Η ενσωμάτωση μικρού ποσοστού του πηλού στην πολυμερική μήτρα βελτιώνει βλ την απόδοση της μήτρας χωρίς να αλλοιώνει τις

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Η ενσωμάτωση μικρού ποσοστού του πηλού στην πολυμερική μήτρα βελτιώνει βλ την απόδοση της μήτρας χωρίς να αλλοιώνει τις"

Ἀριστοτέλης Βλαβιανός
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Polymer Clay nanocomposites

2 Nanocomposites Concept Η ενσωμάτωση μικρού ποσοστού του πηλού στην πολυμερική μήτρα βελτιώνει βλ την απόδοση της μήτρας χωρίς να αλλοιώνει τις ιδιότητές δό της.

3 Εισαγωγή στα πολυμερή νανοσύνθετα Χρήση filler σε πολυμερή συστήματα Ιδιότητες πολυμερών νανοσύνθετων εξαρτώνται από την μορφολογία του υλικού Αρχές 90 η Toyota χρησιμοποίησε Nylon6 νανοσύνθετα,βελτίωση η θερμικών και μηχανικών ιδιοτήτων Ομοσπονδιακή χρηματοδότηση νανοτεχνολογίας (464 εκατομμύρια το 2001 και 982 εκατομμύρια το 2005 ενώ το 2006 ο προϋπολογισμός ήταν εκ. και το εκ.)

4 Νανοσύνθετα Υλικά Κατηγορίες νανοσύνθετων υλικών ανάλογα με το πόσες διαστάσεις των σωματιδίων είναι στην κλίμακα των νανομέτρων Και οι τρεις διαστάσεις στην κλίμακα των nm: σφαιρικά σωματίδια Δύο διαστάσεις στην κλίμακα των nm. Η τρίτη διάσταση είναι μεγαλύτερη δημιουργώντας επιμήκεις δομές, π.χ. νανοσωλήνες Η μία διάσταση είναι στην κλίμακα των nm. Έχουμε φύλλα πάχους μερικών nm.

5 Silicates: Δομή Montmorillonite/ Vermiculite Τετραεδρικό Οκταεδρικό Al 3+ Fe 2+, Mg 2+ Si4+ Al3+ Τετραεδρικό Το πάχος των φυλλιδίων είναι μερικά nm, ενώ οι άλλες διαστάσεις από 300 Α ως μερικά mμ

8 Montmorillonite SEM Bentonite Rock TEM Montmorillonite 10 microns 1 micron Source: Southern Clay Products

9 10 microns 2 mm = 2000 microns

10 Δομή και ιδιότητες (Organically Modified Clay Platelets) PLS νανοσύνθετα Ενδιάμεσο στρώμα ή gallery Ανταλλαγή ιόντων με κατιόντα Πρέπει η υδρόφιλη επιφάνεια να γίνει organophilic για να έχω νανοσύνθετο υλικό

11 Διαδικασία σχηματισμού νανοσύνθετων clay with Na counterions clay with surfactant counterions organic polymer intercalated into clay polymer exfoliated clay: No stacking of aluminosilicate sheets

13 Cloisite 30B 90 meq/100g C 18 + N HOCH 2 CH 2 + CH 2CH 2 OH CH 3 Methyl, Tallow, bis-2-hydroxyethyl, Quaternary Ammonium X

14 Cloisite 93A (90 MER) C 18 + CH 3 N H C 18 Methyl, Dihydrogenatedtallow, Ternary Ammonium X

15 Cloisite 10A 125 meq/100g C 18 CH 3 + N CH 2 CH 3 Dimethyl, Hydrogenated tallow, Benzyl, Quaternary Ammonium X

16 Cloisite 25A 125 meq/100g C 18 CH 3 + N CH 2CH(CH 2 ) 3 CH 3 C 2 H 5 CH 3 Dimethyl, Hydrogenated tallow, 2-Ethylhexyl, Quaternary Ammonium X

17 Cloisite 15A 125 meq/100g Cloisite 20A 95 meq/100g C 18 + CH 3 N CH 3 C 18 Dimethyl, Dihydrogenated tallow, Quaternary Ammonium X

18 Προϊόντα SCP CLOISITE Increasing polymer/monomer hydrophobicity city hydrophobic ng surface Increasi Cloisite Na+ Cloisite 30B Cloisite os 93A Cloisite 10A Cloisite 25A Cloisite 20A Cloisite 15A (Aqueous Systems)

19 Ένας δύσκολος στόχος των ερευνητών είναι ο χωρισμός των tactoids έτσι ώστε να έχουμε ένα πραγματικό νανοσύνθετο

20 Polymer-clay nanocomposites Clay: 2-D φύλλα alumino-silicate με μεταλλικά κατιόντα ανάμεσα Αντικατάσταση μεταλλικών κατιόντων με επιφανειοδραστικά κατιόντα Αντικατάσταση επιφανειοδραστικών κατιόντων με πολυμερή ή( (σε τήγμα ή διάλυμα)-intercalation δάλ ) i t l ti (παρεμβολή) Εφαρμογή θέρμανσης και διατμητικών τάσεων exfoliation (αποφλοίωση)

21 Ανίχνευση της παρεμβολής και αποφλοίωσης X ray diffraction From Giannelis et al., Adv. Polym. Sci., 118 (1999)

22 Σύνθεση Νανοσύνθετων Υλικών Οι κυριότερες ρ μέθοδοι σύνθεσης των πολυμερών μρ νανοσύνθετων είναι : 1) Exfoliation-adsorption: Το φυλλόμορφο πυριτικό υλικό αποφλοιώνεται σε μεμονωμένα φυλλίδια εντός κατάλληλου διαλύτη, στον οποίο το πολυμερές είναι διαλυτό. Στη συνέχεια το πολυμερές προσροφάται στα διαχωρισμένα φυλλίδια και όταν ο διαλύτης εξατμιστεί (ή το μίγμα καταβυθιστεί σε μη διαλύτη τα φυλλίδια οργανώνονται πάλι με το πολυμερές να είναι ανάμεσα τους.

23 Σύνθεση Νανοσύνθετων Υλικών 1a) Exfoliation-adsorption adsorption from polymer in solution 1b) Exfoliation-adsorption adsorption from prepolymer in solution 1c) Exfoliation-adsorption adsorption by emulsion polymerization

24 Σύνθεση Νανοσύνθετων Υλικών 2) In situ intercalative polymerization: Το φυλλόμορφο πυριτικό υλικό διογκώνεται σε ποσότητα υγρού μονομερούς, ώστε ο πολυμερισμός να γίνει in situ ανάμεσα στα φυλλίδια (intercalated sheets). Ο πολυμερισμός γίνεται με θέρμανση ή ακτινοβολία ή παρουσία κατάλληλου απαρχητή ή καταλύτη (ετερογεννοποίηση δομών). 3) Melt intercalation: Το πολυμερές τήκεται και αναμιγνύεται σε υψηλή θερμοκρασία με το silicate. Δεν απαιτείται χρήση διαλύτη. 4) Template synthesis: Τα silicates σχηματίζονται in situ σε υδατικό διάλυμα που περιέχει το πολυμερές και τις δομικές μονάδες του silicate. Το πολυμερές δρα ως πυρήνας κρυστάλλωσης για το silicate.

25 Nanoclay ενισχυμένα σύνθετα

26 Nanoclay ενισχυμένα σύνθετα

27 Ιδιότητες Νανοσύνθετων Μικρότερη πυκνότητα Αυξημένη αντοχή Αυξημένη σταθερότητα διαστάσεων Μείωση διαπερατότητας Αύξηση θερμικής σταθερότητας Δυνατότητα ανακύκλωσης

28 Tensile strength of non-covalently integrated clay-polystyrene-co-acrylate nanocomposites + Mechanics of Composite Materials 2006, 42, 45.

29 Modulus vs Dispersion 5 Tensile e Modulus s, GPa Nylon 30B 15A TEM Dispersion

31 Ιδιότητες και Εφαρμογές Toyota, εργαστήριο ερευνών Αμερικάνικου στρατού, Koo και Pilato Hussain (χρησιμοποίησε RTM), Fielding Εφαρμογές: Chevrolet, General Motors, Honda, Mitsubishi, ερευνητές της NASA, Honeywell

33 Source: M. Kato and A. Usuki, Ch.5, Edited by Pinnavaia, et.al.: Polymer-Clay nanocomposites, Wiley (2000)

37 MicroLite Vermiculite Dispersions Elastomeric Gas Barrier Applications MicroLite 963 has demonstrated technical success as a nanoclay in elastomeric coatings to improve gas retention. The best examples are Double Core Tennis bll balls through hinmat and dmihli Michelin s tire efforts. Inmat Air D-Fense Inmat Air D-Fense Butyl Rubber Latex/MicroLite 963 system is used in Wilson Double Core tennis balls; Inmat is also developing other Bladder and barrier applications Recent investments in Inmat by DSM and Nextgen Partners focus on tires Michelin Tire Michelin and Hoechst developed elastomeric coatings to improve air retention in tires using MicroLite 963. Patent applications indicate significant Butyl Rubber savings (PCT WO 98/56598)

38 Impala side moldings

39 Τεχνικές Χαρακτηρισμού Νανοσύνθετων WAXD (wide-angle X-ray diffraction) SEM (scanning electron microscopy) TEM (transmission electron microscopy) SAXS (small-angle angle X-ray scattering)

Σχετικά έγγραφα

Εργαστήριο Υλικών ΙΙ (Κεραμικά & Σύνθετα Υλικά)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Εργαστήριο Υλικών ΙΙ (Κεραμικά & Σύνθετα Υλικά) Πορώδη Κεραμικά Διδάσκοντες: Αναπλ. Καθ. Σ. Αγαθόπουλος, Καθ. Δ. Γουρνής, Καθ. Μ. Καρακασίδης Άδειες Χρήσης