nanocompozite_2

5/17/2018 NanocompozitE_2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/nanocompozite2 1/13

Nanocompozite



• Nanocompozitele reprezintao noua clasa a compozitelor,

caracterizate prin coexistentaa doua faze disticte (unaorganica continua-polimerulsi o faza anorganicadispersata in faza continua),

cea din urma fiind dedimensiuni nanometrice (1-100nm) (1nm=10-9 m). Unnanometru reprezinta circade 4 ori diametrul unui atom.

In figura 1 sunt prezentate inmod comparativ diametrele

unor materiale interesante.

Fig. 1: Prezentareacomparativa a diametrelor



• In cazul nanocompozitelor, marimea agentului deranforsare este de domeniu nanometric, ceea ce face caaria interfaciala raportata la volum sa fie extrem de mare.

Cunoscand ca distanta dintre polimer si filler (materialpulverulent sau granular de umplutura) este extrem demica, iar ghemul macromolecular are diametrul de 40 nm,de acelasi ordin ca nanoparticulele, rezulta o interactiefoarte puternica intre polimer si umplutura, ceea ce se va

reflecta asupra proprietatilor cu totul speciale alenanocompozitelor polimerice. Spre deosebire de compoziteunde procentul de agent de ranforsare este de 30-40%, incazul nanocompozitelor este doar de ordinul 5%.

• Avantajele acestor structuri consta in: proprietati globale

superioare componentilor individuali (claritate optica,rezistenta mecanica, rigiditate, impermeabilitate)prezentand utilizari importante in electronica, optica,constructii, etc.



Tipuri de nanoparticule

• In mod evident geometria filerilor (a umpluturilor) influenteaza

proprietatile nanocompozitului final. In continuare vor fi detaliate catevatipuri de nanoparticule. Astfel se pot distinge trei tipuri de nanocompozite

in functie de structura filerului:

• a) cele trei dimensiuni privite in spatiu a filerului sunt de

ordin nanometric (ex. nanoparticulele sferice de siliciu, fulerene);

• b) doua dintre dimensiuni sunt nanomerice si al treilea cu

dimensiunea mai mare (ex. Nanotuburi)

• c) doar o dimensiune este de ordin nanometric, a seimagina o structura geometrica ca un cearsaf de grosime

pana la catava nanometrii si caracterizata prin lungimea

de cateva sute sau mii de nanometrii

(ex nanoargilele-structuri stratificate).



Montmorillonit-nanoargile

• Bentonita (argila naturala) rezulta prin transformarea insitu a cenusei vulcanice, respectiv prin transformareanaturala hidrotermala a rocilor vulcanice. Bentonitacontine montmorilonit, sticla, cuart, zeoliti si carbonati.

• Structura chimica a montmorilonitului este prezentata in

figura 2.• Silicatii stratificati utilizati in obtinerea nanocompozitelor

polimerice apartin familiei cunoscute sub numele de 2:1 filosilicati . Aceasta denumire se explica prin existenta adoua straturi, unde structura centrala octaedrica de Al

sau Mg este lipita prin varf de doua tetraedrere de Siexterioare, astfel ionii de oxigen al octaedrului apartin sitetraedrului.



• In ideea obtinerii nanocompozitelor se ridica doua mari probleme:1) nanoparticula trebuie sa fie compatibila cu polimerul si saprezinta interactie interfaciala satisfacatoare; 2) trebuie sa se aleagamodalitatea cea mai propice de dispersare uniforma ananoparticulelor in matricea polimera. In cele mai multe cazuri

nanomaterialele polimerice prezinta multifunctinalitate. Catevadintre aceste proprietati sunt redate in continuare:

• -proprietati termice: creste rezistenta termica, creste temperaturade tranzitie sticloasa, se reduce coeficientul de expansiune termica;

• -mecanice: cresterea modulului, a rezistentei, scaderea elongatiei inunele cazuri;

• -chimice: cresterea rezistentei la solventi, creste rezistenta laumezeala;

• -electrice: imbunatateste conductivitatea termica, scaderezistivitatea;

• -optice: transparenta.

Matrici polimere pentru obtinere

nanocompozitelor



• Categoriile de polimeri utilizati se pot clasifica in trei clase:

termoplastici, termoreactivi si elastomeri. In tabelele de mai

jos sunt prezentati reprezentantii fiecarei clase.



Obtinerea nanocompozitelor

• Urmatoarea etapa in abordarea si selectarea celei mai utile

(propice, eficiente) metode de sinteza a nanocompozitelor.

Problema care se ridica se reduce la modalitatea de dispersie

uniforma a nanoparticulei in matricea polimera.

Fig. 11: Dispersare nanoparticule



In general pentru combinarea polimerilor solizi (prepolimeritermoreactivi sau polimeri termoplastici) cu nanoparticule serecomanda urmatoarele metode de sinteza:

-intercalare din solutie;-intercalare din topitura;

-roll milling (calandrare).

Pentru polimerii lichizi (prepolimeri termoreactivi sau polimeritermoplastici) cu nanoparticule se recomanda urmatoarele metodede sinteza:

-polimerizare in situ;

-polimerizare in emulsie;

-high shear mixing (malaxare).

Prin dispersare din solutie, polimerizare in emulsie,polimerizare in situ, sau intercalare din topitura se obtin structuriintercalate si/sau exfoliate, avand la baza silicat stratificat. In modevident cu cat contactul dintre polimer si nanoparticula este maiintim, cu atat dispersarea va fi mai buna, reflectandu-se inproprietatile mecanice ale nanocompozitului final.



Sesqi-organosilani cu structuta

poliedrica (POSS) • Acestia prezinta doua proprietati structurale unice: 1) compozitia

chimica este un hibrid, un intremediar (RSiO1.5) intre compozitiadioxidului de siliciu (SiO2) si a siliconilor cu structura (R2SiO);2)moleculele au dimensiune nanoscopica de la 1 nm -3nm.Oligomerii siloxanici sunt mult mai stabili chimic si termic decat

siliconii. Structura acestora este prezentata in figura urmatoare.



• Cele mai comune structuri sunt T8 (vinil T8), respectiv T12

(fenil).

• Nanocompozitele derivate de la aceste structuri prezinta

rezistenta la combustie ridicata, ceea ce permite utilizareaacestora la temperaturi extrem de ridicate. Proprietatile

induse de POSS in nanocompozite sunt redate mai jos:



• Modalitatea de obtinere a nanocompozitelor polimerice se

datoreaza si functiunii X, (polimerizabile), atasate la structura

siloxanilor oligomerici.

• Primul nanocompozit obtinut prin aceasta metoda a fost nylon 6

(N6/MMT) (montmorilonit). Aceasta s-a realizat prin gonflarea

silicatul organofilizat cu , -aminoacizi cu structura [HOOC-(CH2)n-

1-NH2+ ] cu n=2-6, 8, 11, 12, 18), in monomerul -caprolactama,

urmata de initierea polimerizarii la 1000C. A fost ales caorganofilizator aminoacizii datorita catalizei acide necesare pentru

realizarea polimerizarii cu deschidere de inel a monomerului.

Gradul de intercalare creste in mod evident odata cu cresterea

volumului, respectiv a masei moleculare a organofilizatorului.

nanocompozite_2

Documents