Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 6

20 июля 2020
Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 6

Были предприняты многочисленные попытки распределить сферические наночастицы в полимерной матрице самыми разными методами, поскольку агрегация является основной проблемой в этих композитах. Одним из подходов является использование традиционных термопластичных или термореактивных технологий для гомогенизации ранее приготовленных частиц в матричный полимер. Технический углерод, осажденный CaCO3 и SiO2 являются наиболее часто используемыми представителями этого класса материалов, но наночастицы получают практически из всех неорганических соединений. Взаимодействие и его контроль являются ключом к успеху в применении этих материалов, но взаимодействия частиц с частицами, как правило, более важны, чем адгезия полимерного филлера. Ранее было показано, что возникновение и степень агрегации зависят от относительной величины адгезии и сдвиговых сил, как и в композитах, изготовленных с использованием УНТ (углеродных нанотрубок).

Соотношение двух сил зависит от межфазной адгезии, поперечных сил и размера частиц. Тенденция к агрегации наполнителей сильно возрастает с уменьшением размера частиц. Поскольку в нанокомпозитах частицы очень малы, агрегация практически неизбежна, и сформированная структура определяет свойства. Размер и взаимодействие частиц также определяют прочность структур, которая может быть большой, как в некоторых SiO2-композитах, или относительно слабой, например, для CaCO3, где внутри структуры начинается разрушение, приводящее к преждевременному разрушению композита. Усилия сдвига могут быть изменены в ограниченном диапазоне. Таким образом, основным фактором контроля агрегации является характеристика поверхности наполнителя. Для контроля используются различные методы обработки и модификации, такие как поверхностная прививка SiO2, но агрегации редко можно избежать: можно надеяться только на ее уменьшение в максимальной степени. Похоже, что одновременное образование частиц и полимерной матрицы имеет гораздо большие возможности.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 6

Интерес к органическим неорганическим гибридам восходит к 1980-м годам, и в этой области доступно несколько обзоров, обобщающих технические возможности, структуру, свойства и потенциальное применение этих материалов. Обычно силикатная химия используется для получения частиц разных размеров или смешанных (органических и неорганических) сетей. Размер частиц может быть изменен от 10 до 500 нм путем изменения условий полимеризации, гидролиза и конденсации SiO2-предшественников. Гомогенность композита намного лучше в этих материалах, хотя в зависимости от химического состава агрегаты могут образовываться даже в этом случае. Ожидается, что нанокомпозиты имеют очень разнообразные структуры, которые должны демонстрировать исключительные свойства. Удельная поверхность полностью отслоившихся силикатов, например, составляет около 750 м2 / г: таким образом, характеристики поверхности наполнителя, взаимодействий и межфазного образования должны значительно влиять на свойства композита. Поверхностные характеристики определяются редко, и о них публикуется лишь ограниченная информация, но они особенно важны в полимерных / слоистых силикатных нанокомпозитах, так как органофилизация глины является предпосылкой успешного приготовления таких композитов в большинстве случаев. Соответственно, мы фокусируем внимание в основном на слоистых силикатах в этом разделе и уделяем меньше внимания другим двум нанонаполнителям, нанотрубкам и сферическим наночастицам.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 6

Слоистые силикатные нанокомпозиты редко можно получить из чистых немодифицированных силикатов, таких как NaMMT. Таким образом, органофильные силикаты практически всегда используются для приготовления нанокомпозитов. Органофилизация радикально изменяет поверхностную свободную энергию силиката, которая, ввиду предположительно образующейся чрезвычайно большой границы раздела, должна существенно влиять на свойства. Однако, несмотря на свою важность, органофилизация и ее эффект обычно рассматриваются в очень общих терминах, а поверхностные характеристики силикатов детально исследуются редко. В большинстве работ, опубликованных по нанокомпозитам полимер / слоистый силикат, содержащих органофильный силикат, утверждается, что модификация поверхности делает гидрофильный силикат гидрофобным, уменьшает его полярность, облегчает интеркалирование и расслоение, улучшает смачивание и совместимость фаз, что приводит к выгодным свойствам. К сожалению, это объяснение не согласуется с тем фактом, что нанокомпозит не может быть получен из органофильных силикатов и полипропилена без дополнительного совместителя, хотя оба они гидрофобны. Кроме того, кроме нанокомпозитов, полученных из полиамидов, свойства большинства полимерных / слоистых силикатных нанокомпозитов относительно плохие, но они определенно не достигают ожидаемых значений, упомянутых выше.

Верно то, что обработка силикатов делает их гидрофобными и снижает их полярность. Однако утверждение, что уменьшенная полярность приводит к лучшей совместимости и смачиванию, не соответствует действительности. Органофилизация уменьшает свободную энергию поверхности силикатов, что приводит к снижению силы взаимодействия между наполнителем и полимером. Взаимодействие силиката и полимера, как чистых, так и органофильных силикатов, представляет собой процесс адсорбции. Сила адсорбции может быть охарактеризована обратимой работой адгезии, которая значительно уменьшается при обработке органическим веществом. Сильная полярность чистого силиката помогает адсорбции и увеличивает силу взаимодействия, в то время как органофилизация оказывает противоположный эффект. Также считается, что смачивание силиката полимерами улучшает органофилизацию. Смачиваемость обычно характеризуется термодинамической величиной, где используются такие параметры, как поверхностное натяжение наполнителя и полимерной матрицы, а также межфазное натяжение. Соответственно, смачиваемость уменьшается при органофилизации из-за резкого снижения поверхностного натяжения наполнителя. Смачиваемость улучшается с увеличением термодинамической величины, и в случае отрицательных значений развивается определенный контактный угол (частичное смачивание).

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 6

Возникает вопрос, каковы факторы, улучшающие интеркалирование и отслаивание, если не меняются полярность и смачивание. Органофилизация приводит к увеличению расстояния между «галерейными» структурами и уменьшению взаимодействия между отдельными силикатными слоями, что облегчает отслаивание при определенных условиях. Однако эти изменения не приводят даже к частичному отслаиванию, как показывает пример композитов PP / OMMT. Взаимодействие должно быть уменьшено дополнительными мерами, такими как добавление растворителей или связующего агента (MAPP) для достижения интеркалирования и / или отслаивания. Помимо ориентации молекул поверхностно-активного вещества, количество, используемое для органофилизации, также важно при определении характеристик поверхности и поведения. Небольшое количество не покрывает всю поверхность и приводит к большому поверхностному натяжению, в то время как избыточные количества могут растворяться или диспергироваться в полимере, что приводит к ухудшению свойств.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 6

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад