Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 8

Взаимодействия в слоистых силикатных нанокомпозитах были проанализированы с помощью моделирования молекулярной динамики, и было доказано, что наиболее сильное взаимодействие образуется между силикатным слоем и ионами аммония, но основа поверхностно-активного вещества также довольно сильно взаимодействует с силикатом. Между полимером и силикатом развиваются дополнительные взаимодействия, различные функциональные группы полимера и поверхностно-активного вещества, а присутствие дополнительных компонентов, таких как растворители, добавки и компатибилизаторы, еще больше увеличивают число возможных взаимодействий. Очевидно, что различные группы компонентов конкурируют за активные центры на поверхности силиката, но также взаимодействуют друг с другом, и эти конкурентные взаимодействия определяют степень расслоения, развитую структуру, взаимодействие полимера / силиката и, наконец, свойства композитов. Многие из упомянутых выше взаимодействий полностью игнорируются, но они точно не исследованы достаточно подробно.

Помимо взаимодействий, создаваемых вторичными силами, химические реакции могут также происходить во время приготовления нанокомпозитов, и они также игнорируются в большинстве случаев. Малеиновые ангидридные группы на компатибилизаторе, например, являются гораздо более реакционноспособными, чем амидная группа РА, и они могут реагировать с функциональной группой поверхностно-активного вещества. Модельные эксперименты, проведенные с гексадециламином (HDA), часто используемым для органофилизации силикатов, и MAPP доказали, что два компонента реагируют друг с другом в условиях интеркалирования расплава. Такие же результаты были получены в дальнейших экспериментах с HDA-модифицированным силикатом и MAPP. Хотя функционализированный полимер может взаимодействовать с силикатной поверхностью напрямую, как предлагают некоторые авторы, химические реакции, несомненно, происходят из-за высокой реакционной способности MAPP, и они сильно влияют на взаимодействие компонентов, а также на структуру композита.

Относительная величина адгезионных и поперечных сил важна для дисперсии, но для достижения переноса напряжений в композитах, армированных УНТ (углеродными нанотрубками), необходимы сильные взаимодействия. Хотя эксперименты, направленные на определение энергии межфазного разрушения в многослойных УНТ-армированных композитах, показали наличие «относительно прочной» границы раздела, но, что бы это ни значило, межфазная адгезия в большинстве случаев недостаточна, несмотря на небольшой диаметр волокон. УНТ имеют очень правильную структуру, состоящую почти исключительно из атомов углерода. Поверхностная свободная энергия трубок мала, и они не содержат реактивных групп, необходимых для сцепления. Это утверждение полностью подтверждается экспериментами на поверхностное натяжение УНТ, нановолокон и углеродных волокон. Хотя полярные и дисперсионные компоненты могут значительно различаться в зависимости от источника, общее поверхностное натяжение составляет от 30 до 45 мДж / м2 в каждом случае. Это довольно мало по сравнению с дисперсионным компонентом NaMMT, который составляет около 250 мДж / м2 при температуре 100 °C.

Поверхность УНТ модифицируется двумя способами для контроля дисперсии и улучшения взаимодействия. Несколько групп используют поверхностно-активные вещества для облегчения диспергирования. Этот подход основан на физической адсорбции. Поверхность нанотрубок покрыта полимером или поверхностно-активным веществом. Модификаторы прикрепляются к поверхности ван-дер-ваальсовыми и / или р-связями. Преимущество этого подхода состоит в том, что он улучшает обработку, но не нарушает систему сопряженных электронов трубок. Чаще всего поверхностно-активные вещества добавляют в водную суспензию нанотрубок для создания покрытия из мицелл поверхностно-активного вещества вокруг нанотрубок. Сила адсорбции увеличивается, если поверхностно-активное вещество содержит ароматические группы. Сила адсорбции зависит от длины алкильной цепи поверхностно-активного вещества, размера ионной группы, а также от плотности ее заряда. Можно найти ссылки на использование анионных, катионных и неионогенных поверхностно-активных веществ. Наиболее часто используемыми анионными средствами являются додецилсульфат натрия, SDS, и додецилбензолсульфат натрия, SDBS. Дисперсии УНТ могут способствовать полимеры как в воде, так и в органических растворителях.