Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 8

21 июля 2020
Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 8

Продолжая разговор об интеркаляции и расслоении силикатных нанокомпозитов, отметим, что для достижения расслаивания должно быть преодолено взаимодействие силикатных слоев. Утверждается, что силы, которые удерживают слои вместе, относительно слабы, а интеркаляция малых молекул достаточно легкая. Однако опыт показывает, что силы в силикатных пластинках настолько сильны в расплаве полимера, что высокий сдвиг при обработке часто не может их разделить, даже если силикат обработан поверхностно-активным веществом. Органофилизация разделяет слои и уменьшает силы между ними. Ионообменная емкость, покрытие поверхности и расстояние между слоями определяют силы, действующие между силикатными пластинками, и эти факторы должны быть оптимизированы для достижения отслаивания.

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.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 8

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.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 8

Во время приготовления слоистых силикатных нанокомпозитов могут также происходить многочисленные другие реакции. Прямые данные показывают, что поверхностные вещества с довольно основным характером ускоряют разложение ПВХ. Китайские специалисты получили полипропиленовые нанокомпозиты путем набухания ОММТ с акрилатом, который также содержал пероксид. В результате разложения пероксида образуются радикалы из полипропилена, которые вступают в реакцию с акрилатом, что приводит к значительным изменениям свойств и взаимодействия матрицы. Ещё одна группа китайских учёных проводила эксперимент, где силикат набухал с полиэтиленгликолем и PEG, перед добавлением его в полиэтилентерефталат (ПЭТ). Результаты показывают, что во время обработки композитов происходит гликолиз или переэтерификация, что приводит к образованию полимерной матрицы с меньшей молекулярной массой и модифицированными свойствами. Деинтеркаляция силикатов в резиновых композитах, вулканизованных серой, может быть упомянута в качестве еще одного примера, когда химические реакции изменяют структуру и свойства нанокомпозитов.

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.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 8

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.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 8

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