Нормативтік сілтемелер

Осы диcceртaциядa кeлeci cтaндaрттaрғa ciлтeмeлeр қолданылды:

МЕСТ 4165-78. Реактивтер. Мыс (II) күкірт қышқылды 5-сулы. Техникалық шарттар.

МЕСТ 1277-75. Реактивтер. Күміс азотқышқылды. Техникалық шарттар.

МЕСТ 4164-79. Реактивтер. Мыс (І) хлориді. Техникалық шарттар.

МЕСТ 12.3.008-75. Металдық және металл емес бейорганикалық қаптамалар өндірісі.

МЕСТ 12.3.008-75(2000). Қаптамаларды төсеу. Жалпы қауіпсіздік талаптары.

МЕСТ 9.008-82. Қаптамалар. Терминдер.

МЕСТ 9.306-85. Қаптамалар. Белгіленулер.

МЕСТ 9.313-89. Пластмассадағы қаптамалар.

МЕСТ 9.060–75. Маталар. Микробиологиялық жойылымға қарсы тұрақтылықты зертханалық сынаудың әдісі.

МЕСТ 9.048-89. Коррозия мен жемірілуден қорғанудың біркелкі жүйесі. Техникалық бұйымдар. Зең саңырауқұлақтарының әсеріне қарсы тұрақтылықты зертханалық сынаудың әдісі.

ҚР СТ ISO 20743-2012. Текстиль. Антибактериалдық өңделімі бар бұйымдардың антибактериалдық белсенділігін анықтау.

Анықтамалар

Осы диcceртaциядa сәйкесінше анықтамаларымен қоса кeлeciдей тeрминдeр қолданылады:

Фотохимия, фотохимиялық реакциялар - химиялық реакцияға түсетін заттардың бірі сәуле квантын өзіне сіңіріп, нәтижесінде өзі активті бөлшекке айналып онан әрі жүретін реакциялар;

Қаптама – қапталушы беткі қабатта жасанды түрде алынатын материалдың бір немесе бірнеше қабаттары;

Қаптама қалыңдығы – негізгі қапталушы материалдың беткі қабаты мен қаптаманың сыртқы қабаты арасындағы қашықтық;

Қаптаманы алудың химиялық әдісі - металдық немесе металл емес бейорганикалық қаптаманы электр тогының қатысынсыз тұз ерітінділерінде алу әдісі;

Сорбция - қоршаған ортадан әртүрлі заттарды қатты немесе сұйық заттардың сіңіруі. Ортадағы сіңірілуші затты сорбат деп атаса, сіңіруші қатты зат немесе сұйықтық – сорбент;

Бактерицидтік қаптама – химиялық әдіс бойынша алынған бактерицидтік қасиеттерге ие қаптамалар;

Escherіchіa colі – ішек тұқымдасына жататын таяқша пішінді бактерия. Олардың көпшілігі организмге зиян келтірмейді, қайта пайдалы рөл атқарады;

Staphylococcus aureus - стафилококк типіне жататын шартәрізді грам оң бактериялар тобы. Шамамен адамдардың 25-40% осы бактерияның тұрақты тасымалдауыштары болып табылады. Ол тері қабаттарында және тыныс алу жолдарының шырышты қабығында ұзақ уақытқа дейін сақталады;

Эндо ортасы - энтеробактерияларды бөліп алуға арналған дифференциалды-диагностикалық тағамдық ортасы.

БЕЛГІЛЕНУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР

δ – қаптама қалыңдығы, мкм;

τ – үрдістің ұзақтылығы, сағ, мин;

t - температура;

Е - электродтық потенциал, В;

hv - жарық кванты;

АБС - пластиктер;

УК - ультракүлгін сәулелері;

ПЭГ - полиэтиленгликоль;

Nano-SEM - сканерлеуші электрондық микроскоп;

ЭДС – энерго-дисперсионды спектроскопия;

АТСС - типтік мәдениеттердің американдық коллекциясы;

ЖСА – сарғылт-тұзды-агар тағамдық ортасы;

БАЗ - беттік активті заттар;

СЖЗ – синтетикалық жуғыз заттары;

РЭМ – растрлы электронды микроскопия.

КБТ (КОЕ)- коллония түзуші бірліктер

КІРІСПЕ

Жұмыстың жалпы сипаттамасы. Жұмыс химияның маңызды бағыттардың бірі болып саналатын мыс және оның аналогтары құрамды қабықшаларды фотохимиялық әдіспен алу үрдісін зерттеуге бағытталған. Фотохимиялық әдіс бойынша алынатын қабықшалардың қабаты өте жұқа болғанымен, олар осы металдардың пайдалы қасиеттерін сақтай отырып, кейбір кезде күшейтуі де мүмкін. Осыған байланысты наноөлшемді қабықшаларын катализаторлар өндірісінде, бактерицидті бұйымдар алуға қолдануы ғылыми-техникалық әдебиеттерде жиі кездеседі. Мыс және оның аналогтарын диэлектрлі беттерге қондыруға арналған әдістер аз емес. Бірақ олардың кейбіреулері күрделі және қымбат қондырғыларды талап етеді, я болмаса әртүрлі тотықсыздандырғыштар арқылы жүреді. Бұл әдістің негізгі пайдалылығы реакциялық ортаға тотықсыздандырғыш қосудың қажеті жоқ. Осы жағдай технологияның күрделілігін төмендетеді және қымбат емес. Фотохимиялық үрдістердің жүруі реакциялардың механизмімен түсіндіру арқылы іске асырылды. Фотохимиялық жолмен алынған қабықшаларға талдау жасауда сенімді физика-химиялық анализ әдістері пайдаланылды. Жұмыс нәтижелері бойынша мыс және оның аналогтары құрамдас қабықшаларды фотохимиялық жолмен алудың жаңа инновациялық, тиімді әдістері жасалынды және олардың бактерицидті қасиеттері зерттелініп, белгілі бактерияларға қарсы тұрақтылығы дәлелденді.

Зерттеу тақырыбының өзектілігі. Қазіргі таңда ғылым мен техниканың дамуында әртүрлі материалдардың беттеріне берік қаптаулар алу өзекті мәселелердің бірі. Дамыған мемлекеттерде диэлектрлі бұйымдардың бетін қаптау арқылы олардың қасиеттерін күшейту, я өзгерту жұмыстары үлкен орын алуда. Осындай қаптаулардың ішінде диэлектрлі бұйымдарды мыс және оның аналогтары құрамды қабықшалармен қаптау үрдісі ерекше орын алады.

Мыс және оның аналогтары құрамды қабықшалар бірқатар бірегей қасиеттерге ие, соның арқасында оларды қазіргі заманғы техниканың түрлі салаларында кеңінен қолданады: электроникада, байланыс техникасында, ғарыштық және авиациялық техникада, химия және т.б. Мыс тобының (мыс, күміс, алтын) металдарының бактерицидтік қасиеттері бұрыннан белгілі болған. Агрессиялық ортаның әсеріне металдардың арасында алтын ең тұрақты болып табылады, тек электро- және жылуөткізгіштігі бойынша мыс пен күмістен кейінгі орынды алады.

Бактериялардың таралуын болдырмау үшін профилактика ретінде мыс қолданылды. Мыстың антимикробтық әрекеті күміске қарағанда 4-5 есе әлсіз болса да, бұл металдар бірге болса бір-бірінің қасиеттерін көбейтеді.

Сондықтан қазіргі уақытта айтарлықтай масштабта отандық, медициналық және арнайы мақсаттағы түрлі мата материалдарының бетіне бактерицидтік күміс бөлшектерін қолданады. Мұндай маталарды медициналық мақсаттағы бұйымдарды, әртүрлі әскери киімдерді, спорт киімдерін, зығыр маталарды, қару-жарақтардың қақпақтарын, түрлі микроорганизмдерден қорғау үшін пайдалануға болады.

Алтынның бактерицидтік белсенділігі Аg-нан 2-3 есе төмен, алайда Ag/Au=5 биметалды құрамы үздік бактерицидтік әрекетке ие, яғни алтынның шағын қоспасы күміс белсенділігін арттырады. Алтын және күміс нанобөлшектердің комбинациясы антимикробтық киімдерді өндіруде қолданылатын күмістің әсерін ұзартуға мүмкіндік береді.

Мыс топшасыны металдарының бір валентті қосылыстарының көпшілігін шағын қыздырғанда және жарықтың әсерінен оңай ыдырайтыны белгілі. Сондай-ақ, мыс топшасының галогенидтерінің металдары бинарлы жартылай өткізгіштерге жататындығы белгілі. Сондықтан, жартылай өткізгіш қасиеттері мен жарықсезгіштік арасында байланыс бар.

Зерттеудің мақсаты мен міндеттері. Әртүрлі материалдарға мыс және оның аналогтары құрамды қабықшаларды фотохимиялық тұндыру технологиясының ғылыми негізін жасау. Сондықтан, негізгі мақсаттардың бірі әр түрлі валентті мыс және оның аналогтары галогенидтерінің фотохимиялық ыдырау механизмін құру және фотохимиялық жолмен алынған қабықшалардың бактерицидті қасиеттерін зерттеу.

Жұмыстың мақсатына байланысты зерттеудің келесі міндеттерін шешу көзделді:

- қатты фазалы диэлектрдің бетіне жартылай өткізгіштік қасиеті бар бір валенттік галогенидтерін енгізу;

- әртүрлі функционалдық қасиеттерге ие қабықшалар алу үрдісін зерттеу;

- мыс және оның аналогтары құрамды қабықшалар негізінде алынған қаптамалардың физика-химиялық қасиеттеріне әртүрлі параметрлердің әсерін зерттеу;

- мыс және оның аналогтары құрамды қабықшалар түзілуіне күн сәулесінің әсерін фотохимиялық үрдісті қолданып зерттеу;

- химиялық үрдістерге мыс және оның аналогтары құрамды қабықшалардың каталитикалық қасиеттерін анықтау;

- мыс және оның аналогтары құрамды қабықшалар негізінде алынған қаптамалардың мақсатты технологиясын жасау;

- мыс және оның аналогтары құрамды қабықшалардың бактерицидтік қасиеттерін зерттеу.

Зерттеу жұмысының ғылыми жаңалығы. Жұмыстың мақсатына сәйкес әртүрлі материалдарға мыс және оның аналогтары құрамды қабықшаларды фотохимиялық тұндырудың технологиясы жасалынып, олардың бактерицидті қасиеттері зерттелінді.

1 Мыс және оның аналогтары құрамды қаптамалардың түзілу үрдістерінің технологиялық параметрлерінің әсері мен олардың физика-химиялық қасиеттерін зерттеу негізінде күннің сәулесі арқылы жартылай өткізгіштігі бар бір валентті галогенидтер түзілу мүмкіндігі анықталды. Бұл біртекті реакциялық қабат түзуге мүмкіндік береді.

2 Бір валентті галогенидтердің жартылай өткізгіштігіне байланысты бұл қосылыстардың элементті металдар түзілуінің химиялық реакциялары анықталды.

3 Алғаш рет мақта матасы құрамындағы целлюлоза арқылы фотохимиялық реакция жүретіні белгілі болды.

4 Диэлектрдің бетіндегі үш валентті алтын хлориді бір валентті күйге өтетіні дәлелденді.

5 Бірінші рет фотохимиялық процестерде аралас құрамды элементтердің қабықшалары түзілетіндігі дәлелденді.

6 Бактерицидтік қасиеті күшті күміс элементін арзан мыс элементімен алмастыруға болатындығы анықталынды.

7 Алғаш рет диэлектрлі материалдардың беткі қабатында қалыңдығы 0,3-0,6 мкм болатын мыс және оның аналогтары құрамды қаптаманы тотықсыздандыруға негізделген металл емес материалдарды металдандырудың жаңа әдісі жасалынды.

8 Алғаш рет фотохимиялық реакциялардың механизмімен жұқа қабықшалардың алыну реакциялары анықталынды.

9 Алдын ала алынған алтын қабықшасына химиялық әдіс арқылы қосымша жоғары адгезияға ие алтын қаптамасын алу мүмкіндігі анықталынды.

10 Фотохимиялық әдіспен алынған қабықшалардың бактерицидтік қасиеті зерттелінді.

Жұмыстың практикалық құндылығы. Жүргізілген зерттеу жұмыстарының нәтижелері бойынша мыс және оның аналогтары құрамдас қабықшаларды фотохимиялық әдіспен алу үрдісі жөнінде жаңа мәліметтерге қол жеткізілді. Алынған зерттеу жұмыстарының нәтижелері, диэлектрлі материалдардың беттерін қаптаудың жаңа оңайлатылған әдісін жасауда және наноөлшемді бактерицидтік қасиетке ие металл қабықшаларын алуда теориялық және практикалық маңызы өте зор. Сонымен бірге, алынған нәтижелер М.Әуезов атындағы ОҚМУ "Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы" кафедрасында оқу үрдісіне және өндірістік-сынақтық тәжірибеге енгізілген.

Зерттеу нысаны. Артикулі АА010278 мақтақағаз мата, полихлорвинил және мыс пластинкасы, мыс, алтын және күміс қабықшалары, фотохимиялық үрдіс.

Зерттеу әдістері. Заманауи химиялық, физикалық және физика-химиялық зерттеу әдістері (расторлы электронды микроскоп, элементтік талдау, энергия-дисперсиялық рентгенді спектроскоп) қолданылды.

Зерттеу пәні. Мыс және оның аналогтары құрамдас қаптамаларды алудың фотохимиялық үрдісі және аталмыш қаптамалардың бактерицидтік қасиеттері.

Тақырыптың ғылыми жұмыстардың жоспарларымен байланысы. Ғылыми жұмыс «М.Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан Мемлекеттік Университеті», «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы» кафедрасының ғылыми-зерттеу жұмыстарының жоспары бойынша Б-16-02-03 "Әртүрлі функционалды мақсатта қолданылатын композициялық қаптамалар", Б-11-04-02 "Наноқұрылымды аралас қабықшаларды алудың гальвано-химиялық технологиясын жасау" мемлекеттік бюджеттік тақырыптарына сай орындалып, «Электрохимиялық өндірістер технологиясы» зертханасында зерттеу жұмыстары жүргізілген.

Қорғауға ұсынылатын жағдайлар:

Сұйық фазада мыс және оның аналогтары құрамдас қабықшаларды фотохимиялық жолмен алудың технологиялық параметрлері;

Фотохимиялық әдіс үрдісінде жүретін реакциялардың механизмі мен жұқа қабықшалардың алыну реакциялары;

Фотохимиялық тұндыру үрдісіндегі мыс және оның аналогтары құрамдас қабықшалардың каталитикалық қасиеттерін зерттеу нәтижелері;

Газды фазада тотықсыздандырғыш қатысында диэлектрлі материалдарды металдаудың әдісі;

Мыс және оның аналогтары құрамдас қабықшалардың бактерицидті қасиеттерін зерттеу нәтижелері.

Жұмыстың талқылануы. Диссертациялық жұмыстың негізгі нәтижелері "Әуезов оқулары - 13: "Нұрлы жол"-еліміздің индустриалдық-инновациялық және әлеуметтік-экономикалық даму жолындағы стратегиялық қадам" атты халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференциясында (Шымкент, 2015 жыл); "III International conference "Industrial technologies and engineering" халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференциясында (Шымкент, ICITE-2016); "Әуезов оқулары-15: Қазақстанның үшінші жаңғыруы - жаңа концепциялар және заманауи шешімдер" халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференциясында (Шымкент, 2017); "Topical problems of modern science" халықаралық конференциясында (Варшава, Польша, 2017), "Internatinalisation of higher education. Methodology of teaching technical and humanitarian disciplines in the context of globalization of higher education" (Брюссель, Бельгия, 2017) баяндалды (А қосымшасы). Жұмыстың нәтижелері Мәскеу қаласында өткен «Discovery Science: University-2016», «Discovery Science: University-2017» студенттердің және аспиранттардың Халықаралық зияткерлік конкурсының және «Quality Education-2016» конкурсының дипломдарымен марапатталған (Б, В, Е қосымшалары). Сонымен бірге, диссертациялық зерттеудің негізгі нәтижелері оқу үрдісіне және өндірістік-сынақтық тәжірибеге ҒЗЖ ендіру актілерімен бекітілген (Ә, Г, Д, З қосымшалары).

Автордың қосқан жеке үлесі. Жоспарланған зерттеу жұмысының ғылыми бағытын орындауда, мақсаты мен міндеттерін анықтауда және әдебиеттерді жинақтап сараптаудың негізінде алынған тәжірибелік зерттеу нәтижелерді талдау, тұжырымдау, қорытындылау және оларды өңдеу, материалдарды ғылыми конференцияларда баяндау мен ғылыми еңбектер түрінде жариялау және баспадан шығару жұмыстарын автор өзі орындады.

Жарияланымдар туралы мәліметтер. Ғылыми жұмыстың зерттеу нәтижелері бойынша 18 мақала, оның ішінде ҚР БҒМ білім және ғылым саласындағы бақылау комитетінің бұйрығымен бекітілген басылымдарда 5 мақала, сілтемелендірудің жоғары индексті рейтингтік журналдарында (Scopus және Web of Science (Thomson Reuters) базасына кіретін) 4 мақала, 9 мақала Халықаралық ғылыми-практикалық конференцияда мақалалар түрінде жарияланды. Қазақстан Респуликасының инновациялық патенттің қорытындысы алынды.

Жұмыстың құрылымы мен көлемі. Ғылыми жұмыс кіріспеден, 5 бөлімнен, қорытынды мен пайдаланылған әдебиеттер тізімінен және қосымшадан тұрады. Диссертациялық жұмыс 152 бетте мазмұндалған, 70 сурет, 15 кесте кіреді. Библиография отандық және шетелдік авторлардың еңбектерінің 210 түпнұсқасынан тұратын ғылыми-техникалық әдебиеттер тізімін қамтыған.

1 ДИЭЛЕКТРЛІ БЕТТЕРДІ МЕТАЛДАНДЫРУДЫҢ ЗАМАНАУИ ЖАҒДАЙЫ

Заманауи өнеркәсіп гальванотехника саласынан металды емес материалдар, соның ішінде диэлектриктерге металл қаптамаларын төсеуді талап етуде. Мұндай материалдар қатарына соңғы кездері кең қолданысқа ие болған маталар, пластмассалар, шыны, кварц, керамика, слюда, ферриттер, графит және алмаздар, көміртекті талшықтар, белсендірілген көмірлер, жартылай өткізгіштер (Si, Ga, As, Se), сонымен қатар резеңке, ағаш, тері, гипс, балауыз, өсімдіктер жатады.

Металл емес заттарды металдандырудың басты мақсаты жаңа материалдар алу және бұйымдарға жаңа қасиеттер – функционалдылық (тоқ және жылу өткізгіштік, жарық немесе радио толқындарды сіңіру және шағылту, беріктік және тозуға төзімділік) немесе сәндік (металдың немесе конверсионды қаптамасы бар металдың түрі) беру болып табылады. Металл емес материалдарды металдандыру үрдісін бұйымдар (ерітіндіге батыру) немесе арнайы қондырғылар мен іс-әрекеттерді жүзеге асыруға қажетті тәсілдерді талап ететін ленталар, жіптер және ұнтақтар түрінде іске асырады [1].

Диэлектриктерді металдандыру үшін әртүрлі әдіс-тәсілдерді қолданады: соның ішінде келесілерін қарастыруға болады:

- механикалық – қаптаманы алдын-ала жұқалтыр немесе қажетті кескіндемеге ие қабат ретінде жасайды, мысалы, гальванопластикалық, және кейіннен оны диэлектриктің беткі қабатына бекітеді;

- физикалық – металды алдыменен буға (вакуумдық металдандыру) немесе сұйықтыққа (батыру немесе шашыратып металдандыру) айналдырады, содан кейін ғана қапталатын беткі қабатқа төсейді және мұнда шағын қабат түзіледі;

- химиялық – металл қапталушы беткі қабатта жүруші химиялық реакция нәтижесінде түзіледі.

Металдандырудың химиялық әдісі металдандыру реакциясы жүретін ортасына қарай (газ фазалы, ерітіндіде, қатты фазада) немесе металлогенді реакция түріне сай жіктеледі: ыдырау (термолиз, электролиз, фотолиз, радиолиз) және тотықсыздандыру (тотықсыздандырғышқа қарай бөлінеді – сутегі, гипофосфит, борогидрид, формальдегид және т.б.).

Әрбір металдандыру әдісі үшін қапталушы материалға, қондырғыға, технологиялық тәсілдерге қойылатын өзіндік талаптары бар. Осындай іс-әрекеттер нәтижесінде алынған қаптамалар мен қапталған бұйымдардың да қасиеттері әрқилы болып келеді (қалыңдығы, морфология, физикалық және химиялық қасиеттері, ұзақ мерзімділігі, жұмысқа жарамдылығы, беріктігі).

Химиялық әдіспен металдандыру кезінде әдетте металл емес заттарды күміспен, мыспен, алтынмен, никельмен, қалайымен, родиймен, кейде палладиймен, платинамен, қорғасынмен, сирек түрде алюминиймен, хроммен қаптайды. Химиялық-гальваникалық металдандыру кезінде тоқ өткізуші қабатшаға мыс, никель, хром, қалайы, мырыш, кейде алтын, күміс немесе композициондық қаптамалары бар жылтыр және күңгірт қабаттардан тұратын көп қабатты қаптамаларды төсейді.

Металл емес заттарды химиялық және химиялық-гальваникалық металдандыру үрдісі келесі негізгі кезеңдерді қамтиды:

- беткі қабатты дайындау – алдын-ала өңдеу (тазалау, майсыздандыру, өңдеу) және химиялық металдандыру жағдайында тоқ өткізуге қабатшаның түзілуі үшін активтендіру;

- химиялық металдандыру арқылы тоқ өткізуші қабатшаның түзілуі жартылай өткізгішті қабаттардың тұнуы немесе тоқ өткізугі лак, эмальді, т.б. енгізу арқылы жүзеге асады;

- металл қаптамаларды гальваникалық әдіспен төсеу;

- әрлеу – пассивтендіру, бояу, шаю, кептіру және қажет жағдайда консервациялау.

Металдандырылушы материалға байланысты бұл үрдістің әрбір сатысы өзіндік ерекшеліктерге ие.