Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 10

Обнаружение и анализ интерфазы затруднены как прямыми, так и косвенными методами. Прежде всего, интерфаза не может присутствовать в достаточных количествах, чтобы обнаружить ее, если степень отслаивания мала, что происходит довольно часто. Спектроскопия не может видеть изменения свойств в отсутствие химических реакций. Единственная возможность обнаружения и анализа интерфазы состоит в том, чтобы проследить изменения молекулярной подвижности с помощью ядерной магнитно-резонансной спектроскопии (ЯМР), диэлектрической спектроскопии или изменений динамических механических спектров композитов. Последние не показывают больших изменений в большинстве случаев. Тем не менее, ЯМР и диэлектрическая спектроскопия показали увеличение подвижности полимеров, ограниченных в галереях слоистых силикатов, и появление второй, более низкой температуры стеклования для межфазного слоя, чем для объемного материала, что могло бы объяснить менее ожидаемое усиление в нескольких нанокомпозитах. Эти результаты также показывают, что полимер взаимодействует главным образом с поверхностно-активным веществом, а не с силикатной поверхностью, и образуются только слабые взаимодействия, которые не снижают подвижность.

Результаты и выводы, описанные в предыдущем абзаце, противоречат измерениям и расчетам некоторых групп исследователей, которые подготовили различные нанокомпозиты полимер / слоистый силикат, определили их поведение и применили уравнения состояния для определения свободной фракции материалов. Модель может быть применена только в том случае, если на поверхности глины предполагается адсорбция полимера, что приводит к образованию глиняных пластинок, покрытых слоем сплошной матрицы толщиной 6 нм и межфазным слоем толщиной 100-120 нм с изменяющимися свойствами. Результаты показали, что свободный объем уменьшается на 4-16% в зависимости от изучаемой системы. Адсорбция и уменьшение свободного объема указывают на образование жесткой интерфазы. К сожалению, ни один из параметров, полученных из модели, не соотносится с фактическими механическими свойствами композитов. Гораздо больше внимания должно быть уделено изучению межфазного образования и его влияния на композитные свойства, чем было сделано до сих пор.

Описание начнем с полимеризации in situ, то есть непосредственно в процессе. Эта методика упоминалась уже в связи с гомогенизацией УНТ и сферических частиц. Этот метод используется также для приготовления слоистых силикатных композитов и состоит из вставки мономера или форполимера в галереи силиката, а затем инициирования полимеризации под действием тепла или излучения. Инициатор или катализатор могут диффундировать в галереи силиката или фиксироваться посредством катионного обмена на слоях перед их набуханием мономером. Способ может быть использован для производства термопластичных или термореактивных композитов. По большей части эпоксидные, полиуретановые и полиэфирные композиты были получены с помощью именно этого метода. Метилметакрилат и стирол являются наиболее часто используемыми мономерами для получения термопластичных нанокомпозитов с помощью этого подхода, но многие другие мономеры также были опробованы.

Сама полимеризация может быть проведена в объеме, растворе, эмульсии или суспензии. Иногда используются растворители, чтобы способствовать интеркаляции мономера в галереи силиката, даже когда используется суспензионная или эмульсионная полимеризация. Техника и условия очень сильно зависят от компонентов. Ключевым фактором является разделение силикатов на отдельные слои и предотвращение их агрегации после завершения полимеризации. Приготовление композитов в водных средах относительно легко, так как слоистые силикаты отслаиваются в воде. Соответственно, композиты могут быть эффективно получены из NaMMT, но растворители и другие набухающие агенты должны использоваться, когда в процессе используются органофильные силикаты. В следующей части продолжим рассмотрение полимеризации in situ, а затем перейдем к другим способам получения полимерных нанокомпозитных материалов.