Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Реактопластичные (термореактивные) эластомеры. Часть 6

В области керамики преимуществами являются возможность использования низких температур, чистота продуктов, контроль ультраструктуры (на уровне нанометров) и относительная легкость формования керамических сплавов. В области упругости эластомеров преимущества включают в себя избежание сложного, трудоемкого и энергоемкого процесса смешивания агломерированного наполнителя с высокомолекулярными и высоковязкими полимерами, а также простоту получения чрезвычайно хороших дисперсий. В простейшем подходе к получению упругости из эластомера часть кремнийорганического материала абсорбируется в сшитую сеть, и набухший образец помещается в воду, содержащую катализатор, обычно летучее основание, такое как аммиак или этиламин. Гидролиз с образованием желаемых кремнеземоподобных частиц протекает быстро при комнатной температуре, что дает порядка 50% наполнителя менее чем за час. Впечатляющие уровни армирования могут быть получены с помощью этой технологии на месте. Модуль (f *), как правило, существенно увеличивается, и некоторые изотермы напряжения растяжения показывают подъемы при высоком удлинении, которые являются признаком хорошего усиления.

Поскольку это обычно происходит в заполненных эластомерах, в изотермах может быть заметная необратимость, которая, как полагают, обусловлена необратимым скольжением цепей по поверхностям частиц наполнителя. Если гидролизы в органосиликатно-полимерных системах проводят с повышенными количествами силиката, могут быть получены двунепрерывные фазы (при этом фазы кремнезема и полимера взаимно проникают друг в друга). При еще более высоких концентрациях силиката образующийся диоксид кремния становится непрерывной фазой, в которой диспергирован полимер. В результате получается модифицированная полимером керамика, называемая Ormocer, Ceramer или Polyceram. Очевидно, что очень важно определить, как полимерная фаза, часто эластомерная, улучшает механические свойства керамики, в которой она диспергирована. Различные формы частиц кремнезема могут быть получены биомимикрией с использованием некоторых реакций, которые природа использует в процессе биосилицирования. В области теории и моделирования также существует значительный интерес к получению лучшего молекулярного понимания структурно-пространственных отношений в этой области, в частности, усиления эластомеров частицами наполнителя различных типов.

Одним из модных слов в мире технологий, включая науку о полимерах, является «нано» со всеми положительными и отрицательными последствиями. В последние годы практически всё превратилось в «нано», даже материалы, которые существуют уже более ста лет, такие как сажа, используемая для армирования каучуков. Многие лаборатории начали проекты по композитам, содержащим частицы в нанометрическом масштабе, которые реализуют с переменным успехом. Общая идея нанокомпозитов основана на концепции создания очень большой границы раздела между наноразмерными строительными блоками и полимерной матрицей. Однако свойства нанокомпозитов определяются не только размером, но и другими факторами, такими как структура и взаимодействия, которые также играют важную роль. Очень часто уже однородное распределение наноразмерных частиц является проблематичным, то есть ожидаемая большая структура не всегда может быть создана, а настройка правильного взаимодействия или связи компонентов создает дополнительные проблемы.

Нанокомпозиты можно классифицировать многими способами; в следующих частях мы обсудим их в соответствии с однородностью. Размер находится в нанометрическом диапазоне во всех трех измерениях для таких частиц, как диоксид кремния (SiO2), диоксид титана (TiO2), карбонат кальция (CaCO3) или полиэдрический олигомерный силсесквиоксан (POSS). Нанотрубки и волокна малы в двух измерениях, но могут иметь длину до микрометра, в то время как отдельные пластинки слоистых силикатов имеют толщину приблизительно 1 нм, другие два их размера обычно намного больше. Как уже упоминалось выше, нанокомпозиты часто не соответствуют ожиданиям и обладают гораздо худшими свойствами, чем ожидалось. В любом композите условия для значительного армирования и хороших свойств — это однородное распределение армирующего компонента, высокое соотношение сторон, ориентация и хорошая адгезия. К сожалению, эти условия редко выполняются, поэтому незначительная производительность не должна удивлять. Основными проблемами нанокомпозитов обычно являются однородное распределение частиц в полимерной матрице и межфазные взаимодействия. По сравнению с основной идеей нанокомпозитов, межфазные взаимодействия рассматриваются довольно поверхностно — доступная информация ограничена и очень часто противоречива.