Badanie procesu wytwarzania nanokompozytu - wykład

JAN GO£ÊBIEWSKI 1), ARTUR RÓ¯AÑSKI2), ANDRZEJ GA£ÊSKI2) Badanie procesu wytwarzania nanokompozytu polipropylenu z montmorylonitem Streszczenie  — Na podstawie literatury scharakteryzowano montmorylonit (MMT) jako nanonape³- niacz kompozytów polimerowych. Omówiono strukturê MMT i mo¿liwoœci jej modyfikacji. Badania w³asne dotyczy³y procesu wytwarzania nanokompozytów na podstawie izotaktycznego polipropyle- nu (PP) z MMT z zastosowaniem trzech wariantów metody wyt³aczania dwuœlimakowego. Trzecim sk³adnikiem nanokompozytów by³ polipropylen szczepiony bezwodnikiem maleinowym bêd¹cy kompatybilizatorem uk³adu MMT/PP. Okreœlono wp³yw wariantu wyt³aczania oraz wzajemnego stosunku sk³adników kompozytu na w³aœciwoœci u¿ytkowe otrzymanego produktu (masowy wskaŸ- nik szybkoœci p³yniêcia, statyczne i dynamiczne w³aœciwoœci mechaniczne, odpornoœæ cieplna, w³aœci- woœci barierowe i przepuszczalnoœæ dla tlenu). Wykazano, ¿e dziêki zastosowanej metodzie wytwa- rzania nanokompozytu — przy u¿yciu œcinaj¹co-mieszaj¹cej konfiguracji œlimaków — mo¿liwe jest uzyskanie w nanokompozycie ca³kowicie eksfoliowanego i równomiernie rozproszonego MMT; po- woduje to znaczne polepszenie badanych w³aœciwoœci nanokompozytów. S³owa kluczowe : polipropylen, montmorylonit, nanokompozyt, eksfoliacja, w³aœciwoœci u¿ytkowe. STUDY ON THE PROCESS OF PREPARATION OF POLYPROPYLENE NANOCOMPOSITE WITH MONTMORILLONITE Summary  — On the basis of literature data, montmorillonite (MMT) as a filler of polymeric compo- sites was characterized, namely the structure and the possibility of its modification. The authors‘ investigations concerned the process of preparation of nanocomposites based on isotactic polypropy- lene (PP) with MMT, with use of three variants of twin-screw extrusion. The third component of nanocomposites was polypropylene grafted with maleic anhydride, acting as compatibilizer of MMT/PP system (Table 1). The effects of extrusion variant and the ratios of composite components on the useful properties of the products obtained (melt flow rate, static and dynamic mechanical proper- ties, thermal stability, barrier properties — see Table 2—4, Fig. 3—7) were determined. It was demon- strated that the method of nanocomposite preparation (by use of shearing — mixing configuration of the screws) let obtain MMT fully exfoliated and uniformly dispersed in a nanocomposite. It improves significantly the studied properties of nanocomposites. Key words : polypropylene, montmorillonite, nanocomposite, exfoliation, useful properties. MONTMORYLONIT JAKO NANONAPE£NIACZ KOMPOZYTÓW POLIMEROWYCH Nanokompozyty polimerowe s¹ w ostatnich latach

(…)

… jest on
termodynamicznie mieszalny jedynie z niektórymi polimerami, np. z poli(tlenkiem etylenu) i poli(alkoholem
winylowym). Dlatego te¿ stosowanie MMT do nape³niania wielu innych polimerów, zw³aszcza zaœ polimerów
niepolarnych, powoduje koniecznoϾ modyfikowania
jego w³aœciwoœci powierzchniowych [9, 10, 11].
Jednym ze sposobów modyfikowania jest wymiana
znajduj¹cych siê miêdzy p³ytkami MMT jonów metali
alkalicznych…
… jest
przede wszystkim zwiêkszenie odleg³oœci miêdzy p³ytkami MMT do ok. 2,6 nm, zmniejszenie swobodnej energii powierzchniowej p³ytek oraz polepszenie zwil¿alnoœci, co u³atwia zdyspergowanie p³ytek montmorylonitu w osnowie polimerowej. Ponadto powstaj¹ przy tym
w strukturze MMT grupy funkcyjne zdolne do reagowania z polimerem, co poprawia szereg w³aœciwoœci u¿ytkowych nanokompozytu [12, 13]. Stosowanie tego rodzaju modyfikatora…
… tworzenia siê
wi¹zañ chemicznych miêdzy p³ytkami modyfikowanego
MMT a grupami funkcyjnymi kompatybilizatora. Powstaj¹ce przy tym silne wi¹zania wodorowe nie tylko
wzmacniaj¹ oddzia³ywania miêdzyfazowe, ale tak¿e powoduj¹ wprowadzanie ³añcuchów polimerycznego
kompatybilizatora i nape³nianego polimeru w przestrzenie miêdzy p³ytkami MMT [17]. W praktyce, w roli kompatybilizatorów stosuje siê najczêœciej…
… modyfikowanego
Wspomniane ju¿ zainteresowanie MMT jako sk³adni- MMT a grupami funkcyjnymi kompatybilizatora. Po-
kiem nanokompozytów polimerowych jest spowodowa- wstaj¹ce przy tym silne wi¹zania wodorowe nie tylko
ne du¿ymi wartoœciami zarówno powierzchni w³aœciwej wzmacniaj¹ oddzia³ywania miêdzyfazowe, ale tak¿e po-
zdyspergowanego montmorylonitu (750—800 m2/g), woduj¹ wprowadzanie ³añcuchów polimerycznego…
… Sztucznych METALCHEM, ul. Marii Sk³odowskiej-Curie 55, 87-100 Toruñ
2)
Centrum Badañ Molekularnych i Makromolekularnych, Polska
Akademia Nauk, ul. Sienkiewicza 112, 90-363 £ódŸ
pe³niaczy stosuje siê m.in. montmorylonit (MMT) (najczêœciej u¿ywany), a tak¿e hektoryt, bentonit i saponit.
P³ytkow¹ strukturê krystalograficzn¹ MMT stanowi¹
trzy warstwy, mianowicie dwie warstwy zewnêtrzne
zbudowane…
… temperatury 120 deg/1 h, odleg³oœæ miêdzy
wspornikami kszta³tki 100,0 mm.
— Przepuszczalnoœæ tlenu oceniano wg ASTM D
1434-1988 w temp. 21 oC metod¹ objêtoœciow¹, za pomoc¹ aparatu „CS 135 C” prod. Custom Scientific Instruments; kapilara œrednicy 0,5 mm, ró¿nica ciœnieñ
100—95 psi (7—6, 65 atm).
WYNIKI BADAÑ I ICH OMÓWIENIE
Stopieñ interkalacji i eksfoliacji MMT
Na podstawie analizy dyfraktogramów…
... zobacz całą notatkę