Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 2

Используемые количества являются еще одним вопросом, который необходимо рассмотреть здесь. Хотя нанокомпозиты пока используются в относительно небольших количествах, иногда даже эти количества могут быть слишком большими. Было показано, что свойства изменяются или выравниваются ниже 10% содержания наполнителя, а взаимодействие частиц наблюдается уже при 0,3 %. Наконец, по некоторым причинам большинство нанонаполнителей обычно добавляют вес, хотя объемная доля определяет свойства, как и во всех гетерогенных системах. По крайней мере, моделирование должно быть сделано именно на этой основе. Кажется, что структура наполненных частицами полимеров проста, ведь в большинстве случаев предполагается однородное распределение частиц. Это, однако, происходит редко, и часто в композитах развиваются особые структуры, связанные с частицами. Наиболее важными из них являются агрегация и ориентация частиц анизотропного наполнителя. Структура слоистых силикатных нанокомпозитов также считается довольно простой, и обычно образование интеркалированной и / или расслоенной структуры заявлено в большом количестве исследований.

Тем не менее, достаточное количество доказательств показывает, что структура, как правило, намного сложнее, чем предполагалось, и в композитах могут одновременно присутствовать структурные единицы различных масштабов длины. Агрегация является основной проблемой в композитах, содержащих сферические наночастицы, в то время как агрегация и ориентация должны учитываться в тех, которые получены с нанотрубками или волокнами. В композитах взаимодействия частица / частица вызывают агрегацию, в то время как взаимодействие матрица / наполнитель приводит к развитию интерфазы со свойствами, отличными от свойств обоих компонентов. Принципы действительны и для нанокомпозитов. Однако взаимодействия в слоистых силикатных нанокомпозитах являются более сложными. В силикате значительное количество используемого поверхностно-активного вещества и полимера может взаимодействовать в различной степени и различными способами. Силикатные частицы могут агрегировать, полимер может растворять поверхностно-активное вещество, и даже химические реакции могут происходить в композите во время гомогенизации. Большинство из этих вопросов будут подробно рассмотрены в следующих разделах.

Существование исходных частиц глины почти никогда не упоминается в исследованиях нанокомпозитов. Из этого факта можно сделать вывод, что частицы не присутствуют в композитах; во время смешивания они распадаются на более мелкие единицы, на интеркалированные структуры или на отдельные частички. Это не слишком удивительно, поскольку в основном для определения характеристик композитов используются рентгеновские дифракционные (XRD) измерения и просвечивающая электронная микроскопия (TEM), которые не обязательно обнаруживают присутствие крупных частиц. Проблема, связанная с использованием дифракции рентгеновских лучей, иллюстрируется схемами, на которых представлен нижний диапазон 2q трассы дифракции рентгеновских лучей двух композитов PP. Хорошо известно, что нанокомпозиты полипропилена не могут быть получены путем простого смешивания в расплаве полипропилена и органофильного силиката. Отслаивание не происходит в этих композитах, и силикат рассеивается в матрице в виде крупных частиц. Чтобы облегчить отслаивание, в комбинацию полипропилена и органофилизированного монтмориллонита (ОММТ) добавляют связующий агент, обычно полипропилен с привитым малеиновым ангидридом или акриловой кислотой (MAPP или AAPP).

Соответственно, отражение силиката четко показывается на рентгенограмме композита PP / ОММТ, приготовленного с 2% силиката (модифицированного стеариламином, Nanofil 848) без MAPP. Включение 20% MAPP в тот же композит приводит к полному исчезновению силикатного пика . На основании этих результатов можно утверждать, что исходные частицы исчезли, а силикат полностью отслоился. Такие выводы были сделаны некоторыми группами специалистов из результатов исследований XRD на основе аналогичных следов. Однако некоторые исследования полностью противоречат приведенному выше выводу. Сканирующая электронная микрофотография (SEM), полученная с травленных поверхностей композитов PP / OMMT и PP / OMMT / MAPP, показывает четкую структуру частиц в обоих случаях. Крупные частицы диспергированы в полипропилене в композите PP / ОММТ, не содержащем какого-либо функционализированного полимера, а также границы раздела довольно различны, при этом смачивание и / или адгезия компонентов кажутся довольно плохими. Наличие MAPP явно меняет морфологию.