Struktura i właściwości nanokompozytów poliuretanowych

• Autorzy: Ryszkowska J.

Warianty tytułu

EN

Structure and properties of polyurethane nanocomposites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono perspektywy rozwoju nanotechnologii do 2015 roku (rys. 1). Zastosowanie nanomateriałów w masowo produkowanych wyrobach nadal napotyka wiele trudności, jakich nie oczekiwano przy ich wdrażaniu do praktyki przemysłowej i powoduje wydłużenie czasu do wdrożenia nawet do kilkunastu lat. Jednym z czynników utrudniających wdrożenia są utrudnienia przy weryfikacji jakości wytwarzanych materiałów (rys. 2, 3). Celem badań było opracowanie metodyki analizy struktury nanokompozytów poliuretanowych o cechach luminescencyjnych, pozwalającej wyjaśnić zmiany ich właściwości. W pracy przedstawiono przykład zastosowania ilościowej analizy obrazów AFM do wyjaśnienia przyczyn zmian właściwości nanokompozytów o cechach luminescencyjnych. Nanokompozyty luminescencyjne są doskonałymi materiałami, które można zastosować podczas produkcji banknotów, kart płatniczych lub jako dodatkowe zabezpieczenie standardowych kart magnetycznych. Materiały te powinna cechować wysoka przeświecalność, luminescencja o charakterystycznych pikach emisji, czas życia luminescencji oraz właściwości np. takie, jak odporność na zużycie ścierne (rys. 4, 5, 6, 7). Wprowadzenie luminoforu w postaci proszku powoduje zmianę ww. cech, co jest skutkiem zmian m.in. w przebiegu procesu separacji fazowej w poliuretanach. Zmiany tego procesu analizowano z zastosowaniem AFM (rys. 8, 9). W wyniku prowadzonych prac otrzymano nanokompozyty o właściwościach luminescencyjnych, które mogą zostać użyte przy zabezpieczaniu dokumentów. Wąski zakres widma emisji oraz czas życia na poziomie 1,3 ms sprawiają, że możliwe jest wyprodukowanie specjalistycznych detektorów, które w jednoznaczny sposób stwierdzą autentyczność dokumentu. Wybrany materiał to nanokompozyt o stężeniu 0,10% mas. Zr02:Eu. Charakteryzuje się on dobrymi właściwościami luminescencyjnymi, przy zachowaniu przeświecalności na poziomie 38%. Dzięki wzbudzeniu promieniowaniem ultrafioletowym uzyskuje dobrą intensywność emisji, a poziom stężenia nanonapełniacza nie powoduje znaczących zmian pogarszających parametry wytrzymałościowe bądź zużycie ścierne. Ilościowa analiza obrazów AFM struktury materiałów poliuretanowych posłużyła do oceny zmian w przebiegu procesu separacji fazowej, zachodzącego w wytworzonych materiałach i pozwoliła wyjaśnić przyczyny zmian ich właściwości.

EN

This paper presents an example of the potential developments for nanotech-nology up to the year 2015 (Fig. 1). There continues to be numerous obstacles in the use of nanomaterials in mass produced products. These problems were not expected when originally introduced into industry practice, which has therefore prolonged the implementation time of using these materials for up to decades. One of the factors hindering the implementation is the difficulty of verifying the quality of manufactured materials (Fig. 2, 3). The aim of this research was to develop a method of analyzing the structure of polyurethane nanocomposites with luminescent properties that would allow us to explain the changes in their properties. This study demonstrates an example of the application of quantitative image analysis of AFM images in order to explain the reasons for changes in nanocomposites with luminescent properties. Luminescent nanocomposites are excellent materials, which could be used for production of banknotes, banking cards or for additional protection of standard magnetic cards. These materials should have high translucency, luminescence with characteristic emission peaks, luminescent lifetime, and properties such as resistance to abrasive wear (Fig. 4, 5, 6, 7). The introduction of a luminophor as a powder causes changes in the process of phase separation in polyurethanes, which produces the qualities mentioned above (Fig. 9). Theses process changes were analyzed with AFM (Fig. 8). As a result of the conducted research a nanocomposite with luminescent properties was obtained, which could be used in technology for document protection. A narrow range of emission spectra and lifetime level at 1.3 ms means it is possible to manufacture specialized detectors, which can unequivocally confirm the authenticity of a document. The chosen material, a nanocomposite with 0.01% wt concentration of Zr02:Eu has good luminescent properties, whilst keeping the translucency at a level of 38%. Through the excitation of the material with ultraviolet radiation it gains good emission intensity, and the level of nanocomposite concentration does not cause significant change, deteriorate the resistance properties or abrasive wear. A quantitative analysis of AFM images of polyurethane material structure was used in order to evaluate the changes in the process of phase separation, taking place in manufactured materials, which allowed the changes in properties to be explained.

Słowa kluczowe

PL

nanomateriały; struktura; właściwości; nanokompozyty luminescencyjne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 29, nr 3
• Strony: 121--126
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Ryszkowska J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska,

Bibliografia

• [1] Gogotsi Y.: Nanomaterials Handbook, CRC Taylor &Francis, New York (2006).
• [2] The National Nanotechnology Initiative Strategic Plan, Nanoscale Science, Engineering, and Technology Subcommittee, Committee on Technology, National Science and Technology Council (December 2004).
• [3] Science and Technology Foresight Survey, Delphi Analysis (May 2005), Science and Technology Foresight Center, National Institute of Science and Technology Policy, Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology Japan.
• [4] http://www.nanoroad.net.
• [5] Geceler K. E., Rosenberg E.: Functional Nanomaterials, American Scientific Publishers, North Lewis Way Stevenson Ranch (2006).
• [6] Ajayan P. M., Schadler, Braun P. V.: Nanocomposites Science and Technology, Wiley-VCH Verlag, Weinheim (2003).
• [7] Nicolais L., Carontenuto G.: Metal-Polymer nanocomposites, John Wiley and Sons, New York (2005).
• [8] Mai Y.-W., Yu Z.-Z.: Polymer nanocomposites, CRC Press, Boca Raton (2006).
• [9] Schulz M. J., Kelkar A. D., Sundaresan M. J.: Nanoengineering of Structural Functional, and Smart Materials, CRC Taylor &Francis, New York (2006).
• [10] Huczko A.: Nanorurki węglowe, BEL Studio, Warszawa (2004).
• [11] Nalwa H. S. ed.: Handbook of organic-inorganic hybrid materials and nanocomposites, vol. 2: Nanocomposites, American Scientific Publisher (2003) 63-109, 151-177.
• [12] Kurzydłowski K. J., Ralph B.: The Quantitative Description of the Microstructure of Materials, CRC Press, Boca Rato, New York, London, Tokio (1995).
• [13] Wojnar L.: Image analysis. Aplication in materials engineering, CRC Press Boca Raton, F1 (1999).
• [14] Russ J. C., Dehoff R. T.: Practical Stereology, Plenum Press, New York (1999).
• [15] Pourdeyhimi B.: Imaging and Image Analysis Applications for Plastics, Plastics Design Library, New York (1999).
• [16] Ryszkowska J., Rożniatowski K.: Application of stereology methods to the description of the morphology of polyurethane ureas, Journal of Polimer Engineering 22 (2002) 261-282.
• [17] Ryszkowska J.: Application of quantitative image analysis to the description of the morpholody of boehmite and their polyurethane nanocomposites, Materials Science Forum III, Vols 514-516 (2006) 1658-1662.