Jak wymieszać niemieszalne, czyli rzecz o modyfikacji napełniaczy polimerowych

• Autorzy: Szymanowski H. , Bieliński D. , Gazicki-Lipman M. , Siciński M. , Sobczyk-Guzenda A.

Warianty tytułu

EN

How to blend the non-miscible -the issue about polymer fillers modification

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nowoczesne technologie (np. lotnicze, kosmiczne) intensywnie poszukują nowych materiałów kompozytowych opartych na polimerach. Poprawa właściwości mechanicznych i użytkowych wymaga stosowania materiałów nazywanych napełniaczami. To one wpływają na właściwości kompozytu. Aby jednak dobrze spełniły swoją rolę muszą być spełnione dwa warunki, często bardzo trudne do osiągnięcia. Po pierwsze, napełniacz musi być homogenicznie zdyspergowany w matrycy polimerowej oraz (drugi warunek) posiadać silne oddziaływania na granicy faz napełniacz-polimer. Duża wartość powierzchniowej energii swobodnej napełniaczy powoduje, że mają one tendencje do aglomeracji. Także brak aktywnych grup chemicznych na powierzchni cząstek napełniacza powoduje, że nie są one zdolne do tworzenia wiązań chemicznych z polimerem. Obecnie eliminacja zjawiska tworzenia aglomeratów polega na zastosowaniu dużych naprężeń ścinających w trakcie sporządzania kompozytów, co umożliwia mechaniczną separację cząstek napełniacza. Altematywnym i nowoczesnym rozwiązaniem istniejącego problemu jest modyfikacja, która spowoduje zwiększenie liczby oddziaływań zewnętrznych napełniacz-polimer, polegająca na implementacji na powierzchni napełniacza aktywnych grup chemicznych lub szczepieniu cząsteczek, których obecność sprzyja oddziaływaniom matrycą polimerową. Pomimo znacznego postępu kompozyty polimerowe ciągle stwarzają problemy podczas ich sporządzania. Próby funkcjonalizacji powierzchni nanocząstek za pomocą obróbki chemicznej kończą się najczęściej ich aglomeracją. Efektywne metody laboratoryjne są natomiast bardzo wyrafinowane i trudne do zastosowania na większą skalę. Jest to najprawdopodobniej przyczyną ciągle ograniczonego, przede wszystkim do zastosowań specjalnych (głównie materiałów konstrukcyjnych stosowanych w lotnictwie), obszaru aplikacji nanokompozytów polimerowych. Na tym tle plazmochemiczna modyfikacja powierzchni cząstek napełniacza stanowi nowoczesną metodę, którą można porównać do modyfikacji chemicznej. Wielką zaletą metody jest to, że nie wymaga szkodliwych i agresywnych ciekłych odczynników chemicznych.

EN

Modem (i.e. aircraft, space) industries are preoccupied with an intensive search for new, polymer based, composite materials. An improvement of mechanical as well as utility properties of these materials requires an application of fillers. However, in order for a filler to successfully ful fill its functions, two conditions, of ten difficult to accomplish, have to be met. First, the filler has to be homogenously dispersed in the matrix and, secondly, there must be strong interactions at the polymer/filler interface. High surface energy values of a filler make its particles easily agglomerate. In addition, an absence of chemical functions on their surface is a reason for the filler's inability to form chemical bonds With the polymer. Today, the method of preventing agglomeration consists in an application, in a process of blending, of high shear stress thus enabling mechanical separation of filler particles. An altemative and modem solution of the problem is a filler modification, consisting either in a surface implantation of functional groups or in surface grafting ofentire molecules, which should subsequently interact with the polymer. Despite a substantial progress, polymer composites still create technological problems. Efforts aimed at wet chemical functionalization of nanoparticles often end up with their agglomeration. Effective laboratory procedures, on the other hand, are usually sophisticated and difficult to apply on an industrial scale. This is very likely a reason for a limited (basically to special purpose materials used in aerospace industry) range of applications of polymer nanocomposites. Compared to this, plasma chemical modification of the filler surface constitutes a modem method, quite competitive to the wet chemical processing. Its large advantage is the fact that it operates with small quantities of gases and does not need large volumes of aggressive liquid chemicals.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty polimerowe; napełniacze; modyfikacja napełniaczy

EN

polymer composites; fillers; fillers modification

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 5
• Strony: 551--554
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szymanowski H.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka

autor

Bieliński D.

autor

Gazicki-Lipman M.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka

autor

Siciński M.

• Instytut Technologii Polimerów i Barwników, Politechnika Łódzka

autor

Sobczyk-Guzenda A.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Łódzka

Bibliografia

• [1] Jurkowski B., Jurkowska B.: Sporządzanie kompozycji polimerowych. Elementy teorii i praktyki. WNT, Warszawa (1995).
• [2] Bieliński D. M., Dobrowolski O., Przybytniak G.: Morphological aspects of rubber fracture and wear. J. Appl. Polym. Sci. 110 (1) (2008) 55.
• [3] Jakubowska P., Kloziński A.: Optymalizacja parametrów modyfikacji CaCO3 stosowanego jako napełniacz polimerów termoplastycznych. Inż. Ap. Chem. 49 (5) (2010) 45÷46
• [4] Żenkiewicz M.: Adhezja i modyfikowanie warstwy wierzchniej tworzyw wielkocząsteczkowych. WNT, Warszawa (2000).
• [5] Chruściel J., Leśniak E., Fejdyś M.: Karbofunkcyjne silany i polisiloksany. Polimery 53 (2008) 709÷717.
• [6] Rościszewski P., Zielecka M.: Silikony właściwości i zastosowanie. WNT, Warszawa (2002).
• [7] Heineman J., Reichert P.: Polyolefine nanocomposites formed by melt compounding and transition metal catalyzed ethene homopoymerization and copolymerization in the presence of layered silicates. Macromol. Rapid Commun 20 (1999) 423.
• [8] Piekielna J., Mucha M.: Kompozyty polimerowe zawierające biopolimery: chitozan i skrobie. Polimery 44 (1) (1999) 24÷29.
• [9] La F. P. Mantia, Morreale M.: Green composites: A briefreview. Composites:Part A42 (2011) 579÷588.
• [10] Szymanowski H., Kaczmarek M., Gazicki-Lipman M., Klimek L., Woźniak B.: New biodegradable material based on RF plasma modified starch. Surface & Coatings Technology 200 (2005) 539÷543.
• [11] Kaczmarek M., Sobczyk A., Gazicki-Lipman M., Szymanowski H., Bieliński D.: Plazmochemiczny sposób modyfikacji skrobi ziemniaczanej. Inżynieria Biomateriałów 35-36 (2004) 77÷82.