Metody otrzymywania, właściwości i zastosowania nanokompozytów polimerowych z montmorillonitem

• Autorzy: Żenkiewicz M. , Richert J.

Warianty tytułu

EN

Manufacturing methods, properties and applications of polymer/montmorillonite nanocomposites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono syntetyczny przegląd zagadnień dotyczących wytwarzania, właściwości i zastosowania nanokompozytów polimerowych z montmorillonitem (MMT), ze szczególnym uwzględnieniem polilaktydu (PLA). Jednym z warunków uzyskania właściwej jakości tych nanokompozytów jest wprowadzenie makrocząsteczek osnowy polimerowej między płytki MMT. Można to uzyskać stosując: (a) polimeryzację "in situ", (b) metodę rozpuszczalnikową, (c) mieszanie MMT z osnową polimerową, będącą w stanie uplastycznionym, z wykorzystaniem wytłaczarki. Tak wytworzone materiały mają wiele zalet, w porównaniu z osnową polimerową, z których najważniejsze to: zwiększona wytrzymałość mechaniczna, znacznie zmniejszona przenikalność pary wodnej i gazów, zwiększona stabilność termiczna i zwiększona szybkość biodegradacji, szczególnie nanokompozytów z osnową biopolimerową. Nanokompozyty te stanowią nową klasę materiałów i wkrótce mogą zastąpić w wielu przypadkach tradycyjne polimery otrzymywane z surowców kopalnych.

EN

A short literature review concerning manufacturing methods, properties and applications of polymer/montmorillonite (MMT) nanocomposite, particularly with polylactide (PLA), is presented. One successful method to produce polymer/MMT nanocomposites is to intercalate macromolecules of polymeric matrix into the galleries of MMT. It can be done by three methods: (a) insertion of suitable monomer in the galleries of MMT and subsequent polymerization (polymerization "in situ"), (b) direct insertion of these macromolecules into the galleries from solution or (c) melt intercalation, done by intensive mixing MMT and melt polymer, using extruder. Polymer/MMT nanocomposites possess several advantages in comparison with their polymeric matrix. These are: improved mechanical properties, very much improved barrier properties, increased thermal stability and enhanced rate of biodegradation, especially for nanocomposites containing biodegradable matrix. These nanocomposites are entirely new type of materials and may soon be competitive with the commonly used fossil plastic materials.

Słowa kluczowe

PL

nanokompozyt polimerowy; montmorylonit; kompatybilizacja

EN

polymer nanocomposite; montmorillonite; compatibilization

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników
• Czasopismo: Przetwórstwo Tworzyw
• Rocznik: 2010
• Tom: [R.] 16, nr 5
• Strony: 249--259
• Opis fizyczny: Bibliogr. 47 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Żenkiewicz M.

autor

Richert J.

• Uniwersytet Kazimierza Wielkiego, Wydział Matematyki, Fizyki i Techniki, Katedra Inżynierii Materiałowej, ul. Chodkiewicza 30, 85-064 Bydgoszcz, tel. [phone],

Bibliografia

• 1. Sikora R.: „Przetwórstwo tworzyw polimerowych. Podstawy logiczne, formalne i terminologiczne”, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2006.
• 2. Hambir S., Bulakh N., Jog J. P.: Polypropylene/clay nanocomposites: Effect of compatibilizer on the thermal, crystalization and dynamic mechanical behavior, Pol. Eng. Sci. 2002, 42, No. 9, 1800.
• 3. Markarian J.: Compatibilizers find the right blend, Plast. Add. Coump. 2004, 6, No. 1, 22.
• 4. Kelar K., Kania K., Jurkowski B.: Mechanochemiczna modyfikacja polietylenu trzeciej generacji bezwodnikiem maleinowym, Polimery 2000, 45, nr 6, 393.
• 5. Wojtala A.: Metody szczepienia polietylenu związkami polarnymi, Polimery 2002, 47, nr 10, 694.
• 6. Opis zgłoszeniowy nr 360048: Przyjazne dla środowiska, oparte na polilaktydach kompozycje kompozytów, Biul. Urzędu Pat. 2003, nr 23 (780), 42.
• 7. Manias E., Touny A., Wu L., Strawhecker K., Lu B., Chung T. C.: Polypropylene/montmorillonite nanocomposites. Review of the synthetic routes and materials properties, Chem. Mater. 2001, 13, 3516.
• 8. Pawlak A., Morawiec J., Piórkowska E., Gałęski A.: Nanokompozyty polipropylenu i polietylenu z glinkami typu montmorylonit, Polimery 2004, 49, nr 4, 240.
• 9. Morawiec J., Pawlak A., Slouf M., Gałęski A., Piórkowska E.: Influence of compatibilizer type, polypropylene molecular weight and blending sequence on montmorillonite exfoliation in nanocomposites, Polimery 2004, 49, nr 1, 52.
• 10. Ajji A., Denault J., Côté D., Buremu M., Trudel-Boucher D.: Polypropylene - clay nanocomposites fibers. Structure and performance, Int. Polym. Proc. 2007, 22, nr 4, 368.
• 11. Gałęski A., Piórkowska E., Pluta M., Kuliński Z., Masarek R.: Modyfikacja fizycznych właściwości polilaktydu, Polimery 2005, 50, nr 7 - 8, 562.
• 12. Yoon J., Lee W.-S., Kim K.-S., Chin I.-J., Kim M.-N., Kim Ch.: Effect of poly(ethylene glycol)-block-poly(L-lactide) on the poly[L(R) 3 hydroxybutyrate]/poly(L-lactide) blends, Europ. Polym. J. 2000, 36, 435.
• 13. Furukawa T., Sato H., Murakami R., Zhang J., Noda I., Ochiai S., Ozaki Y.: Raman microspectroscopy study of structure, dispersibility, and crystallinity of poly(hydroxybutyrate)/poly(L-lactic acid) blends, Polymer 2006, 47, 3132.
• 14. Zhang L., Xiong Ch., Deng X.: Miscibility, crystallization and morphology of poly(β-hydroxybutyrate)/poly(d,l-lactide) blends, Polymer 1996, 37, No. 2, 235.
• 15. Molina I., Li S., Martinez M. B., Vert M.: Protein release from physically crosslinked hydrogels of the PLA/PEO/PLA triblock copolymer - type, Biomaterials 2001, 22, 363.
• 16. Kubies D., Rypáček F., Kovářovřá J., Lednický F.: Microdomain structure in polylactide-block-poly(ethylene oxide) copolymers films, Biomaterials 2000, 21, 529.
• 17. Martin O., Avérous L.: Poly(lactic acid): plasticization and properties of biodegradable multiphase systems, Polymer 2001, 42, 6209.
• 18. Piórkowska E., Kulinski Z., Gałęski A., Masirek R.: Plasticization of semicrystalline poly(L-lactide) with poly(propylene glycol), Polymer 2006, 20, 1.
• 19. Yew G. H., Mohd Yusof A. M., Mohd Ishak Z. A., Ishiaku U. S.: Water absorption and enzymatic degradation of poly(lactic acid)/rice starch composites, Polym. Degrad. Stab. 2005, 90, 488.
• 20. Niekraszewicz A.: „Tworzywa wielkocząsteczkowe”, PWN, Warszawa 1993.
• 21. Jurkowski B., Jurkowska B.: „Sporządzanie kompozycji polimerowych”, WNT, Warszawa 1995.
• 22. Stasiek J.: „Wytłaczanie tworzyw polimerowych. Zagadnienia wybrane”, Wydawnictwo Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego, Bydgoszcz 2007.
• 23. Geckeler K. E., Rosenberg E. (Eds.): „Functional Materials”, American Scientific Publishers, Stevenson Ranch 2006, chapter 15.
• 24. Alexandre M., Dubois P.: Polymers-layred silicate nanocomposites: preparation, properties and use of a new class of materials, Mater. Sci. Eng. 2000, 28, 1.
• 25. Krishnamoorti R., Vaia R. A., Giannelis E. P.: Structure and dynamics of polymer – silicate nanocomposites, Chem. Mater. 1996, 8, 1728.
• 26. Mai Y. W., Yu Z. Z. (Eds.): „Polymer nanocomposites”, Woodhead Publishing Limited, Cambridge 2006, chapter 3.
• 27. Okada A., Kawasumi M., Usuki A., Kojami Y., Kurauchi T., Kamigaito O.: Nylon 6 - clay hybryd, Mater. Res. Soc. Proc. 1990, 171, 45.
• 28. Giannelis E.: Polymer layered silicate nanocomposites, Adv. Mater. 1996, 8, No. 1, 29.
• 29. Messersmith P. B., Giannelis E. P.: Synthesis and characterisation of layered silicate – epoxy nanocomposites, Chem. Mater. Sci. 1994, 29, 2274.
• 30. Ke Z., Yongping B.: Improve the gas barrier property of PET film with montmorillonite by in situ interlayer polymerization, Mater. Letter 2005, 59, 3348.
• 31. Ke Y., Long C., Qi Z.: Crystalization, properties, and crystal and nanoscale morphology of PET – clay nanocomposites, J. App. Polym. Sci. 1999, 71, 1139.
• 32. Chang J.-H., An Y. U., Ryu S. Ch., Giannelis E. P.: Synthesis of poly(butylenes terephtalane) nanocomposite by in-situ interlayer polymerization and characterisation of its fiber (I), Polym. Bull. 2003, 51, 69.
• 33. Jeon H. G., Jung H.-T., Hudson S. D.: Morphology of polymer/silicate nanocomposites, Polym. Bull. 1998, 41, 107.
• 34. Lee D. C., Jang L. W.: Preparation and characterisation of PMMA - clay hybrid composite by emulsion polymerization, J. Appl. Polym. Sci. 1996, 61, 1117.
• 35. Lee D. C., Jang L. W.: Characterisation of epoxy - clay hybrid composite prepared by emulsion polymerization, J. Appl. Polym. Sci. 1998, 68, 1997.
• 36. Gołębiewski J.: Nanokompozyty polimerowe. Struktura, metody wytwarzania i właściwości, Przemysł Chemiczny 2004, 83/1, 15.
• 37. Vaia R. A., Jandt K. D., Kramer E. J., Giannelis E. P.: Kinetics of polymer melt intercalation, Macromolecules 1995, 28, 8080.
• 38. Wang Y., Huang J.-S.: Single screw extrusion compounding of particulate filled thermoplastics: state of dispersion and its influence on impact properties, J. Appl. Polym. Sci. 1996, 60, 1779.
• 39. Piecyk L.: Nanokompozyty polimerowe do produkcji opakowań, Tworzywa Sztuczne i Chemia 2003, 5, 20.
• 40. Huang J. C., Zhu Z.-K., Yin J., Qian X.-F., Sun Y.-Y.: Poly(etherimide)/montmorillonite nanocomposites prepared by melt intercalation: morphology, solvent resistance properties and thermal properties, Polymer 2001, 42, 873.
• 41. Liao B., Song M., Liang H., Pang Y.: Polymer - layered silicatenanocomposites. 1. A study of poly(ethylene oxide)/Na+ montmorillonites as polyelectrolytes and polyethylene-block-poly(ethylene glycol) copolymer/Na+ - montmorillonites as for reinforcement of polyethylene, Polymer 2001, 42, 10007.
• 42. Wang S., Hu Y., Song L., Wang Z., Chen Z., Fan W.: Preparation and thermal properties of ABS/montmorillonite nanocomposite, Polym. Degrad. Stab. 2002, 77, 423.
• 43. LeBaron P. C., Wang Z., Pinnavaia T. J.: Polymer - layered silicate nanocomposites: An overview, Appl. Coll. Sci. 1999, 15, 11.
• 44. Duda A.: Polilaktyd - tworzywo sztuczne XXI wieku?, Przem. Chem. 2003, 82, 905.
• 45. Leaversuch R.: Nanocomposites broaden roles in automotive barrier packaging, 2001. www.plasticstechnology.com.
• 46. Securely wrapped. Nanoparticles make Durethan® films airtight and glosy. www.research.bayer.com.
• 47. Jakubiak P., Foltynowicz Z.: Nanokompozyty polimerowe - nowoczesne rozwiązania na rynku opakowań. Opakowania, 2004, 6, 6.