части от количества ацетата цинка, предпочтительно не более 0,12, наиболее предпочтительно не более 0,10 части от количества ацетата цинка.

Предусмотрено, что для осуществления роли покрывающего агента подходит любой подходящий агент. Большинство катализаторов вулканизации каучуков и активных ингредиентов являются неполярными.

Температуру и время реакции можно изменять, что должно давать возможность некоторого регулирования образования кристаллов. Нормальная температура реакции смеси ацетата цинка составляет от 30 до 50°С, эта температура ускоряет растворимость ацетата цинка в смеси растворителей.

В тройной системе температура кипения дихлорметана увеличивается, и он не выкипает. Температура реакции может составлять даже 0°С, но при более низких температурах растворяются меньшие количества покрывающего агента. По существу, способ работает при температурах между температурами замерзания и кипения приготовленной тройной смеси растворителей.

Время реакции до прибавления неполярного покрывающего агента, например раствора МБТ, предпочтительно не превышает 60 секунд, более предпочтительно составляет не более 40 секунд и наиболее предпочтительно не более 30 секунд. Время реакции предпочтительно составляет более 2 секунд, более предпочтительно более 5 секунд, более предпочтительно более 10 секунд и наиболее предпочтительно более 15 секунд.

Полученную золь-гелевую систему затем предпочтительно нагревают под вакуумом с целью удаления неполярного растворителя, например дихлорметана, а полученную смесь оксида цинка с водой и изопропанолом затем центрифугируют и сушат.

Предусмотрено, что этот способ можно применять к любому золь-гель процессу для обеспечения конечного покрытия наноматериалов подходящими неполярными реагентами.

Настоящее изобретение позволяет получать наноразмерные материалы, содержащие на поверхности подходящие химические агенты (функциональные группы). Меняя систему растворителей и исходные материалы, можно получить широкий круг наноматериалов с модифицированной поверхностью (функционализированных). В случае оксида цинка получается оксид цинка, покрытый ускорителем вулканизации каучука, который проявляет высокую эффективность в активации реакции окончательной вулканизации каучука. Так же получают сульфид цинка, покрытый эффективным в вулканизации покрытием.

Выбор системы растворителей и исходных материалов позволяет применять данный способ нанесения конечного покрытия на широкий круг нанокристаллов в золь-гель процессе, известном в данной области техники. Можно применять различные методики промывания частиц после проведения процесса, известные в данной области техники, конкретно в золь-гель технологии.

Способ в соответствии с настоящим изобретением осуществлен с применением серии спиртов и при различных соотношениях растворителей. Он также применен к двум другим компонентам вулканизации, тетраметилтиурамдисульфиду (ТМТД) и N-циклогексилтиофталимиду (ЦТФ). Его также осуществляли с заменой NaOH нa Na₂S. В этом случае получают ZnS. ZnS также получают в том случае, когда Na₂S заменяют на газообразный H₂S. Другим примером служит применение ацетата кадмия для получения CdS.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, обеспечиваются наночастицы оксида или сульфида переходного металла, покрытые неполярным покрытием. Предпочтительно частицы получают в соответствии со способом по настоящему изобретению.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, в нем обеспечивается применение наночастиц оксидов или сульфидов переходных металлов с неполярным покрытием в качестве поглотителей ультрафиолетового света.

В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения, в нем обеспечивается применение наночастиц оксидов или сульфидов переходных металлов с неполярным покрытием в процессе получения каучуковой композиции. Предпочтительно процесс представляет собой вулканизацию.

Далее изобретение будет описано со ссылкой на приведенные ниже чертежи, в которых:

на фиг.1 представлено сравнение реологических кривых вулканизации, полученных при 150°С при вулканизации синтетического цис-1,4-полиизопрена (ИП). Они показывают, что время до начала вулканизации (представленное как увеличение крутящего момента, требуемого для раскачивания каучука в реометре) существенно снижается, если в качестве активатора применяют 1 часть на 100 частей каучука (част. × 100 част. каучука) оксида цинка, покрытого 2-меркаптобензотиазолом (пример 1) вместо оксида цинка обычного размера. В качестве вулканизирующей системы применяли 1 част. × 100 част. каучука N-циклогексил-2-бензотиазолсульфенамид (ЦБС) и 1 част. × 100 част. каучука серы. Скорость вулканизации, выраженная как максимальный наклон реологической кривой вулканизации, увеличивается для покрытого МБТ наноразмерного оксида цинка по сравнению с обычным ZnO (Числа в скобках обозначают количество данного компонента, выраженное в частях на сто частей каучука);

на фиг.2 показано сравнение реологических кривых вулканизации, полученных при 150°С, при вулканизации природного каучука (ПК). Они показывают, что начало вулканизации (представленное как увеличение крутящего момента, требуемого для раскачивания каучука в реометре) существенно снижается, если в качестве активатора применяют 5 част. × 100 част. каучука, покрытого 2-бензотиазолом сульфида цинка (пример 2) по сравнению с использованием оксида цинка или сульфида цинка нормальных размеров при вулканизации природного каучука. В качестве вулканизирующей системы применяли 6 част. × 100 част. каучука бис-бензотиазол-2,2'-дисульфида (БТДС) и 4 част. × 100 част. каучука серы. Видно также, что скорость вулканизации, выраженная как максимальный наклон реологической кривой вулканизации, увеличивается, если применяют покрытый МБТ наноразмерный сульфид цинка, по сравнению с обычным ZnS (Числа в скобках обозначают количество данного компонента, выраженное в частях на сто частей каучука);

на фиг.3 представлен спектр рентгенофазового анализа для примера 1-покрытого 2-меркаптобензотиазолом ZnO; он показывает, что основные частицы образца представляют собой гексагональный оксид цинка. Термогравиметрический анализ показывает присутствие некоторого количества бис(2-меркаптобензотиазолата) цинка (Zn₂(MБT)₄). Также видно присутствие некоторого материала в неопределенной форме. Вероятно, он аморфный, поскольку в спектрах рентгенофазового анализа не обнаруживается;

на фиг.4 представлен спектр рентгенофазового анализа для примера 2-покрытого 2-меркаптобензотиазолом ZnS; он показывает, что основные частицы образца представляют собой сфалерит ZnS. Рентгенофазовый анализ не отражает присутствия покрывающего агента. Его присутствие показано методом термогравиметрического анализа (ТГА), в котором потерю массы измеряют в зависимости от температуры образца. Разложение различных соединений выражается в виде пиков на кривой производной. Органические вещества будут разлагаться во время нагревания, в то время как чистый ZnO не теряет массы, за исключением потери адсорбированной воды при температурах ниже 100°С;

на фиг.5 представлена термогравиметрическая кривая образца 1, который нагревали со скоростью 10°С/мин в азоте. Потеря массы при температурах ниже 100°С связана с удалением адсорбированной воды. Потеря массы вблизи 220°С вызвана десорбцией 2-меркаптобензотиазола. Пик с максимумом при 340°С связан с образованием бис(2-меркаптобензотиазолата) цинка (Zn₂(MБT)₄). Разложение вблизи 380°С указывает на присутствие комплекса цинка и 2-меркаптобензотиазола в промежуточной форме. Большая потеря массы при 600°С (14%) указывает на присутствие органического покрывающего агента на поверхности ZnO;

на фиг.6 представлена термогравиметрическая кривая образца 2, который нагревали со скоростью 10°С/мин в азоте. Кроме пика десорбции воды, можно увидеть другие пики потери массы, они связаны с разложением 2-меркаптобензотиазола и бис(2-меркаптобензотиазолата) цинка (Zn₂(МБТ)₄). Потеря массы (пик ДТА с максимумом при 400°С) указывает на присутствие неидентифицированного комплекса ZnS с 2-меркаптобензотиазолом.

Теперь изобретение будет описано со ссылкой на следующие примеры, не ограничивающие сферу данного изобретения.

Пример 1

Смешивали 570 мл дистиллированной воды и 1080 мл изопропанола. К смеси добавляли 50 мл дихлорметана. Затем этот раствор разделяли на две равные части, которые нагревали до 50°С. В одной половине растворяли 21,95 г ацетата цинка, получали раствор А. В другой половине растворяли 8,00 г гидроксида натрия и получали раствор Б. 1,67 г 2-меркаптобензотиазола растворяли в 130 мл дихлорметана и получали раствор В. Раствор Б прибавляли к раствору А при перемешивании на магнитной мешалке. После 30 секунд перемешивания к комбинации растворов А и Б прибавляли раствор В. Перемешивание продолжали еще 10 минут. Затем смеси давали отстояться, отстоявшуюся жидкость декантировали, а остаток центрифугировали. После удаления избытка растворителя полученную суспензию сушили при 60°С под вакуумом. Выход функционализированного ZnO составил 7,51 г.

Пример 2

Смешивали 190 мл дистиллированной воды и 380 мл изопропанола. Эту смесь разделяли на две части. Порция А включала 2/3 соединенной смеси, а порция Б включала 1/3 соединенной смеси. К порции А добавляли 5,52 г ацетата цинка с получением раствора А, а к порции Б добавляли 7,36 г Na₂S (содержание 60-62%) с получением раствора Б. Оба раствора накрывали и нагревали до 30-35°С, чтобы достичь полного растворения. 0,86 г 2-меркаптобензотиазола растворяли в 75 см³ дихлорметана при 30°С. Получали раствор В. Половину раствора В прибавляли к раствору А при 35°С. Затем к этой смеси медленно прибавляли раствор Б при перемешивании в течение 10 минут частями по 20 см³. Через 30 секунд после прибавления каждой порции раствора Б к этой соединенной смеси прибавляли 4 см³ раствора В. Затем смесь оставляли при 35°С еще на 10 минут. Затем смеси давали отстояться, жидкость над осадком декантировали и остаток центрифугировали. После удаления избытка растворителя полученную суспензию сушили при 60°С под вакуумом. Выход функционализированного сульфида цинка составлял 3,02 г.

Пример 3

Смешивали 190 мл дистиллированной воды и 380 мл изопропанола. Эту смесь разделяли на две порции. Порция А включала 2/3 соединенной смеси, а порция Б включала 1/3 соединенной смеси. К порции А прибавляли 5,51 г ацетата цинка с получением раствора А, а к порции Б прибавляли 7,36 г Na₂S (содержание 60-62%) с получением раствора Б. Оба раствора накрывали и нагревали до 30-35°С для достижения полного растворения. 1,23 г тетраметилтиурамдисульфида растворяли в 75 см³ дихлорметана при 30°С. Получали раствор В.

Половину раствора В прибавляли к раствору А при 35°С. Затем к этой смеси медленно, в течение 10 минут, порциями по 20 см³ прибавляли раствор Б. Через 30 секунд после прибавления каждой порции раствора Б к соединенной смеси прибавляли 4 см³ остатка раствора В. Затем смесь выдерживали при 35°С еще 10 минут. Затем смеси давали отстояться, жидкость над осадком декантировали и остаток центрифугировали. После удаления избытка растворителя полученную суспензию сушили при 60°С под вакуумом. Выход функционализированного сульфида цинка составлял 2,81 г.

Пример 4

Смешивали 190 мл дистиллированной воды и 380 мл изопропанола. Эту смесь разделяли на две порции. Порция А включала 2/3 соединенной смеси, а порция Б включала 1/3 соединенной смеси. К порции А прибавляли 5,50 г ацетата цинка с получением раствора А, а к порции Б прибавляли 7,31 г Na₂S (содержание 60-62%) с получением раствора Б. Оба раствора накрывали и нагревали до 30-35°С для достижения полного растворения. 1,52 г тетраэтилтиурамдисульфида растворяли в 75 см³ дихлорметана при 30°С. Получали раствор В. Половину раствора В прибавляли к раствору А при 35°С. Затем к этой смеси медленно, в течение 10 минут, порциями по 20 см³ прибавляли раствор Б. Через 30 секунд после прибавления каждой порции раствора Б к соединенной смеси прибавляли 4 см³ остатка раствора В. Затем смесь выдерживали при 35°С еще 10 минут. Затем смеси давали отстояться, жидкость над осадком декантировали и остаток центрифугировали. После удаления избытка растворителя полученную суспензию сушили при 60°С под вакуумом. Выход функционализированного сульфида цинка составлял 2,87 г.

Пример 5

Смешивали 190 мл дистиллированной воды и 380 мл изопропанола. Эту смесь разделяли на две порции. Порция А включала 2/3 соединенной смеси, а порция Б включала 1/3 соединенной смеси. К порции А прибавляли 5,52 г ацетата цинка с получением раствора А, а к порции Б прибавляли 7,33 г Na₂S (содержание 60-62%) с получением раствора Б. Оба раствора накрывали и нагревали до 30-35°С для достижения полного растворения. 1,34 г N-циклогексилтиофталимида растворяли в 75 см³ дихлорметана при 30°С. Получали раствор В. Половину раствора В прибавляли к раствору А при 35°С. Затем к этой смеси медленно, в течение 10 минут, при перемешивании порциями по 20 см³ прибавляли раствор Б. Через 30 секунд после прибавления каждой порции раствора Б к соединенной смеси прибавляли 4 см³ остатка раствора В. Затем смесь выдерживали при 35°С еще 10 минут. Затем смеси давали отстояться, жидкость над осадком декантировали и остаток центрифугировали. После удаления избытка растворителя полученную суспензию сушили при 60°С под вакуумом. Выход функционализированного сульфида цинка составлял 2,91 г.

Пример 6

Смешивали 190 мл дистиллированной воды и 380 мл изопропанола. Эту смесь разделяли на две порции. Порция А включала 2/3 соединенной смеси, а порция Б включала 1/3 соединенной смеси. К порции А прибавляли 8,03 г ацетата кадмия с получением раствора А, а к порции Б прибавляли 7,36 г Na₂S (содержание 60-62%) с получением раствора Б. Оба раствора накрывали и нагревали до 30-35°С для достижения полного растворения. 0,85 г 2-меркаптобензотиазола растворяли в 75 см³ дихлорметана при 30°С. Получали раствор В. Половину раствора В прибавляли к раствору А при 50°С. Затем к этой смеси медленно, в течение 10 минут, при перемешивании порциями по 10 см³ прибавляли раствор Б. Через 30 секунд после прибавления каждой порции раствора Б к соединенной смеси прибавляли 2 см³ остатка раствора В. Затем смесь выдерживали при 50°С еще 10 минут. Затем смеси давали отстояться, жидкость над осадком декантировали и остаток центрифугировали. После удаления избытка растворителя полученную суспензию сушили при 60°С под вакуумом. Выход функционализированного сульфида кадмия составлял 6,50 г.

Пример 7

Смешивали 25 мл дистиллированной воды и 75 мл изопропанола. В этом растворе растворяли 1,47 г CdCl₂. 1,34 г 2-меркаптобензотиазола растворяли в 75 см³ дихлорметана при 30°С. Половину МБТ добавляли к раствору CdCl₂ и нагревали смесь до 50°С. Избыток газообразного сероводорода барботировали через образовавшуюся смесь при непрерывном перемешивании смеси с помощью магнитной мешалки. Одновременно оставшуюся половину 2-меркаптобензотиазола в дихлорметане прибавляли к смеси по каплям в течение 30 минут. Смеси давали отстояться, жидкость над осадком декантировали, а остаток центрифугировали. После удаления избытка растворителя образовавшуюся суспензию сушили при 60°С под вакуумом. Выход функционализированного CdS составлял 0,64 г.

Изобретение относится к химии. Способ получения функционализированных наноразмерных частиц оксида или сульфида цинка или кадмия включает стадии: (а) приготовления тройной системы растворителей, включающей полярный растворитель, неполярный растворитель и промежуточный растворитель, позволяющий обеспечить смешивание всех трех компонентов; (б) приготовления смеси соли переходного металла и тройного растворителя; (в) приготовления смеси источника оксида или сульфида и тройного растворителя; (г) приготовления смеси неполярного конечного покрывающего агента и неполярного растворителя; (д) смешивания приготовленных смесей; (е) выделения полученных функционализированных наноразмерных частиц. Наноразмерные частицы ZnS или CdS с неполярным конечным покрытием используют в качестве поглотителей ультрафиолетового света, в каучуковых композициях для вулканизации. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил., 7 пр.

1. Способ получения частиц функционализированного наноразмерного оксида, или сульфида цинка, или кадмия, включающий следующие стадии:
а. получение тройной системы растворителей, включающей полярный растворитель, неполярный растворитель и промежуточный растворитель, обеспечивающий смешиваемость всех трех компонентов;
б. получение смеси соли переходного металла и тройного растворителя, причем соль переходного металла предпочтительно является растворимой и выбрана из ацетата цинка и ацетата кадмия;
в. получение смеси подходящего источника оксида или сульфида и тройного растворителя, причем подходящий источник оксида или сульфида выбирают из группы, включающей NaOH (гидроксид натрия), LiOH (гидроксид лития), КОН (гидроксид калия), NH₄OH (гидроксид аммония), Na₂S (сульфид натрия), Li₂S (сульфид лития), K₂S (сульфид калия) и тиоацетамид;
г. получение смеси неполярного покрывающего агента и неполярного растворителя, причем неполярный покрывающий агент выбирают из группы, включающей 2-меркаптобензотиазол, бис-бензотиазол-2,2'дисульфид, N-оксидиэтилен-2-бензотиазолсульфенамид, N-оксидиэтилентиокарбомоил-N-оксидиэтиленсульфенамид, тетраметилтиурамдисульфид, тетраметилтиураммоносульфид, тетрабензилтиурамдисульфид, тетрабензилтиураммоносульфид, тетрабутилтиурамдисульфид, тетрабутилтиураммоносульфид, тетраизопропилтиурамдисульфид, тетраизопропилтиураммоносульфид, N-циклогексилтиофталимид, N-циклогексил-2-бензотиазолсульфенамид, N-трет-бутил-2-бензотиазолсульфенамид, 4-морфолинил-2-бензотиазолдисульфид, дипентаметилентиурамдисульфид, дипентаметилентиураммоносульфид, дипентаметилентиурамтетрасульфид, 4,4'-дитиоморфолин, 2-меркаптотолуимидазол, этилентиомочевину, триметилтиомочевину, 1,3-диэтилтиомочевину и 1,3-дибутилтиомочевину;
д. смешивание полученных смесей; и
е. необязательно, нагревание под вакуумом с целью удаления неполярного растворителя;
ж. необязательно, центрифугирование и сушка полученной смеси оксида и/или сульфида и
з. выделение полученных частиц функционализированного наноразмерного оксида или сульфида переходного металла.

2. Способ по п.1, в котором стадия (д) включает смешивание смесей, полученных на стадиях (б) и (в) с получением смеси (д), и прибавление (г) к (д) перед выделением конечного функционализированного наноразмерного оксида или сульфида переходного металла.

3. Способ по п.1, в котором стадия (д) включает прибавление части (г) к (б) и прибавление (в) или (г) для осаждения оксида или сульфида.

4. Способ по п.1, в котором система тройного растворителя представляет собой систему вода - спирт - хлорированный алкан.

5. Способ по п.1, в котором растворители выбирают из этанола, метанола, н-пропанола, изопропанола, этиленгликоля, бутанола, хлороформа, дихлорметана и дихлорэтана.

6. Способ по п.1, в котором система тройного растворителя представляет собой систему вода - изопропанол - дихлорметан.

7. Способ по п.1, в котором система тройного растворителя включает изопропанол, воду и дихлорметан при соотношении 60:30:10 частей по массе.

8. Способ по п.1, в котором тройная система растворителя включает 20-30% частей по массе воды, 60-80% частей по массе изопропапола и 1-10% частей по массе дихлорметана.

9. Способ по п.1, в котором температура реакции с целью растворения соли переходного металла поддерживается между температурами застывания и кипения тройной системы растворителей.

10. Способ по п.1, в котором температура реакции составляет от 30 до 50°С.

11. Способ по п.1, в котором время реакции при смешивании смесей, полученных на стадии (б) и (в) до прибавления неполярного покрывающего агента, составляет 30 с или менее.

12. Способ получения частиц функционализированного наноразмерного оксида, или сульфида цинка, или кадмия, включающий следующие стадии:
а. получение тройной системы растворителей, включающей полярный растворитель, неполярный растворитель и промежуточный растворитель, обеспечивающий смешиваемость всех трех компонентов;
б. разделение смешанной тройной системы растворителей на две части;
в. получение смеси соли переходного металла, выбранной из ацетата цинка и ацетата кадмия и одной части смешанной системы тройного растворителя;
г. получение смеси подходящего источника оксида или сульфида, выбранного из группы, включающей NaOH (гидроксид натрия), LiOH (гидроксид лития), КОН (гидроксид калия), NH₄OH (гидроксид аммония), Na₂S (сульфид натрия), Li₂S (сульфид лития), K₂S (сульфид калия) и тиоацетамид, и другой части смешанной системы тройного растворителя;
д. получение смеси неполярного покрывающего агента и неполярного растворителя, причем неполярный покрывающий агент выбирают из группы, включающей 2-меркаптобензотиазол, бис-бензотиазол-2,2'дисульфид, N-оксидиэтилен-2-бензотиазолсульфенамид, N-оксидиэтилентиокарбомоил-N-оксидиэтиленсульфенамид, тетраметилтиурамдисульфид, тетраметилтиураммоносульфид, тетраэтилтиурамдисульфид, тетраэтилтиураммоносульфид, тетрабензилтиурамдисульфид, тетрабензилтиураммоносульфид, тетрабутилтиурамдисульфид, тетрабутилтиураммоносульфид, тетраизопропилтиурамдисульфид, тетраизопропилтиураммоносульфид, N-циклогексилтиофталимид, N-циклогексил-2-бензотиазолсульфенамид, N-трет-бутил-2-бензотиазолсульфенамид, 4-морфолинил-2-бензотиазолдисульфид, дипентаметилентиурамдисульфид, дипентаметилентиураммоносульфид, дипентаметилентиурамтетрасульфид, 4,4'-дитиоморфолин, 2-меркаптотолуимидазол, этилентиомочевину, триметилтиомочевину, 1,3-диэтилтиомочевину и 1,3-дибутилтиомочевину;
е. смешивание части (д) и (в);
ж. прибавление (г) и оставшейся части (д) в качестве альтернативы к (е);
и
з. выделение полученных частиц функционализированного наноразмерного оксида или сульфида переходного металла.

13. Способ по п.12, в котором количества применяемых реагентов определяются в соответствии со стехиометрией.

14. Способ по п.12, в котором количество неполярного покрывающего агента не превышает 0,15 части от количества соли переходного металла.

15. Способ по п.12, в котором неполярный покрывающий агент представляет собой тетраметилтиурамдисульфид.

16. Способ по п.12, в котором неполярный покрывающий агент представляет собой N-циклогексилтиофталимид.

17. Способ по п.12, в котором для получения ZnS применяют Na₂S.

18. Способ по п.12, в котором для получения ZnS применяют газообразный H₂S.

19. Способ по п.12, в котором для получения CdS применяют ацетат кадмия.

20. Наноразмерные частицы ZnS или CdS с неполярным конечным покрытием, предпочтительно полученные способом в соответствии с пп.1-19.

21. Применение наноразмерных частиц ZnS или CdS с неполярным конечным покрытием в качестве поглотителей ультрафиолетового света и/или в способе получения каучуковой композиции, предпочтительно способе вулканизации.