Modyfikowany montmorylonit (MMT) jako nanowypełniacz w nanokompozytach polimerowo-ceramicznych

• Autorzy: Stodolak E. , Zych Ł. , Łącz A. , Kluczewski W.

Warianty tytułu

EN

Modified montmorylonite (MMT) as a nanofiller in polymer-ceramic nanocomposites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nanocząstki modyfikatora MMT, pochodzące z naturalnego złoża (Jelesovy Potok), poddano jednoetapowej obróbce chemicznej (interkalacja etylenodiaminą, MMT-amina) lub obróbce dwuetapowej, tj. chemicznej, a następnie termicznej (karbonizacja nanonapełniacza, MMT-amina→ MMT-karbo). Celem tych zabiegów było osiągnięcie lepszej kompatybilności pomiędzy nanonapełniaczem a osnową polimerową, PAN. Wpływ modyfikacji na postać nanonapełniacza określono poprzez badania struktury (XRD) i mikrostruktury (SEM) montmorylonitu i jego pochodnych (interkalowanego MMT-amina i eksfoliowanego MMT-karbo). Wpływ zastosowanych modyfikacji na wielkość cząstek MMT zbadano przy użyciu metody DLS. Stwierdzono, że postać nanonapełniacza (wcześniejsza obróbka MMT) wpływa na poprawę dyspersji fazy nanometrycznej w osnowie polimerowej PAN. Nanokompozyty polimerowe z poliakrylonitrylu (PAN), w których jako nanonapełniacz zastosowano glinokrzemian warstwowy - montmorylonit (MMT) otrzymano metodą odlewania. Największą trwałością termiczną charakteryzował się nanokompozyt, gdzie jako nanonapełniacz zastosowano interkalowany aminą MMT (TG/DSC). Badania mechaniczne wykazały większą kompatybilność nanonapełniacza eksfoliowanego (MMT-karbo) do matrycy polimerowej, powodującą wzrost wytrzymałości tego nanokompozytu (testy rozciągania).

EN

Aim of this work was fabrication of a polymer-matrix nanocomposite based on polyacrylonitrile (PAN) and a layered silicate (phyllosilicate) - montmorillonite (MMT) as nanofiller. Nanoparticles of the filler, which originated from a natural deposit, were subjected to a chemical treatment (ethylenediamine, MMT-amine), or thermal treatment (nanofiller carbonisation, MMT-amine→ MMT-carbo) which objective was to reach better compatibility between the matrix and the nanofiller. In order to improve compatibility of MMT-type particles with a polymer matrix they are subjected to chemical treatments which consist in an introduction of cations of alkylamonium or alkylophosphonate salts between stocks of aluminasilicate piles. The introduction of organic matter between the stocks of piles is called intercalation. The additional objective of this treatment, apart form inducing organophilic character of the particles (i.e. formation of organoclays), is increase of an interpile spacing. Better results of nanocomposite strengthening with MMT-type particles are achieved when an organoclay undergoes exfoliaion i.e. when it completely loses layered structure, and the nanofiller plates are separated with the polymer chains. Usually both above mentioned phenomena occur simultaneously i.e. part of the piles is intercalated, while the rest is completely delaminated (exfoliated). In such case a flocculated nanocomposite is produced. Montmorylonite fraction was separated by sedimentation from bentonite from Jelesovy Potok deposit (Slovakia). Particle size distribution was determined by DLS method using NanoSizer Nano-ZS apparatus. The second type of the nanofiller was montmorylonite intercalated with secondary amine. The main purpose of this treatment was hydrophobisation of MMT piles, which was expected to improve a compatibility of the nanofiller with the polymer matrix. The intercalation process was carried out by mixing MMT with the secondary amine (proportion MMT:amine; 1:2). The third type of the nanofiller, was produced by thermal treatment of MMT-amine at 1000°C for 15 min in oxidising atmosphere. Influence of the treatment method on the nanofiller characteristics was determined by structure (XRD), and microstructure (SEM) analysis of MMT and its derivatives. MMT-PAN nanocomposites were produced by casting method. It was observed, that a form of the nanofiller influenced efficiency of dispersion of the nanometric phase within the polymer matrix, as well as the thermal stability of the nano-composite (TG/DSC). Mechanical tests (stretching) revealed better compatibility of an exfoliated nanofiller (MMT-carbo) with the polymer matrix, which resulted in increase of the nanocomposite strength.

Słowa kluczowe

PL

montmorylonit; nanowypełniacz; nanokompozyt; metoda interkalacji; metoda eksfoliacji MMT

EN

montmorylonite; nanofiller; nanocomposite; intercalation method; MMT exfoliation

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 2
• Strony: 122--127
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Stodolak E.

autor

Zych Ł.

autor

Łącz A.

autor

Kluczewski W.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Biomateriałów al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] Lines M.G., J. Alloys and Comp. 2008, 449.
• [2] Kostoff R.N., Koytcheff R.G., Lau G.Y., Tech. Forecasting & Soc. Change 2007, 74.
• [3] Fischer H., Materials Science and Engineering 2003, 23.
• [4] Sorrentino A., Gorrasi G., Vittoria V., Trends in Food Science & Technology 2007, 18.
• [5] Suprakas S.R., Masami O., Progress in Polymer Science 2003, 28.
• [6] Serov I.N., Zhabrev V.A., Margolin V.I., Glass Physics and Chemistry 2003, 29.
• [7] Wua P., Honghai W., Li R., China Spectrochimica Acta, Part A 2005, 61.
• [8] Garea S.A., Iovu H., Bulearca A., Polymer Testing 2008, 27.
• [9] Fengge G., Materials Today 2004, 8.
• [10] Dellisanti F., Minguzzi V., Valdrè G., Applied Clay Science 2006, 26.
• [11] Wei M., Shi S., Wang J., Li Y., Duan X., Journal of Solid State Chemistry 2004, 177.
• [12] Yu T., Lin J., Xu J., Chen T., Lin S., Tian X., Composites Science and Technology 2007, 67.
• [13] Meneghetti P., Qutubuddin S., Synthesis, thermal properties and applications of polymer-clay nanocomposites, Thermochemica Acta 2006, 442.