RTU zinātniskie raksti

Materiālzinātne un lietišķā ķīmija 21. sējums 2010.g.

SATURS

 

Jānis Grāvītis, Jānis Āboliņš, Ramūnas Tupčiauskas, Andris Vēveris, Bruno Alksnis.

Tvaika sprādzienā izdalītā lignīna izmantošana fenola komponentu aizvietošanai saplāksnī un pašsaistošās plātnēs un tvaika sprādziena apstrādei nepieciešamās enerģijas novērtējums.

No tvaika sprādzienā apstrādātās koksnes izdalītais lignīns izmantots kā fenola-formaldehīda sveķu saistvielas aizstājējs karsti presētu šķiedru plātņu eksperimentālos paraugos un ražošanas apstākļos pārbaudīta saplākšņu saistviela, kas satur 10 % lignīna piejaukumu pēc svara. Noteiktas karsti presēto plātņu paraugu mehāniskās īpašības un formas noturība pret mitrumu atkarībā no lignīna satura un salīdzinātas ar ES standartu prasībām. Konstatēta pietiekami laba adhēzija saplākšņu paraugos un cieša presēto plātņu mehāniskās izturības un formas noturības korelācija ar lignīna daudzumu. Pārbaudes rezultāti norāda uz lignīna ietekmes atkarību no daļiņu izmēriem un presēšanas temperatūras. Darbā pārbaudītās tvaika sprādziena un karstās presēšanas tehnoloģijas paver iespējas zemas kvalitātes koksnes un koksnes atkritumu izmantošanai vērtīgos produktos. Vienkāršota enerģijas plūsmu modeļa ietvaros veiktie tvaika sprādziena apstrādei nepieciešamās enerģijas aprēķini liecina, ka tā pie 230 ˚C darba temperatūras  nepārsniedz 10 % no gaisa sausas koksnes siltumspējas.

 

Asta Dedinaite, Esbens Thormans, Džeofrijs Olanya, Pers M. Claesson, Bo Nīstrēms, Kaizhengs Zū.

Termojutīgi blokkopolimēri: berzes kontrole ar termopērslēgšanos.            

Atomspēku mikroskopa koloidālā parauga metodi izmantoja, lai pārbaudītu normālos un berzes spēkus starp silīcija dioksīda virsmām, kuras bija pārklātas ar diblokkopolimēra – (N-izopropilakrilamīds)48-((3-akrilamidopropil)trimetil amonija hlorīds)20,  PNIPAAm48-PN(+)20, – slāniem.   Šo polimēru uzbūve ļāva spriest par to kā normālie un berzes spriegumi starp ar polimēru pārklātām virsmām var tikt saskaņoti ar temperatūras izmaiņām. Mijiedarbība 0.1 mM NaCl (pH 6) šķīdumā starp PNIPAAm48-PN(+)20 pārklātām virsmām 25oC temperatūrā ir tīri atgrūdoša. Kopējos virsmas spēkus var interpretēt kā additīvus starp divām komponentēm – sterisko un elektrostatisko. Tomēr, kad temperatūra tiek paaugstināta līdz 36oC un vēlāk līdz 45oC, attīstās arī pievilkšanās spēki. Temperatūrai pieaugot, PNIPAA-m-ūdens mijiedarbe kļūst nelabvēlīga un polimērs maina konfigurāciju pateicoties dehidratācijai. Tādējādi pie augstākām temperatūrām virsmas mijiedarbes veido kombinācija no tālās darbības dubultslāņa atgrūšanās un tuvās darbības pievilkšanās starp PNIPAAm blokiem uz kontaktējošajām virsmām.  Blokkopolimēru no temperatūras atkarīgajai uzvedībai ir arī ietekme uz berzes spēkiem: 25oC temperatūrā, tikko kā virsmas nonāk savstarpējā kontaktā, līdz ar slodzes palielināšanos, novērots lineārs berzes spēka pieaugums. Pie augstākām temperatūrām, pateicoties adhezīvajai mijiedarbei, notiek lēcienveidīgs bīdes spriegumu pieaugums. Bez tam, vērojama skaidri izteikta histerēze starp slogošanas un atslogošanas procesu berzes spriegumiem. Mūsu rezultāti parāda, ka gan normālos, gan berzes spēkus starp kontaktējošām virsmām var kontrolēt ar temperatūras izmaiņām, ja to virsmas modificēšanai tiek izmantoti termojutīgi polimēri, kas sekojoši ļauj pārslēgties no zemām berzes spriegumu vērtībām uz augstām.

 

Vladimirs Sytars, Aleksandrs Stowpnyk.

Antifrikcijas pārklājumu izstrāde uz modificētu aromātisko  poliamīda fenilonu bāzes.

Rakstā apskatīta jauna augstas kvalitātes pārklājuma izstrāde, kurš paredzēts antifrikcijas konstrukcijas materiāliem uz aromātiskā poliamīda fenilona C-2 bāzes, kas pēc savas uzbūves ir lineārais aromātiskais kopoliamīds - poli m-, p-, fenilēna izoftalamīds. Antifrikcijas pārklājumu pētījumos uz aromātisko poliamīdu bāzes, kā sistēmas modifikatori tiek izmantoti kompleksie heterocikliskie savienojumi uz tioamīdu pamata un to vara savienojumi. Berzes un nodiluma pārbaudes tika realizētas berzes iekārtā ar rūpnieciskās eļļas pielietojumu kā smēri. Ir noteiktas triboloģiskās īpašības atkarībā no iegūtā polimēru pārklājuma sastāva un modifikatora koncentrācijas. Nodilumizturības un berzes koeficienta vērtību izmaiņas atkarībā no modifikatora koncentrācijas noteiktas pie nemainīgas slodzes un iedarbības ātruma V = 1m/s. Modifikatora koncentrācijas ietekme uz berzes koeficientu un nodilumizturību ir noteikta berzes eksperimentā ar smēres pielietojumu. Tika pierādīts, ka berzes koeficientu un pārklājuma nodilumu ietekmē polimēru pārklājuma veidojošo tioamīdu un modifikatoru ķīmiska struktūra un daudzums. Antifrikcijas sistēmas ar visoptimālākajām īpašībām ir novērotas pie modifikatora piedevas koncentrācijas ap 1 masas %. Visaugstākās antifrikcijas īpašības tika reģistrētas pārklājumiem, kuri satur Cu3 + jonu modifikatorus.

 

Audrius Žunda, Juozas Padgurskas, Vitenis Jankauskas, Raimondas Kreivaitis, Rimantas Levinskas.

Industriālo polimēru nodilumizturība pēc lubricēšanas ar eļļām.

Darbā izpētīta dažādus polimērus (PA, POM-H un PETF) un metālu saturošu slīdošu berzes pāru berzes koeficienti un  nodiluma intensitāte. Berzes pārus testēja bez lubricēšanas un pēc lubricēšanas ar rapšu eļļu un minerāleļļu SAE 10. Pētījumi parādīja, ka PA un POM-H aktīvi absorbē (0.6...0.9 mg/cm2)  lubricējošos materiālus, bet PETF ievērojami mazāk un , slogojot pat līdz 9 MPa, tas nodilst vismazāk gan bez eļļotāja, gan ar to. SAE gadījumā nodiluma intensitāti praktiski neietekmē pieliktās slodzes lielums. Lubricējot ar SAE 10 eļļu, visu testēto polimēru gadījumos  berzes koeficients mainās maz un ir robežās no 0.08 līdz 0.10, kamēr lubricējot ar rapšu eļļu, tie ir trīs reizes mazāki 0,03 (PA) un 0.10 (POM-H).

Lubricējot ar rapšu eļļu, PETF nodiluma intensitāte arī ir viszemākā un to nedaudz ietekmē pieliktās slodzes lielums, kamēr PA un POM-H nodiluma intensitāti tieši ietekmē pieliktā  slodze – jo lielāka tā ir, jo intensīvāks ir nodilums. Ar rapšu eļļu lubricēta POM-H nodiluma intensitāte ir trīs reizes intensīvāka nekā ar minerālo eļļu lubricēta. Līdz ar to metāls, rapšu eļļas un POM-H kombinācijas izmantošana šim berzes pārim nav piemērota. Savukārt metāls-PA berzes pāru eļļošanai  ir rekomendējama rapšu eļļa, jo tā rada  mazu nodilumu (0.01…0.03 μm/m) un tai ir zems berzes koeficients  (0.03). Polimēru un citu temperatūras jūtīgu materiālu gadījumos nerekomendē izmantot nepārtrauktas tribometrijas pārbaudes metodes, bet it īpaši eksperimentos, kuros netiek lietots eļļotājs

 

Dace Čerpakovska, Māŗtiņš Kalniņš, Velta Tupureina, Anda Dzene.

Ar papīru stiegroti biodegradabli polivinilspirta kompozīti iepakojumam.

Pētīti stiegroti polivinilspirta (PVS) kompozīti, izmantojot par stiegrojošo materiālu trīs dažādu veidu papīru paraugus ar atšķirīgu tukšumu tilpuma daļu (0,40 – 0,70) un, kā sekas, ar atšķirīgu stiepes elastības moduli (2,3 – 5,0 GPa), stiprības robežspriegumu stiepē (17,7 – 53,9 MPa), trūkšanas relatīvo pagarinājumu (1,3 – 2,4). Noskaidrots papīru veidojošo celulozes šķiedru izmēru sadalījums: visiem papīru veidiem dominējošās (līdz 80%) ir šķiedras ar garumu intervālā no 0,5 līdz 1,5 mm. Ar skenējošās elektronu mikroskopijas palīdzību pētīta papīra un kompozītu struktūra šķērsgriezumā (trauslais lauzums pēc izturēšanas šķidrā slāpeklī). Jo blīvāks papīrs, jo vairāk uzirdinās tā struktūra ūdens absorbcijas procesā un lielākā mērā neatgriezeniski samazinās tā stiepes stiprība pēc piesūcināšanas ar ūdeni un sekojošas žāvēšanas. Jo lielāka ir tukšuma tilpuma daļa papīra struktūrā, jo pilnīgāk notiek tā struktūras aizpildīšanās ar polimēru un jo lielākā mērā pieaug kompozītu stiepes stiprības-deformācijas raksturlielumi. Eksperimentālās relatīvās stiepes elastības moduļa, stiepes stiprības robežsprieguma un trūkšanas pagarinājuma vērtību atkarību no polimēra tilpuma daļas kompozītā pirmajā tuvinājumā iespējams aprakstīt ar lineāru vienādojumu. Pētītie papīru paraugi raksturojas ar būtisku struktūras un stiprības-deformācijas rādītāju anizotropiju. Lielāks elastības moduļa, trūkšanas pagarinājuma un stiprības robežsprieguma pieaugums ir paraugiem virzienā,  kas perpendikulārs stiegrojošo šķiedru orientācijas virzienam. Kompozītu gaisa caurlaidība būtiski samazinās, palielinoties polimēra saturam kompozītā. Lielākais gaisa caurlaidības kritums novērojams mazāk blīviem papīriem. Pētīta papīru un kompozītu dezintegrēšanās bioloģiski sadaloties augsnē. Izejot no masas zudumu mērījumiem, kompozīti ar nelielu polimēra saturu (tilpuma daļa < 0.2) dezintegrējas ātrāk, salīdzinot ar atbilstošo papīra veidu.

 

Laimonis Mālers, Renāte Plēsuma, Liena Ločmele, Mārtiņš Kalniņš.

Nolietotu riepu gumijas smalknes saturoša kompozītmateriāla sastāva un īpašību korelācija.

Nolietotu riepu utilizācija ieņem nozīmīgu vietu materiālu reciklēšanas tehnoloģijā un politikā, ņemot vērā to, ka riepas jāvērtē kā videi nedraudzīgs un sadalīties nespējīgs piesārņojums. Viens no perspektīviem nolietotu  riepu utilizācijas virzieniem ir to sasmalcināšana un izmantošana kompozītmateriālu izgatavošanā.    Pētījuma mērķis ir noskaidrot savstarpējo korelāciju starp kompozītmateriāla, kas sastāv no mehāniski istabas temperaturā sasmalcinātas nolietotu riepu gumijas smalknes un poliuretāna tipa saistvielas, sastāvu un tā mehāniskajām un akustiskajām īpašībām.  Pastiprināta uzmanība tika pievērsta sekojošām kompozītmateriāla īpašībām - spiedes spriegumam un spiedes elastības modulim (EN826), cietībai (saskaņā ar Šora C klasifikāciju, ISO 7619), trokšņa un triecienvibrāciju absorbcijai (EN ISO 140-7). Tika novērtēts materiāla šķietamais blīvums (prEN1602) un šī parametra saistība ar kompozītmateriāla sastāvu. Noskaidrota visu  izvēlēto parametru cieša saistība ar kompozītmateriāla sastāvu. Novērtēta materiāla spiedes pretestība cikliskos slogošanas apstākļos un konstatēts, ka materiāla spiedes pretestība samazinās tikai pirmo slogošanas ciklu ietvaros.  Eksperimentāli noteiktās cietības vērtības var  tikt izmntotas kā korelatīvi raksturojošs parametrs, ar iespēju novērtēt kompozītmateriāla mehāniskās īpašības (E un spiedes spriegumu), šos parametrus eksperimentāli paraugiem tieši netestējot. Tika noskaidrots, ka kompozītmateriāls var tikt izmantots kā izolācijas materiāls, jo uzrāda atzīstamu trokšņa un mehānisko triecienvibrāciju absorbcijas īpašības plašā frekvenču diapazonā.

 

Jaans Kers, Pēteris Križans, Martins Letko.

Kompoundētu plastmasas atkritumu briketēšana kā mehāniskās reciklēšanas paņēmiens.

Šajā pētījumā aprakstīta plastmasas atkritumu briketēšana, kā mehāniskās reciklēšnas un materiālu pievienotās vērtības paaugstināšanas paņēmiens. Dažādi atkritumu veidi (koks, kartons, papīrs, plastmasa, tekstilijas) tika pārstrādāti divass un vienass smalcinātājos, lai iegūtu izejas produktu 1-2 mm diametrā, kas ir piemērotas briketēšanas procesam. Paraugu izgatavošanai izmantoja briketēšanas iekārtu, kura izgatavota Slovāku Tehnoloģijas universitātē Bratislavā. Briketes tika presētas no 5 dažādiem kompoundētā materiāla paraugiem , kuri saturēja plastmasu, kartonu, tekstilmateriālus, koku un citus atkritumu materiālu tipus. Tehnoloģiskie testi parādīja, ka sadzīves atkritumu briketēšanai nepieciešami augstāka presēšanas temperatūra un kompaktēšanas spiediens. Lai novērtētu izgatavoto brikešu kvalitāti, noteica to blīvumu un stiprības īpašības. No atkritumiem iegūta kurināmā mehāniskā stiprība pieauga pēc samaisīšanas ar koka un papīra atkritumiem. Parādīta arī dažādu parametru (frakcijas izmēri, mitruma saturs, kompaktēšanas spiediens un temperatūra) ietekme uz brikešu kvalitāti.

 

Kristīna Ancutienė, Eugenija Strazdienė.

Sakausētu tekstiliju elastīguma pētījumi.

Pētījuma mērķis ir izpētīt pamatnes orientācijas ietekmi uz sakausētu tekstiliju elastīgumu, kā arī novērtēt saistību starp sakausētu dublētu tekstiliju triecienizturību (divasu deformācija) un mehāniskajām īpašībām, kuras noteiktas ar automātisko KES-F sistēmu (vienass deformācija).

Tika pētīts virsējais audums un divu veida pamatnes audumi ar polimēra adhezīva slāni: neausta drāna ar gareniski orientētiem diegiem P1 un šķērsadīta trikotāža TR1. Sakausētās tekstila sistēmas tika veidotas, mainot pamatnes drānu diegu orientāciju attiecībā pret virsējā auduma šķēru virzienu:  0° (sistēma PAR), 90° (sistēma PER) un 45° (sistēma B). Sakausēto tekstila sistēmu elastīguma īpašības pētīja, izmantojot kompjuterizētu svārsta triecienizturības iekārtu. Stiepes īpašības pētīja, izmantojot KES-F sistēmu.

Pētījumi par pamatnes auduma orientācijas ietekmi uz sakausēto tekstila sistēmu elastīgumu parādīja, ka šī īpašība B sistēmām ir vislielākā. Sakausēto PAR sistēmu elastīgums ir viszemākais, jo pamatnes stiepes stiprība garenvirzienā, kā noteikts ar KES-F sistēmu, ir visaugstākā.  Tajā pašā laikā sakausētajām PER sistēmām nav svarīgi, kādas pamatnes izmanto sakausēšanai, jo abu sistēmu elastīguma īpašības ir gandrīz vienādas. 

Divslāņu sakausētu tekstila sistēmu pētījumi parāda, ka divasu deformācijas parametri, kuri tika noteikti trieciena slogojumā, ir saistīti ar stiepes deformācijas EMT un stiepes elastīguma RT anizotropiju, kura noteikta, izmantojot vienass testēšanu ar KES-F sistēmu, t.i., atlēciena leņķa α1 palielināšanās un trieciena leņķa β1 samazināšanās ir cieši saistīti ar EMT un RT anizotropijas samazinājumu.

 

Olga Pyshkina, Aleksejs Kubarkov, Vladimirs Sergeyevs.

Poli(3,4-etilēndioksitiofēns): sintēze un īpašības.

Aprakstīta 3,4-etilēndioksitiofēna augstas koncentrācijas emulsijas polimerizācija 2-naftalēnsulfonskābes nātrija sāls kā dopanta un emulgatora un dzelzs(III)sulfāta kā oksidanta klātbūtnē. Ar infrasarkanās spektroskopijas metodi parādīja, ka iegūtais polimērs ir poli(3,4-etilēndioksitiofēns) un ar transmisijas elektronmikroskopijas metodi parādīja, ka to raksturo neizteiktas formas plakanu veidojumu morfoloģija. Parādīts, ka pēc šīs metodes iegūtā poli(3,4-etilēndioksitiofēna) vadītspējas maksimālā vērtība ir 160 S/cm un tā ir atkarīga no mazgājamā ūdens daudzuma. Pētīta arī poli(3,4-etilēndioksitiofēna) termiskās apstrādes pie 125oC ietekme uz tā morfoloģiju un vadītspēju. Parādīts, ka poli(3,4-etilēndioksitiofēna) izejas vadītspēja būtiski ietekmē termiski apstrādāta poli(3,4-etilēndioksitiofēna) vadītspēju. Zemas vadītspējas poli(3,4-etilēndioksitiofēna) termiskā apstrāde noved pie tā vadītspējas samazināšanās, kamēr poli(3,4-etilēndioksitiofēna) ar maksimālo vadītspēju 160 S/cm termiskā apstrāde noved pie tā vadītspējas pieauguma līdz pat vairākiem tūkstošiem S/cm. Transmisijas elektronu mikroskopija parāda, ka poli(3,4-etilēndioksitiofēna) ar šādu vadītspēju raksturo monokristālu morfoloģija.

 

Nataļja Jeļinska, Mārtiņš Kalniņš, Velta Tupureina, Anda Dzene.

Polivinilspirta/polivinilacetāta maisījumu plēves.

Polivinilspirta (PVS) un polivinilacetāta (PVA) maisījumi tika iegūti sajaucot ūdens sistēmas: PVS šķīdumu un PVA emulsiju. Komponentes viegli sajaucas un veido vizuāli vienmērīgu maisījumu. Plēves tika iegūtas lejot ar sekojošu žāvēšanu istabas temperatūrā. PVS un PVA plēves ir caurspīdīgas un bezkrāsainas. Maisījumu plēves ir opaliscējošas, to caurlaidība redzamās gaismas diapazonā ir zemāka, kas liecina par noteiktu struktūras heterogenitāti. Diferenciāli skenējošās kalorimetrijas (DSK) un skenējošās elektronu mikroskopijas (SEM) pētījumi liecina, ka komponenti maisījumā veido atsevišķas fāzes. Maisījumi ir izteikti mikroheterogēni. Maisījumos ar lielu PVS saturu, kad dispersijas fāze ir polivinilspirts, saskatāmi polivinilacetāta ieslēgumi ar dominējošiem izmēriem 2-4 mm. Savukārt sistēmās ar zemu PVS saturu, kad dispersijas fāze ir PVA, PVS ieslēgumi kā diskrēti objekti ir grūtāk saskatāmi. Iegūtām plēvēm tika noteiktas sprieguma s – deformācijas e sakarības stiepes režīmā. Eksperimentāli noteikti atsevišķi visām sistēmām kopīgie sprieguma un relatīvās deformācijas raksturlielumi stiepē (maksimālais spriegums sMAX un tam atbilstošā deformācijas vērtība eMAX, tecēšanas spriegums sY un atbilstošais eY, stiepes robežspriegums sB un trūkšanas pagarinājums eB), kā arī sākotnējais elastības modulis  E = lim(ds/de)|e→0. Kompozītu slodzes nestspēju pie PVS tilpuma daļas kompozītā > 0,5 nosaka stingā PVS matrica, kurā izkliedētas relatīvi padevīgā PVA ieslēgumi. Maisījumi ar PVS tilpuma daļu kompozītā < 0,5 var tikt uzskatīti kā kompozīti ar padevīgu PVA matricu, kurā ietvertas stingi PVS ieslēgumi, kuriem ir savdabīgas „pildvielas” loma  Variējot komponentu saturu kompozītā, iespējams iegūt plēves ar plašu stiprības-deformācijas rādītāju diapazonu:  E = 0,3 – 2,2 GPa,  sMAX = 9 – 106 MPa, sY =: 8 – 73 MPa, sB = 11 - 42 MPa, eB = 0,32 – 2,0.

 

Olena Mokrousova, Vasil Moraru.

Ar Cr(III) savienojumiem realizētas montmorillonīta modificēšanas ietekme uz tā dispersiju elektrokinētiskajām īpašībām.

Lai izskaidrotu montmorillonīta (MMT) pārlādēšanās mehānismu Cr(NO3)3 šķīdumos un noteiktu dispersiju koagulācijas un stabilitātes zonas, šajā publikācijā pētīta ξ-potenciāla un MMT dispersiju stabilitātes atkarība no vides pH un hroma savienojumu koncentrācijas. Ir iegūtas Na + montmorillonīta koncentrācijas atkarības no ζ-potenciālu NaCl, CaCl2 un Cr(NO3)3. Konstatēts, ka ζ-potenciāla ar negatīvo vērtību nepārtrauktā samazināšanās ir saistīta ar elektrolītu koncentrācijas pieaugumu un pretējo jonu lādiņa palielināšanos. Palielinot pH robežās no 2 līdz 12, novērojamas trīs stabilitātes zonas, kuras mijās ar trim koagulācijas zonām. Šo zonu robežās ξ-potenciāls trīs reizes maina savu zīmi. Noskaidrots, ka lādiņa zīmes maiņu uz MMT virsmas izraisa nevis vienkāršie Cr3+ joni, bet to hidrolīzes produkti. Trīskārtīga MMТ ξ-potenciāla zīmes maiņa Cr(NO3)3 šķīdumā un atbilstošā dispersijas stabilitātes un koagulācijas zonu izmaiņas varētu izskaidrot ar hidrolīzi, kompleksu Cr3+ jonu izveidi un cietās fāzes grupu jonizācijas mehānisma raksturu. Darbā pierādīts, ka MMT virsmas lādiņa pārlādēšana un otrās stabilitātes zonas parādīšanas pozitīvi lādētam solam ir saistītas ar polimerizētu hroma jonu ekvivalentu adsorbciju no šķīduma. Iegūtas pozitīvi lādētās stabilas dispersijas var izmantot anjonu krāsvielu adsorbcijai un stingrai fiksācijai ar turpmāku mērķi iegūt efektīvās krāsvielas ādas pusfabrikātu apstrādei.

 

Vladimirs Homenko, Vjačeslavs Barsukovs.

Polimēra saistvielu ietekme uz katodu veiktspēju/efektivitāti litija jonu baterijās.

Darbā izpētīta dažādu katodu materiālu (LiCoO2, Li MnO4 ) elektroķīmiskā izturēšanās dažādu elektrolītu šķīdumos (LP71) (N1), tie salīdzināti ar rūpnieciski patreiz izmantotiem elektrolītiem, kas veidoti uz N-metil N-propilpirrolidīna bis-fluorosulfonilimīda (PYR 13 FSI) (N2) un n-metil-n-butilpirrolidīna bis(trifluorometilēnsulfonil)imīda (PYR14 TFSI) (N3) bāzes. Lai novērtētu pētīto materiālu elektroķīmisko uzvedību, izmantoti dažādi katodu materiāli. Tiem novēro dažādu stabilitāti dažādos elektrolītu šķīdumos, katoda materiāli arī daļēji uzbriest elektrolītos. Tas ir ļoti svarīgi, jo lielā mērā nosaka pārklāto katodu kapacitāti. Līdzīgu ainu novēro arī elektrolīta N2 gadījumā. Turklāt jāpiezīmē, ka no elektrolītiem veidojas  arī dažādi pārklājumu biezumi un dažāds elektrolīta penetrēšanās dziļums katodos. Veikti arī sistemātiski elektroķīmiskie pētījumi par polivinilidēna difluorīda (PVDF) bāzētu polimēru saistvielu ietekmi uz dažādu katodu veiktspēju litija jonu baterijās jonu šķidrumu (JŠ) bāzētos elektrolītos. Elektroķīmiskie testi norāda, ka PVDF daba būtiski ietekmē katoda stabilitāti JŠ bāzētos elektrolītos. Tāds kopolimērs kā heksafluorpropilēns (HFP) spēlē nozīmīgu lomu uz starpfāžu pretestību. PVDF-HFP saistvielas izmantošana nodrošina labāku daļiņu saistīšanos sistēmā, kā rezultātā bateriju ciklizēšanas procesā notiek katodu kapacitātes zudumi. Nākotnes pētījumos paredzēts vēl vairāk uzlabot elektrolītu piedevu efektivitāti tās sašujot, kā rezultātā palielināsies bateriju kalpošanas ilgums.

 

Per M. Claesson and Per Linse.

Ķemmveida polimēru adsorbcija uz vizlas un silīcija dioksīda virsmām: Salīdzinājums starp eksperimentu un modelēšanas rezultātiem

Izmantojot režģa vidējā lauka teoriju, modelēta vairāku lādētu ķemmveida polimēru polimēru ar konstanta garuma sānu ķēdēm adsorbcija uz vizlas un silīcija dioksīda virsmām, un iegūtie rezultāti salīdzināti ar atbilstošajiem eksperimentālajiem datiem. Ķemmveida polimēri modelēti kā savienojumi, kas sastāv no divu veidu skeleta ķēdes segmentiem – lādētiem segmentiem un nelādētiem segmentiem ar pievienotu sānu ķēdi. Sastāva mainīgais X raksturo lādētos skeleta ķēdes segmentus un svārstās robežās no X = 0 (nelādēts ķemmveida polimērs) līdz X = 100 (lineārs polielektrolīts). Vizlas tipa virsmām piemīt konstants negatīvs virsmas lādiņa blīvums un tam nav ne-elektrostatiskās afinitātes ne pret galveno ķēdi, ne pret sānu ķēdi, kamēr silicija dioksīda tipa virsmām ir konstants negatīvs virsmas potenciāls un neelektrostatiskā afinitāte pret ķemmveida polimēra sānu ķēdēm. Modelis ir izmantojams, lai reproducētu virkni eksperimentālu īpatnību, kuras raksturo ķemmveida polimēru adsorbciju pilnam sastāva mainīgā X vērtību spektram uz abām virsmām, līdz ar to ļaujot kvantificēt kādā veidā divu virsmu atšķirīgā daba attiecībā pret polimēru elektrostatiskajām īpašībām un ne-elektrostatisko afinitāti ietekmē adsorbēto slāņu adsorbcijas īpašības un struktūru. Gibsa adsorbcija parāda maksimumu pie X ≈ 50 vizlas virsmām un pie X ≈ 10 silicija diopksīda virsmām. Bez tam., biezākais adsorbētais slānis iegūts pie X = 10 - 25.

 

Andrejs Tverjanovičs, Sergejs Berezņevs, Andrej Gertsins, Gaļina Muradova, Aleksandrs Šoka, Dongsoo Kim, Jūlija Kois, Andres Opik, Jurijs Tverjanovičs.

CuInSe2 nanopulvera sintēze polietilēna glikolā.

Dotais darbs veltīts izejas reaģentu ietekmes izvērtēšanai uz CuInSe2 (CISe) fotoabsorbcijas pulveru īpašībām. Fotoabsorbcijas pulveri iegūti mikroviļņu ierosinātā sintēzē trietilēnglikolā un polietilēna glikolā. Sintezētie CISe pulveri pētīti ar rentgenstaru difrakcijas analīzi (XRD), skenējošo elektronmikroskopu (SEM)  ar elementu analīzes opciju (EDS) un mikro Ramana spektroskopiju, lai būtu iespējams kontrolēt to sastāvu, struktūru un morfoloģiju.  Pierādīts, ka mikroviļņu ierosinātā poliolu metode ir piemērota CISe nanopulveru sintēzei. Sintēzei ar metāliskajiem In un Cu prekursoriem bija raksturīgas  neizreaģējuša indija “pēdas” reakcijas produktos un novirzes no kompozīcijas sastāva stehiometrijas. No otras puses, šķīstošu In(III) un Cu(I) sāļu izmantošana par izejvielām ļāva iegūt prakstiski stehiometrisku CISe pulveri. XRD, SEM, EDS un Ramana spektroskopijas pētījumos parādīta sintezēto ferītu halkopirīta pulveru struktūra un apstiprināta polinanokristāliskā morfoloģija. Vistīrākos CIS pulverous sintezēja no CuCl, In(OOCCH3)3 un Se kā izejas reaģentiem. Vidējie pētījumā izgatavoto CISE graudu pulveru izmēri ir atkarīgi no šķīdinātāja (poliola) vidējās molekulmasas.  Polietilēna glikols 600, izmantots kā šķīdinātājs, ļauj iegūt praktiski vienmērīgu polikristāliskā CISe pulveri ar vidējo kristālu izmēriem 80 nm robežās.

 

Sergejs Gluhihs, Andrejs Kovaļovs, Aleksandrs Tiškunovs, Dace Čerpakovska, Mārtiņš Kalniņš.

Polimēru elastīgo īpašību noteikšanas metode izmantojot cilindriskas formas plānsienu paraugus (TWCS metode).

Piedāvātā elastības moduļa noteikšanas metode balstās uz plānsienu cilindriska parauga (čaulas) deformēšanas uzdevuma risinājumu, saspiežot to starp divām paralēlām plaknēm, ievērojot ģeometrisko nelinearitāti. Kontakta uzdevums tika risināts ar galīgo elementu metodi (ANSYS). Metode paredz eksperimentāli noteikt cilindriska parauga saspiešanai nepieciešamā spēka P un atbilstoša pārvietojuma D sakarību. Ievesti bezdimensiju parametri: pārvietojumam a = D/(2R) un slodzei b = PR2 / EJ, kur R ir cilindriskā parauga rādiuss, E – materiāla elastības modulis, J – taisnstūra šķērsgriezuma inerces moments. Konstruēta universālā bezdimensiju parametru sakarība  b(a) – slogošanas diagramma - relatīvā čaulas biezuma B/R vērtībām 0.0025-0.0125 (B – biezums). Sakarība aproksimēta ar sestās pakāpes polinoma vienādojumu. Iegūtais vienādojums ļauj atrisināt apgrieztu uzdevumu nosakot materiāla elastības moduli, izejot no vairākiem eksperimentāliem punktiem uz slogošanas diagrammas. Mērījumiem iespējams izmantot vienkāršu ierīci. Plānsienu čaulas deformācija raksturojas ar lielu viegli mērāmu pārvietojumu un tam atbilstošu relatīvi nelielu elastīgo deformāciju plašā paralēlo plakņu gājiena diapazonā. Pieņemama elastības moduļa vērtības noteikšanas kļūda, kas nepārsniedz 5%, pierādīta veicot septiņus – astoņus mērījumus relatīvā pārvietojuma diapazonā 0.2 – 0.8. Metode izmantota vairāku polimērkompozītu elastības moduļa vērtības noteikšanai, kuru stiepes elastības modulis tika iepriekš noteikts veicot standarta stiepes eksperimentu. Pietiekami laba iegūto rezultātu sakrišana apstiprina izstrādātās metodes efektivitāti.

 

Zane Grigale, Jana Simanovska, Mārtiņš Kalniņš, Anda Dzene, Velta Tupureina.

Biosadalošs iepakojums no aprites cikla perspektīvas.

Pētīti trīs dažādi iepakojuma materiāli: plaši pazīstamais biopolimērs – polilaktīds (PLA), sintētisks nemodificēts zema blīvuma polietilēns (PE) un jauns iepakojuma materiāls – polietilēns, kas satur efektīvas piedevas polimēra oksidēšanās stimulēšanai gaisa skābekļa vidē ekspluatācijas apstākļos (oxo-PE). Visiem nosauktajiem materiāliem tika veikta aprites cikla analīze (ACA) saskaņā ar ISO (Internacionālā standartizācijas organizācija) ieteikumiem un prasībām. Detalizēti tika analizēti divi svarīgākie aprites ciklu ietekmējošie faktori – materiāla sintēzei un pārstrādei patērētā enerģija un izdalītās siltumnīcas efekta gāzes daudzums pirmajam un otrajam aprites cikla posmam (materiālu iegūšanai un pārstrādei). Aprites cikla izvērtēšanai tika izmantotas ACA un Eiropas Komisijas datu bāzes. Apkopojot rezultātus, noteikts, ka vislielāko negatīvo ietekmi uz vidi rada polietilēns ar piedevām, kas paātrina polietilēna oksidēšanās procesu, galvenokārt veicinot peroksīdu (polietilēna oksidēšanās procesa starpproduktu) sadalīšanos. Polimēra oksidēšanos paātrinošās piedevas veicina PE fragmentāciju, kas izslēdz tā atkārtotu pārstrādi. Paralēli – metālu (Fe, Mn, Co) joni, kas ir viens no oxo-PE sadalīšanās gala produktiem, būtiski piesārņo vidi un rada nopietnus draudus cilvēka veselībai. Veicot iepakojuma materiālu analīzi un salīdzināšanu vadoties no aprites cikla perspektīvas, kā arī nosakot enerģijas patēriņu un siltumnīcas efekta gāzu emisijas datus atsevišķu iepakojuma materiālu ieguves un pārstrādes posmā, konstatēts, ka no visiem pētītajiem materiāliem PLA iepakojuma materiāls uzrāda ilgtspējīgai attīstībai visatbilstošākos rādītājus.

 

Zane Grigale, Martiņs Kalniņš, Anda Dzene, Velta Tupureina.

Biodegradablas plastificētas polilaktīda plēves.

Pētīta vairāku atšķirīgu bioloģiski saderīgu estergrupas un hidroksilgrupas saturošu mazmolekulāru plastifikatoru (glicerīna triacetāts, tributilcitrāts, polietilēnglikols, acetilēts monoglicerīds uz rīcineļļas bāzes) ietekme uz biodegradabla alifātiska poliestera polilaktīda (PLA) stiprības-deformatīvo īpašību rādītājiem stiepē (elastības modulis, stiepes robežspriegums, trūkšanas pagarinājums u.c.) kā arī uz  bioloģiskās noārdīšanās spēju (fosfātu buferšķīdumā un augsnē). Pētījumos tika izmantoti  plēves veida PLA paraugi, kas iegūti atlejot no polilaktīda un plastifikatora šķīduma hloroformā (CPLA), kā arī pēc tam termiski apstrādāti paraugi (TPLA). Izmantojot diferenciālas skenējošās kalorimetrijas (DSC) metodi konstatēts, ka CPLA ir praktiski amorfs (kristāliskuma pakāpe nepārsniedz 14 %), kamēr TPLA – kristālisks (kristāliskuma pakāpe – 45 %).

TPLA ir ievērojami padevīgāks: uzrāda trīs reizes mazāku elastības moduļa vērtību un 30 reizes lielāku trūkšanas pagarinājuma vērtību, salīdzinājumā ar CPLA. Plastificēšana izraisa būtisku CPLA deformējamības (relatīvā trūkšanas pagarinājuma) palielināšanos. Elastības moduļa vērtības samazinās, palielinoties plastifikatora saturam. Plastifikatori efektīvi samazina sprieguma maksimumu vērtības, vienlaicīgi palielinot CPLA trūkšanas pagarinājuma un samazinot tā stiepes robežsprieguma vērtības. Konstatēts, ka glicerīna triacetāts, kura molekulas struktūra ar visvairāk līdzīga polilaktīdam, ir visefektīvākais CPLA plastifikators. Plastifikatoru klātbūtne būtiski sekmē polilaktīda sadalīšanos kā fosfātu buferšķīdumā, tā arī augsnē.

 

Žanna Boeva, Olga Piškina, Vladimirs Sergeyevs.

Polianilīna matricas polimerizācija polisulfonskābju klātbūtnē.

Salīdzinoši augstās elektronu vadāmības, vides izturības un vienkāršās pārstradājamības dēļ polianilīnu izmanto elektrohromatiskajās ierīcēs, antistatiskajos un antikorozijas pārklājumos superkondensatoros un organiskajos vados. Tajā pašā laikā polianilīna galvenie trūkumi ir zemā šķīdība tradicionālajos šķīdinātājos un elektronu vadāmības zemā termiskā stabilitāte (jo hlorūdeņradis ir gaistošs un polianilīns karsējot pārdopējās). Minētajai problēmai ir vairāki risinājumi, no kuriem vienkāršākā ir anilīna matricas polimerizācija poliskābes klātbūtnē. Šajā darbā apskatīta anilīna polimerizācija poli-(2-akrilamīd-1-metilpropānsulfoskābes) un poli(4-stirolsulfonskābes) klātbūtnē. Ievērojot, ka veicot anilīna polimerizāciju poli-(2-akrilamīd-1-metilpropānsulfoskābes) un poli(4-stirolsulfonskābes) klātbūtnē ir grūti iegūt plēvītes ar labām mehāniskajām īpašībām, vienlaicīgi apskatīta iespēja veikt anilīna matricas polimerizāciju plēvi veidojoša polielektrolīta Nafion® vai tā analoga MF-4SK 2-propanolā klātbūtnē. Vienlaicīgi darbā pētītas iegūto interpolielektrolītu kompleksu plēvju īpašības. Parādīts, ka anilīna matricas polimerizācija noved pie šķīstošu polielektrolītu kompleksu veidošanās, kuros polianilīns ir emeraldīna formā. Polianilīna-polielektrolīta kompleksa ūdenī daļiņu izmēri nav atkarīgi no polielektrolīta ķīmiskās struktūras un molekulmasas. Noteikts, ka iegūtie kompleksi stabilizēti ne tikai ar elektrostatiskiem, bet arī ne-jonu, t.i., van der Valsa mijiedarbības spēkiem. Pētīta polianilīna-MF-4SK polielektrolītu kompleksu protonu vadāmība un noskaidrots, ka protonu vadāmība ir regulējama, mainot anilīna daudzumu sākotnējā reakcijas maisījumā.