Nanokompozity založené na polymérnom rade chemikálií sa ukázali ako významná oblasť výskumu a aplikácie v materiálovej vede. Tieto materiály kombinujú jedinečné vlastnosti polymérov s vlastnosťami plnív nanometrov, čo vedie k zlepšeným výkonnostným charakteristikám, ktoré sú veľmi žiadané v rôznych priemyselných odvetviach. Ako popredný dodávateľ polymérnych sérií chemikálií sa dobre orientujeme v metódach syntézy týchto nanokompozitov, ktoré podrobne preskúmame v tomto blogu.
1. Polymerizácia in situ
Polymerizácia in situ je jednou z najčastejšie používaných metód syntézy nanokompozitov na báze polymérov. Tento prístup zahŕňa polymerizáciu monomérov v prítomnosti nanometrových plnív. Kľúčovou výhodou in situ polymerizácie je, že umožňuje vysoký stupeň disperzie nanoplnív v polymérnej matrici.
Počas procesu polymerizácie in situ sa nanoplnivá najskôr dispergujú v roztoku monoméru. Disperzia sa môže dosiahnuť rôznymi technikami, ako je ultrazvukové miešanie, mechanické miešanie alebo použitie povrchovo aktívnych látok. Keď sú nanoplnivá dobre dispergované, pridá sa iniciátor polymerizácie, aby sa začala polymerizačná reakcia.
Napríklad pri syntéze nanokompozitu pomocouAminotrimetylénová kyselina fosfónová 50%ako funkčná prísada sa môžu skupiny obsahujúce aminoskupiny na kyseline aminotrimetylénfosfónovej podieľať na polymerizačnej reakcii buď prostredníctvom kovalentnej väzby alebo prostredníctvom nekovalentných interakcií s polymérnymi reťazcami. To nielen zlepšuje disperziu aditíva, ale tiež zlepšuje celkový výkon nanokompozitu, ako je jeho odolnosť proti korózii a mechanická pevnosť.
Polymerizácia in situ sa môže uskutočňovať rôznymi polymerizačnými mechanizmami, vrátane radikálovej polymerizácie, iónovej polymerizácie a kondenzačnej polymerizácie. Každý mechanizmus má svoje výhody a je vhodný pre rôzne typy monomérov a nanoplnív.
2. Miešanie taveniny
Miešanie taveniny je ďalšou populárnou metódou na syntézu nanokompozitov na báze polymérov. Tento proces zahŕňa roztavenie polyméru a jeho zmiešanie s nanoplnivami pri zvýšených teplotách. Hlavnou výhodou miešania taveniny je jej jednoduchosť a škálovateľnosť, vďaka čomu je vhodná pre priemyselnú výrobu vo veľkom meradle.
Proces typicky začína predhriatím polyméru na jeho teplotu topenia v miešacom zariadení, ako je extrudér alebo dvojzávitovkový mixér. Keď je polymér v roztavenom stave, pridajú sa nanoplnivá a dôkladne sa premiešajú. Proces miešania je možné optimalizovať riadením teploty, šmykovej rýchlosti a času miešania, aby sa zabezpečila rovnomerná disperzia nanoplnív v polymérnej matrici.
Napríklad pri používaníKyselina akrylová - 2 - akrylamido - 2 - metylpropán kopolymér kyseliny sulfónovejv procese tavenia - miešania môže kopolymér pôsobiť ako kompatibilizátor medzi polymérnou matricou a nanoplnivami. Jeho jedinečná chemická štruktúra mu umožňuje interagovať s polymérom aj nanoplnivami, čím sa zlepšuje medzifázová adhézia a tým sa zlepšujú mechanické a tepelné vlastnosti nanokompozitu.
Avšak miešanie taveniny má tiež určité obmedzenia. Vysoké teploty spracovania môžu spôsobiť degradáciu polyméru alebo nanoplnív a dosiahnutie rovnomernej disperzie nanoplnív môže byť náročné, najmä pre nanoplnivá s vysokými pomermi strán.
3. Miešanie roztoku
Miešanie roztoku je metóda, ktorá zahŕňa rozpustenie polyméru a nanoplnidiel v bežnom rozpúšťadle a následné odstránenie rozpúšťadla za vzniku nanokompozitu. Táto metóda je obzvlášť užitočná pre polyméry, ktoré sa ťažko spracovávajú v roztavenom stave alebo pre nanoplnivá, ktoré vyžadujú špecifické rozpúšťadlové prostredie na dispergáciu.
V procese roztok - miešanie sa polymér a nanoplnivá najskôr rozpustia alebo dispergujú vo vhodnom rozpúšťadle. Ultrazvuk alebo mechanické miešanie sa často používa na zabezpečenie homogénnej disperzie nanoplnív v roztoku polyméru. Po dosiahnutí disperzie sa rozpúšťadlo odstráni odparením, zrážaním alebo inými separačnými technikami.
Hydrolyzovaný anhydrid kyseliny polymaleínovejmožno použiť v procesoch miešania v roztoku. Jeho hydrofilná povaha umožňuje jeho ľahké rozpustenie v polárnych rozpúšťadlách a môže interagovať s polymérom aj nanoplnivami prostredníctvom vodíkových väzieb alebo elektrostatických interakcií. To môže zlepšiť disperziu nanoplnív a zvýšiť stabilitu nanokompozitu.
Jednou z hlavných výhod miešania roztokov je schopnosť kontrolovať disperziu nanoplnív na molekulárnej úrovni. Použitie rozpúšťadiel však môže byť nevýhodou v dôsledku environmentálnych problémov a potreby regenerácie rozpúšťadiel a recyklácie.
4. Vrstva - po - Layer Assembly
Zostavenie vrstvy po vrstve (LbL) je sofistikovanejšia metóda syntézy nanokompozitov na báze polymérov. Táto metóda zahŕňa postupné nanášanie vrstiev polyméru a nanoplniva na substrát. Hnacími silami pre zostavu LbL môžu byť elektrostatické interakcie, vodíkové väzby alebo kovalentné väzby.
Proces zvyčajne začína ponorením substrátu do roztoku obsahujúceho prvú zložku (buď polymér alebo nanoplnivo). Po určitom čase sa substrát opláchne, aby sa odstránil prebytočný roztok, a potom sa ponorí do roztoku obsahujúceho druhú zložku. Tento proces sa niekoľkokrát opakuje, aby sa vytvoril požadovaný počet vrstiev.
Metóda montáže LbL umožňuje presnú kontrolu zloženia a štruktúry nanokompozitu v nanoúrovni. Napríklad úpravou počtu vrstiev a hrúbky každej vrstvy možno prispôsobiť mechanické, optické a elektrické vlastnosti nanokompozitu.
5. Elektrostatické zvlákňovanie
Elektrospinning je technika používaná na výrobu nanovlákien polymérov a nanokompozitov na báze polymérov. Pri tejto metóde sa polymérny roztok alebo tavenina vystaví vysokonapäťovému elektrickému poľu. Elektrostatické sily prekonajú povrchové napätie roztoku alebo taveniny, čo spôsobí vytvorenie prúdu, ktorý sa natiahne a stuhne do nanovlákien.
Pri použití elektrostatického zvlákňovania na syntézu nanokompozitov môžu byť nanoplnivá pridané do roztoku polyméru alebo taveniny pred procesom elektrostatického zvlákňovania. Nanoplnivá sú potom začlenené do nanovlákien počas procesu elektrostatického zvlákňovania. Táto metóda môže produkovať nanokompozity s vysokým pomerom povrch - plocha - k objemu a jedinečnými morfologickými vlastnosťami.
Aplikácie nanokompozitov na báze polymérov
Jedinečné vlastnosti nanokompozitov na báze polymérov syntetizovaných týmito metódami ich robia vhodnými pre širokú škálu aplikácií. V automobilovom priemysle môžu byť nanokompozity použité na výrobu ľahkých a vysokopevných komponentov, čím sa zlepšuje palivová účinnosť a bezpečnosť. V elektronickom priemysle ich možno využiť na výrobu flexibilných displejov, senzorov a zariadení na ukladanie energie. V lekárskej oblasti možno nanokompozity na báze polymérov použiť na dodávanie liečiv, tkanivové inžinierstvo a hojenie rán.
Kontakt pre obstarávanie
Ako spoľahlivý dodávateľ polymérnych sérií chemikálií sa zaväzujeme poskytovať vysoko kvalitné produkty a technickú podporu pre syntézu nanokompozitov na báze polymérov. Či už ste výskumník hľadajúci inovatívne materiály alebo priemyselný výrobca, ktorý potrebuje výrobu vo veľkom meradle, môžeme ponúknuť správne riešenia pre vaše špecifické požiadavky. Ak máte záujem o naše produkty alebo by ste chceli prediskutovať možnú spoluprácu, neváhajte nás kontaktovať pre obstarávanie a ďalšie diskusie.
Referencie
- Ajayan, PM, Stephan, O., Colliex, C., & Trauth, D. (1994). Zarovnané polia uhlíkových nanorúrok tvorené rezaním polymérnej živice - kompozitu nanorúrky. Science, 265 (5176), 1212 - 1214.
- Alexeyev, A., & Shastri, VR (2004). Nanokompozitné hydrogély pre biomedicínske aplikácie. Biomateriály, 25(18), 4493 - 4500.
- Armes, SP a Billingham, NC (1992). Syntéza nanokompozitov na báze polymérov. In Comprehensive Polymer Science: The Synthesis, Characterization, Reactions and Applications of Polymers (str. 677 - 712). Pergamon.
