Одним з перспективних напрямків в науці про полімери та матеріалознавстві останніх років є отримання полімерних матеріалів, що володіють комплексом поліпшених або нових властивостей. До них відносяться нові типи функціональних матеріалів, які називаються полімерними Нанокомпозити, які можуть бути використані в найрізноманітніших галузях застосування полімерних матеріалів.
Для досягнення заданих властивостей в полімерні композити вводять пігменти, інгібітори, антиоксиданти, пластифікатори, наповнювачі та ін. Речовини. У разі нанокомпозитів в полімерну матрицю вводять матеріали, що складаються з неорганічних наночастинок (оксидів, нітридів, карбідів, силікатів і т.д.). Вони входять до складу і нанокомпозитів на основі різних глин і полімерів. Несумісність цих неорганічних і органічних компонентів - основна проблема, яку доводиться долати при створенні таких матеріалів.
Ця проблема може бути вирішена шляхом модифікації глини органічною речовиною. Модифікована глина (органогліни) має переваги над простий глиною:
1. органогліни добре диспергують в полімерній матриці.
2. органогліни взаємодіють з ланцюжком полімеру.
Для створення полімерних нанокомпозитів на основі органогліни використовують шаруваті природні неорганічні структури, такі як монтморилоніт, Гектор, вермикуліт, каолін, сапоніт і ін. Розміри неорганічних шарів становлять близько 200 нм в довжину і 1 нм в ширину. Таким чином, співвідношення лінійних розмірів частинок глин досить велике. Ці шари утворюють скупчення з зазорами між ними, званими прошарками або галереями.
Неорганічні катіони всередині прошарків можуть заміщатися іншими катіонами. Заміщення катіонними поверхнево-активними речовинами, такими, як об'ємні аммоній- і фосфон-іони, збільшує простір між шарами, зменшує поверхневу енергію глини і додає поверхні глини гідрофобний характер. Модифіковані вищевказаним шляхом глини краще поєднуються з полімерами і утворюють шарувато-полімерні нанокомпозити.
Поряд з іонними органічними модифікаторами глин можуть бути використані неіонні, які зв'язуються з поверхнею глини за рахунок водневих зв'язків. У ряді випадків органогліни, отримані з використанням неіонних модифікаторів, виявляються більш хімічно стабільними, ніж органогліни, отримані з використанням катіонних модифікаторів.
За допомогою введення органогліни в полімерну матрицю, вдається поліпшити термічну стабільність і механічні властивості полімерів. Досягається це завдяки об'єднанню комплексу властивостей органічного (легкість, гнучкість, пластичність) і неорганічного (міцність, теплостійкість, хімічна стійкість).
Полімерний нанокомпозит може бути отриманий трьома основними методами: в розчині, в розплаві і в процесі синтезу полімеру.
Існують і інший метод отримання нанокомпозитів такий, як золь-гель процес. Але для отримання полімерних нанокомпозитів на основі органогліни найбільш широко використовуються методи отримання в розплаві і в процесі синтезу полімеру.
На першій стадії відбувається утворення тактоіда - полімер оточує агломерати органогліни. На другій стадії (Інтеркаляція) відбувається проникнення полімеру в міжшарове простір органогліни, в результаті чого відбувається розсування шарів до 2-3 нм. На третій стадії (Часткова ексфоліація) відбувається часткове розшарування і дезорієнтація шарів органогліни. На останній стадії відбувається расшелушіваніе. (Повна ексфоліація).
Насправді, в одержуваних полімерних нанокомпозитах можуть бути присутніми всі зазначені структури, що залежить від ступеня розподілу органогліни в полімерній матриці. Расшелушенная структура є результатом дуже хорошою ступеня розподілу. При надлишку органогліни і поганий ступеня диспергування можлива присутність агломератів органогліни в полімерній матриці.
Отримання полімерних нанокомпозитів на основі природних нано матеріалів - це, по суті, революційний процес у виробництві наповнених полімерів.
Застосування нанонаповнювачів дозволяє ОДНОЧАСНО поліпшити такі властивості як:
• вогнестійкість (температуростойкость)
• ударостійкість
• хім. стійкість
• бар'єрні властивості (зниження газопроникності)
Плюс до цього практично відсутня збільшення ваги полімеру і фіз.мех. властивості не погіршуються як при звичайних наповнення, а істотно поліпшуються.
Одним з найістотніших технологічних досягнень в промисловості пластмас за останні 3-4 роки стало розвиток полімерних нанокомпозитних матеріалів, тобто, полімерних смол, що містять нанорозмірні компоненти, наприклад, наногліни або вуглецеві нанотрубки. Введення від 2% до 5% нанокомпонентів для формування нанокомпозитного матеріалу є важливим новим засобом модифікації фізичних властивостей смоли. Основними корисними результатами стають поліпшення механічних властивостей, підвищення жорсткості і формоустойчивости, поліпшення бар'єрних якостей, підвищення вогнестійкості і електропровідності. Наполегливі пошуки технологій створення нових поколінь високоефективних матеріалів здійснюються в інтересах багатьох галузей промисловості. Найбільш широко відомими і першими знайшли комерційне застосування типами нанорозмірних наповнювачів є наногліни (алюмосилікатний матеріал з нанорозмірною зернистістю) і вуглецеві нанотрубки. Для обох компонентів необхідна хімічна модифікація з обробкою поверхні, що дозволяє досягти тонкодисперсної структури і хорошого зчеплення зі смолою, це необхідно для отримання найбільших корисних результатів. В даний час наногліни є нанокомпонентів, найчастіше використовуваними в нанокомпозитних пластикових матеріалах, і завдяки їх малій вартості має найширшу комерційну життєздатність. І наногліни, і нанотрубки забезпечують поліпшення конструкційних, теплових, бар'єрних і вогнестійких якостей пластмас. Крім того, вуглецеві нанотрубки підвищують електропровідність матеріалів. Проте, активно досліджуються і розробляються інші можливі наповнювачі, наприклад, синтетичні глини, багатогранний олігомерного сілсесквіоксан, неорганічні нанотрубки, наночастинки сульфату барію, наночастинки кремнезему і навіть природні волокна, наприклад, льону і конопель.
Найбільш часто респонденти користуються послугами наногліной є шаруватий алюмосиликат монтмориллонит (ММТ). На відміну від тальку і слюди, ММТ може бути розшарується і диспергирован на окремі шари товщиною 1 нм і шириною приблизно від 70 до 150 нм. Розшарування викликає істотне збільшення відношення площі поверхні до об'єму. Глино-полімерні композити можна розділити на три типи: звичайні композити, нанокомпозити з включеннями і розшаровані нанокомпозити. Якщо в полімері частково розділені частки ММТ (тактоіди), вони називаються нанокомпозити з включеннями, а при повному поділі на окремі пластини вони називаються розшарування. Для поліпшення диспергування і смешиваемости з полімерної матрицею глина повинна бути попередньо модифікована, тобто проведена відповідна обробка поверхні. Після цього тактоіди розшаровуються на пластини в результаті виникнення зсувних напружень під час змішування в розплаві полімеру або при протіканні хімічних реакцій під час полімеризації матриці. В результаті включення ММТ в полімерний композит поліпшуються його механічні властивості, наприклад, модуль пружності, деформационная теплостійкість і опірність дряпання, збільшуються теплостійкість, формостійкість і вогнестійкість; при повному розшаруванні глини досягаються найкращі характеристики. Хімічний склад глини обумовлює наявність на поверхні пластин неорганічних катіонів, що додають поверхні високу гідрофільність, і відповідно, несумісність з багатьма полімерними смолами. Для успішного освіти глино-полімерного нанокомпозиту, слід провести відповідну обробку поверхні, знизивши полярність глини, щоб зробити глину «органофільной».
Органофільная глина може бути отримана з гідрофільної глини шляхом заміщення неорганічних катіонів органічними, наприклад, іонами алкіламмонія. Крім ММТ можливе використання інших глин, включаючи гекторіти (магнійсілікати), пластини в яких дуже малі, і синтетичні глини (наприклад, гідроталькіт), які можуть бути отримані в дуже чистому вигляді, поверхня їх пластин може нести позитивні заряди на відміну від негативних зарядів на поверхні ММТ.
Технологічні процеси і властивості наноглін
Редакція оплачує на договірній основі
технічні статті, маркетингові звіти, рецептури, огляди ринку
і іншу галузеву інформацію та права не її розміщення
Повне або часткове використання будь-яких матеріалів, розміщених на Plastinfo.ru,
в ЗМІ, друкованих виданнях, маркетингових звітах, дозволяється тільки за умови посилання
на «Plastinfo.ru» і в деяких випадках вимагає письмового дозволу ТОВ Пластінфо