Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 3

В большинстве случаев для получения полимерных / слоистых силикатных нанокомпозитов используют не чистый монтмориллонит натрия (NaMMT), а органически модифицированный силикат. Сольватированные неорганические катионы, расположенные в структурах («галереях») слоистых силикатов, обмениваются на органические катионы солей аммония с длинной цепью для разделения слоев. Увеличение расстояния между «галереями» и уменьшение поверхностной энергии должно привести к более легкому отслаиванию. Как следствие, количество поверхностно-активного вещества, расположенного в галереях, и ориентация молекул должны значительно влиять на структуру и свойства слоистых силикатно-полимерных нанокомпозитов. Расстояние между галереями силикатов обычно определяют методом рентгенографии. Расстояние между слоями при использовании метода SEM обратно пропорционально положению силикатного отражения под малыми углами 2q. Большие различия могут наблюдаться по количеству, форме, интенсивности и местоположению силикатного отражения. NaMMT производит отражение низкой интенсивности под большим углом 2q. Положение этого пика зависит от содержания воды в глине, которое обычно значительно. Пик высокой интенсивности, обнаруженный под низким углом 2q для Nanofil 948, а также два меньших интерференционных пика, указывают на большое расстояние между галереями и высокую степень регулярности для этого силиката.

Интересно, что нанокомпозит Cloisite 20A был модифицирован тем же поверхностно-активным веществом, но его рентгенограмма значительно отличается от Nanofil 948. Очевидно, что помимо типа поверхностно-активного вещества, другой фактор, возможно, его количество, также влияет на структуру галереи силиката. Расстояние структуры глины, органофилизированной стеариламином, меньше, чем у двух других ОММТ, что указывает на другое расположение этого поверхностно-активного вещества в галереях. Было проведено несколько исследований для изучения влияния типа и количества поверхностно-активного вещества на расслоение и свойства композитов, но относительно небольшое внимание уделяется структуре галереи исходного OMMT. Эта проблема была поднята в недавних исследованиях. Различное расстояние между галереями может быть результатом разного количества поверхностно-активного вещества и / или различной формы или ориентации органических молекул, расположенных в этих галереях. Чтобы получить некоторое представление о влиянии этих факторов на расстояние между галереями и о приблизительной ориентации поверхностно-активного вещества между галереями глины, их форма и размер были рассчитаны с помощью программного обеспечения ChemOffice.

Однако маловероятно, что шесть слоев поверхностно-активного вещества расположены между галереями, расположенными параллельно друг другу и с силикатными пластинками; вместо этого можно предположить конфигурацию, в которой одна цепь ориентирована под углом к поверхности. Длина цепи почти в 6 раз превышает ее толщину, что объясняет целое число, полученное для числа алифатических цепей, расположенных параллельно друг другу. Наклонная ориентация молекулы поверхностно-активного вещества и большее расстояние галереи должны привести к более легкой интеркаляции и отслаиванию этой глины в большинстве полимерных матриц. Однако эти предположения противоречат характеристикам силиката Cloisite 20A, поверхность которого была модифицирована аналогичным поверхностно-активным веществом. Единственным разумным объяснением, которое мы нашли для другой структуры галереи, было главным образом разное количество поверхностно-активного вещества, используемого для модификации, но состав поверхностно-активного вещества также мог бы играть роль. Меньшее покрытие поверхности и изменяющаяся длина цепи приводят к меньшим углам наклона и к менее правильной структуре. Объяснение убедительно подтверждается меньшим расстоянием между галереями и более широким дифракционным пиком этого силиката по сравнению с Nanofil 948. Некоторые специалисты исследовали влияние химической структуры поверхностно-активного вещества на расслоение, составную структуру и свойства, как упомянуто выше.

Так, было обнаружено в композитах PP / OMMT, что большая степень отслаивания не может быть достигнута, если длина алифатической цепи менее 8: в этих случаях в композите были обнаружены крупные частицы микронного размера. Лучшая дисперсия была получена при длине цепи 12-18 атомов углерода, но функциональность используемого связующего агента (MAPP) также влияла на отслаивание. Также было подробно исследовано влияние количества и типа поверхностно-активного вещества, используемого для органофилизации, то есть структуры галереи, на структуру и свойства нанокомпозитов полиамида. Они показали, что поверхностно-активные вещества с двумя длинными концами менее выгодны, чем поверхностно-активные вещества с одной алифатической цепью, присоединенной к атому азота; меньшие головные группы приводят к увеличению отслаивания по сравнению с большими катионами аммония, а избыток поверхностно-активного вещества является неблагоприятным для отслаивания, развития структуры и свойств. Аналогичные результаты были получены и в термопластичных полиуретановых матрицах. Точно так же было показано, что структура галереи сильно влияет на интеркаляцию в полистирольных нанокомпозитах. Однако, обнаружилось, что головные группы не влияют на интеркаляцию, и две длинные алифатические цепи более выгодны, чем одна. Эти противоречия ясно доказывают, что однозначные общие корреляции еще не установлены среди галерейной структуры силикатов, их взаимодействий и составных свойств.