В статті розглянуто перспективність використання фосфатів Zn²⁺, Cu²⁺ як бактерицидних наповнювачів склоемалевих покриттів. Описано синтез дифосфатів Zn²⁺, Cu²⁺ та дослідено їх склад з використанням диференціально-термічного та рентгенофазового аналізу. Вивчено впливу термообробки на характер фазових перетворень фосфатів при формуванні антибактеріальних склопокриттів.In papers are observed perspectivity of use of phosphate Zn2+, Cu2+ as bactericidal fillers enamels coating. The synthesis of diphosphates Zn2 + is presented, Cu2+ and is investigated their composition with use differential-thermal and X-ray analysis. Agency of heat treatment on character of phase transformations of phosphate is studied at formation antibacterial glass coating

Брагіна, Людмила Лазарівна

Васютін, Ф. А.

Покроєва, Яна Олександрівна

Саввова, Оксана Вікторівна

Соболь, Н. П.

Шалигіна, Оксана Володимирівна

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

3УДК 666.213О.В. САВВОВА, канд. техн. наук, Л.Л. БРАГІНА, докт. техн. наук,Ф.А. ВАСЮТІН, канд. техн. наук, Н.П. СОБОЛЬ, канд. техн. наук,О.В. ШАЛИГІНА, канд. техн. наук, Я.О. ПОКРОЄВА, інж. II категорії,Національний технічний університет «Харківський політехнічнийінститут»ФОСФАТИ Zn2+, Cu2+ ЯК БАКТЕРИЦИДНІ НАПОВНЮВАЧІСКЛОЕМАЛЕВИХ ПОКРИТТІВВ статті розглянуто перспективність використання фосфатів Zn2+, Cu2+ як бактерициднихнаповнювачів склоемалевих покриттів. Описано синтез дифосфатів Zn2+, Cu2+ та дослідено їхсклад з використанням диференціально-термічного та рентгенофазового аналізу. Вивчено впливутермообробки на характер фазових перетворень фосфатів при формуванні антибактеріальнихсклопокриттів.In papers are observed perspectivity of use of phosphate Zn2+, Cu2+ as bactericidal fillers enamels coating.The synthesis of diphosphates Zn2 + is presented, Cu2+ and is investigated their composition with use dif-ferential-thermal and X-ray analysis. Agency of heat treatment on character of phase transformations ofphosphate is studied at formation antibacterial glass coating.Вступ. Багатофункціональність склоемалевих покриттів визначається їхстійкістю в розчинах неорганічних та органічних кислот, киплячій воді таінших агресивних середовищах, механічною міцністю, зносо- та термостійкі-стю, естетико-декоративними властивостями. Але вказаних позитивних осо-бливостей недостатньо для подальшого застосування традиційних склоема-лей для антибактеріального надійного довгострокового захисту сталевих ви-робів в різних галузях в теперішніх екологічних умовах.На сьогоднішній день за кордоном широко використовується різномані-тна емальована сталева  продукція з антибактеріальними покриттями новогопокоління. До неї відносяться електроводонагрівачі, холодильники, пральніта посудомиючі машини, кухонне обладнання, трубопроводи виробництвафірм "BOSH", "Eiserwerke Duker Gmbh" (Німеччина), "Dupont"(США) та інш.Однак, відомості про склади відповідних склоемалей та технологію одержан-ня антибактеріальних покриттів на їх основі практично відсутні [1].Створення вітчизняних антибактеріальних покриттів для надійного дов-гострокового захисту сталевих деталей та виробів різноманітного призначен-4ня потребує принципово нових підходів до розробки наукових основ синтезутаких покриттів.В основу створення антибактеріальних покриттів покладена ідея поєд-нання поліфункціональних склоемалей та покриттів на їх основі з бактерици-дною дією катіонів Zn2+, Cu2+, Mn4+ та ін.Забезпечення антибактеріальних властивостей покриття відбувається зарахунок синтезу склоемалевої матриці запрограмованого складу, яка вміщуєоксиди з сильними окисно-відновними властивостями. Структура даноїскломатриці повинна забезпечити певну запрограмовану орієнтацію вищена-ведених катіонів бактерицидних металів та їх рівномірне суцільне розміщен-ня в приповерхневому шарі покриття [2] .Метою даної роботи з’явився синтез бактерицидних наповнювачів, тавивчення впливу термообробки на характер фазових перетворень фосфатівпри формуванні антибактеріальних склопокриттів.Методика експерименту. Бактерицидні порошки були одержані наоснові фосфатів Zn2+, Cu2+ шляхом методу хімічного осадження. РозчинNa3(PO4)2 при інтенсивному перемішуванні додавали до розчину CuSO4 абоZnSO4, кількість якого в 1,5 рази перебільшує рівень, необхідний для заміниNa+ на Cu2+ або Zn2+.Утворені осади, відповідно голубого та білого кольору,промивали холодною водою до відсутності в них іонів SO42-. Використані ре-активи мали кваліфікацію «ч.д.а.».Для дослідження складу осаджених фосфатів використовувалидиференціально-термічний та рентгенофазовий аналізи.Експериментальні результати та їх обговорення. Осади, одержані врезультаті обмінної реакції дифосфату натрію та сульфатів бактерициднихметалів, представляють собою в’язку гелеподібну масу перламутрово-білогоабо перламутрово-голубого кольору [3]. При промиванні гарячою водою осадчастково розпадається і розчиняється. Відмита від сульфатів речовина прикімнатній температурі поступово розшаровується з утворенням прозорого ге-лю та шару рідини над ним.За даними авторів [4] розшаровування відбувається  внаслідок виділеннянадлишкової вологи, залученої у ході осадження. При подальшому перебу-ванні на повітрі утворений гель продовжує втрачати воду за рахунок випару.За результатами диференціально-термічного аналізу синтезований фос-фат цинку при температурі 200 °С зневоднюється з втратою 60 мг речовини,при 320 °С – з втратою 100 мг речовини. При подальшій термообробці на5Рис. 1. Дифрактограма синтетичних: а - Cu3(PO4)2xH2O; б - Zn3(PO4)24H2O.а бкривій ДТА  спостерігається незначний екзоефект при температурі 920 °С(рис. 1.б).Аналогічні результати спостерігаються при зневодненні фосфату міді здекілька меншою втратою речовини при 320 °С °С до 75 мг. Подальше зне-воднення спостерігається до 80 мг при термообробці. На відміну від фосфатуцинку фосфат міді характеризується чітко вираженим  піком екзоефекту притемпературі 580 °С, що свідчить про поліморфні перетворення фосфату цин-ку. Незначний екзоефект спостерігається при температурі 860 °С (рис. 1.а).За даними рентгенофазового аналізу синтезовані порошки мали структу-ру на основі дифосфатів Zn2+ та Cu2+. Після термообробки не спостерігаєтьсяякісних змін структури синтезованих  порошків (рис. 2, 3).Висновки. В основу створення антибактеріальних покриттів покладенаідея поєднання поліфункціональних склоемалей та покриттів на їх основі збактерицидною дією катіонів Zn2+, Cu2+. Бактерицидні наповнювачі булиодержані шляхом методу хімічного осадження. За даними диференціально-термічного та рентгенофазового аналізу встановлено, що синтезовані порош-6ки мають структуру дифосфатів Zn2+, Cu2+, що є необхідною умовою при си-нтезі антибактеріальних склоемалевих покриттів.Список літератури: 1. Eckhard Voβ, Christian Störch. Evaluation of bacterial growth on various mate-rials /The 20th International Enameller Congress, Istanbul-Turkey, 15-19 May, 2005. - S.194-210. 2.Aydin Doğan, Aslan Genser, Ceren Pekşen. Calcium phoshate based antibacterial ceramic powder con-taining enamel / The 20th International Enameller Congress, Istanbul-Turkey , 15-19 May, 2005. – S.239-244. 3. C.S. Chal, K.A.Gross, L. Hanley, K.Kannangara. Critical ageing and chemistry of nanocrystallinehedroxyapatite sol-gel solution // J.Aust.Ceram. Soc. – 1998. - Vol.34, Nr.2 – P. 263-268. 4. В.А. Синя-ев, Е.С. Шустикова, Л.В. Левченко, А.А. Седунов. Синтез и поведение при нагревании аморфногополифосфата кальция // Неорганические материалы. – 2001. – Т.37,№6. – С.735-738.Поступила в редколегію 3.09.08.Рис. 2. Дифрактограма синтезованого Cu3(PO4)2 після термообробкипри температурі 1000°С: ● – Cu3(PO4)2Рис. 3. Дифрактограма синтезованого Zn3(PO4)2 після термообробкипри температурі 1000°С: ● – α Zn3(PO4)2 ; ■ – β Zn3(PO4)2

Фосфати Zn²⁺, Cu²⁺ як бактерицидні наповнювачі склоемалевих покриттів

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

3УДК 666.213
О.В. САВВОВА, канд. техн. наук, Л.Л. БРАГІНА, докт. техн. наук,
Ф.А. ВАСЮТІН, канд. техн. наук, Н.П. СОБОЛЬ, канд. техн. наук,
О.В. ШАЛИГІНА, канд. техн. наук, Я.О. ПОКРОЄВА, інж. II категорії,
Національний технічний університет «Харківський політехнічний
інститут»
ФОСФАТИ Zn2+, Cu2+ ЯК БАКТЕРИЦИДНІ НАПОВНЮВАЧІ
СКЛОЕМАЛЕВИХ ПОКРИТТІВ
В статті розглянуто перспективність використання фосфатів Zn2+, Cu2+ як бактерицидних
наповнювачів склоемалевих покриттів. Описано синтез дифосфатів Zn2+, Cu2+ та дослідено їх
склад з використанням диференціально-термічного та рентгенофазового аналізу. Вивчено впливу
термообробки на характер фазових перетворень фосфатів при формуванні антибактеріальних
склопокриттів.
In papers are observed perspectivity of use of phosphate Zn2+, Cu2+ as bactericidal fillers enamels coating.
The synthesis of diphosphates Zn2 + is presented, Cu2+ and is investigated their composition with use dif-
ferential-thermal and X-ray analysis. Agency of heat treatment on character of phase transformations of
phosphate is studied at formation antibacterial glass coating.
Вступ. Багатофункціональність склоемалевих покриттів визначається їх
стійкістю в розчинах неорганічних та органічних кислот, киплячій воді та
інших агресивних середовищах, механічною міцністю, зносо- та термостійкі-
стю, естетико-декоративними властивостями. Але вказаних позитивних осо-
бливостей недостатньо для подальшого застосування традиційних склоема-
лей для антибактеріального надійного довгострокового захисту сталевих ви-
робів в різних галузях в теперішніх екологічних умовах.
На сьогоднішній день за кордоном широко використовується різномані-
тна емальована сталева  продукція з антибактеріальними покриттями нового
покоління. До неї відносяться електроводонагрівачі, холодильники, пральні
та посудомиючі машини, кухонне обладнання, трубопроводи виробництва
фірм "BOSH", "Eiserwerke Duker Gmbh" (Німеччина), "Dupont"(США) та інш.
Однак, відомості про склади відповідних склоемалей та технологію одержан-
ня антибактеріальних покриттів на їх основі практично відсутні [1].
Створення вітчизняних антибактеріальних покриттів для надійного дов-
гострокового захисту сталевих деталей та виробів різноманітного призначен-
4ня потребує принципово нових підходів до розробки наукових основ синтезу
таких покриттів.
В основу створення антибактеріальних покриттів покладена ідея поєд-
нання поліфункціональних склоемалей та покриттів на їх основі з бактерици-
дною дією катіонів Zn2+, Cu2+, Mn4+ та ін.
Забезпечення антибактеріальних властивостей покриття відбувається за
рахунок синтезу склоемалевої матриці запрограмованого складу, яка вміщує
оксиди з сильними окисно-відновними властивостями. Структура даної
скломатриці повинна забезпечити певну запрограмовану орієнтацію вищена-
ведених катіонів бактерицидних металів та їх рівномірне суцільне розміщен-
ня в приповерхневому шарі покриття [2] .
Метою даної роботи з’явився синтез бактерицидних наповнювачів, та
вивчення впливу термообробки на характер фазових перетворень фосфатів
при формуванні антибактеріальних склопокриттів.
Методика експерименту. Бактерицидні порошки були одержані на
основі фосфатів Zn2+, Cu2+ шляхом методу хімічного осадження. Розчин
Na3(PO4)2 при інтенсивному перемішуванні додавали до розчину CuSO4 або
ZnSO4, кількість якого в 1,5 рази перебільшує рівень, необхідний для заміни
Na+ на Cu2+ або Zn2+.Утворені осади, відповідно голубого та білого кольору,
промивали холодною водою до відсутності в них іонів SO42-. Використані ре-
активи мали кваліфікацію «ч.д.а.».
Для дослідження складу осаджених фосфатів використовували
диференціально-термічний та рентгенофазовий аналізи.
Експериментальні результати та їх обговорення. Осади, одержані в
результаті обмінної реакції дифосфату натрію та сульфатів бактерицидних
металів, представляють собою в’язку гелеподібну масу перламутрово-білого
або перламутрово-голубого кольору [3]. При промиванні гарячою водою осад
частково розпадається і розчиняється. Відмита від сульфатів речовина при
кімнатній температурі поступово розшаровується з утворенням прозорого ге-
лю та шару рідини над ним.
За даними авторів [4] розшаровування відбувається  внаслідок виділення
надлишкової вологи, залученої у ході осадження. При подальшому перебу-
ванні на повітрі утворений гель продовжує втрачати воду за рахунок випару.
За результатами диференціально-термічного аналізу синтезований фос-
фат цинку при температурі 200 °С зневоднюється з втратою 60 мг речовини,
при 320 °С – з втратою 100 мг речовини. При подальшій термообробці на
5Рис. 1. Дифрактограма синтетичних: а - Cu3(PO4)2xH2O; б - Zn3(PO4)24H2O.
а б
кривій ДТА  спостерігається незначний екзоефект при температурі 920 °С
(рис. 1.б).
Аналогічні результати спостерігаються при зневодненні фосфату міді з
декілька меншою втратою речовини при 320 °С °С до 75 мг. Подальше зне-
воднення спостерігається до 80 мг при термообробці. На відміну від фосфату
цинку фосфат міді характеризується чітко вираженим  піком екзоефекту при
температурі 580 °С, що свідчить про поліморфні перетворення фосфату цин-
ку. Незначний екзоефект спостерігається при температурі 860 °С (рис. 1.а).
За даними рентгенофазового аналізу синтезовані порошки мали структу-
ру на основі дифосфатів Zn2+ та Cu2+. Після термообробки не спостерігається
якісних змін структури синтезованих  порошків (рис. 2, 3).
Висновки. В основу створення антибактеріальних покриттів покладена
ідея поєднання поліфункціональних склоемалей та покриттів на їх основі з
бактерицидною дією катіонів Zn2+, Cu2+. Бактерицидні наповнювачі були
одержані шляхом методу хімічного осадження. За даними диференціально-
термічного та рентгенофазового аналізу встановлено, що синтезовані порош-
6ки мають структуру дифосфатів Zn2+, Cu2+, що є необхідною умовою при си-
нтезі антибактеріальних склоемалевих покриттів.
Список літератури: 1. Eckhard Voβ, Christian Störch. Evaluation of bacterial growth on various mate-
rials /The 20th International Enameller Congress, Istanbul-Turkey, 15-19 May, 2005. - S.194-210. 2.
Aydin Doğan, Aslan Genser, Ceren Pekşen. Calcium phoshate based antibacterial ceramic powder con-
taining enamel / The 20th International Enameller Congress, Istanbul-Turkey , 15-19 May, 2005. – S.239-
244. 3. C.S. Chal, K.A.Gross, L. Hanley, K.Kannangara. Critical ageing and chemistry of nanocrystalline
hedroxyapatite sol-gel solution // J.Aust.Ceram. Soc. – 1998. - Vol.34, Nr.2 – P. 263-268. 4. В.А. Синя-
ев, Е.С. Шустикова, Л.В. Левченко, А.А. Седунов. Синтез и поведение при нагревании аморфного
полифосфата кальция // Неорганические материалы. – 2001. – Т.37,№6. – С.735-738.
Поступила в редколегію 3.09.08.
Рис. 2. Дифрактограма синтезованого Cu3(PO4)2 після термообробки
при температурі 1000°С: ● – Cu3(PO4)2
Рис. 3. Дифрактограма синтезованого Zn3(PO4)2 після термообробки
при температурі 1000°С: ● – α Zn3(PO4)2 ; ■ – β Zn3(PO4)2


http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/35615/1/vestnik_KhPI_2007_31_Savvova_Fosfaty_yak_bakterytsydni.pdf

Фосфати Zn²⁺, Cu²⁺ як бактерицидні наповнювачі склоемалевих покриттів

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"