Application of one-pot sol-gel method to prepare polyolefin fillers

• Autorzy: Jakubowska P. , Martyła A. , Sztorch B. , Brząkalski D. , Osińska-Broniarz M. , Przekop R.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie metody one-pot zol-żel do otrzymywania napełniaczy do poliolefin

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The application of silica-based fillers for polymers and nanocomposites is a subject of extensive research, mostly due to the demand for new materials of improved physicochemical, mechanical or thermal properties. In this paper we present a new, one-pot sol-gel (OPSG) method to synthesize fillers for polyolefins. The developed method assumes direct synthesis of the filler together with its modification upon the addition of organofunctional silane. It allows fillers with controlled porosity and hydrophobic properties to be obtained, which undergo better dispersion in a polymer matrix. The characteristics of the obtained composites were defined by thermal analysis, as well as tensile and impact tests. The contact angle was measured by the sessile drop technique to determine the hydrophobic-hydrophilic properties of the fillers. Morphological analyses were performed using SEM, surface area and pore volume measurements. The one-pot method is a preferred alternative to the multi-step synthesis methods for synthetic fillers.

PL

Zastosowanie napełniaczy krzemionkowych w materiałach kompozytowych ma swoją długoletnią tradycję, wynikającą z uniwersalności tego powszechnie stosowanego napełniacza. Pomimo wieloletnich badań nad systemami kompozytowymi opartymi o krzemionkę, nadal istnieje zapotrzebowanie na nowe metody jej modyfikacji i funkcjonalizacji, zarówno w obszarze struktury i morfologii cząstek, jak i obróbki powierzchniowej. W prowadzonych przez nas badaniach koncentrujemy się na jednoetapowej metodzie zol-żel, w literaturze określanej jako one-pot sol-gel (OPSG). Najważniejszą różnicą w porównaniu do tradycyjnych metod otrzymywania funkcjonalnych napełniaczy jest to, że etap syntezy napełniacza oraz modyfikacja chemiczna odbywają się w tym samym naczyniu reakcyjnym (lub reaktorze) bez konieczności suszenia i preparacji napełniacza. Metoda ta pozwala na otrzymanie napełniacza zaprojektowanego pod indywidualne potrzeby finalnego materiału kompozytowego, zapewniając większą adhezję do osnowy, lepsze zwilżanie czy wreszcie, co bardzo istotne, dobrą dyspergowalność przy mieszaniu z osnową. W pracy zaprezentowano metodę syntezy sferycznej krzemionki Stöbera modyfikowanej jednoetapowo z użyciem organofunkcyjnego silanu. Na osnowie polipropylenu otrzymano kompozyty z zastosowaniem tak otrzymanego napełniacza. Kompozyt został scharakteryzowany z punktu widzenia właściwości mechanicznych i termicznych. Przeprowadzono również wszechstronną charakterystykę napełniacza w porównaniu do standardowej krzemionki typu Stöbera. Podsumowując, jednoetapowa metoda zol-żel jest interesującą alternatywą dla klasycznych metod syntezy napełniaczy funkcyjnych materiałów kompozytowych.

Słowa kluczowe

EN

one-pot; sol-gel; polyolefins; Stöber silica; composite

PL

one-pot; sol-gel; poliolefiny; krzemionka Stöbera; kompozyt

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 18, nr 3
• Strony: 167--173
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jakubowska P.

• Poznan University of Technology, Faculty of Chemical Technology, ul. Berdychowo 4, 60-695 Poznań, Poland

autor

Martyła A.

• Institute of Non-Ferrous Metals Division in Poznań, Central Laboratory of Batteries and Cells, ul. Forteczna 12, 61-362 Poznań, Poland

autor

Sztorch B.

• Adam Mickiewicz University in Poznań, Faculty of Chemistry, ul. Umultowska 89b, 61-614 Poznań, Poland

autor

Brząkalski D.

• Adam Mickiewicz University in Poznań, Faculty of Chemistry, ul. Umultowska 89b, 61-614 Poznań, Poland

autor

Osińska-Broniarz M.

• Institute of Non-Ferrous Metals Division in Poznań, Central Laboratory of Batteries and Cells, ul. Forteczna 12, 61-362 Poznań, Poland

autor

Przekop R.

• Adam Mickiewicz University in Poznań, Centre for Advanced Technologies, ul. Umultowska 89c, 61-614 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Monteil V., Stumbaum J.J., Thomann R., Mecking S., Silica/polyethylene nanocomposite particles from catalytic emulsion polymerization, Macromol. 2006, 39, 6, 2056-2062.
• [2] Bourgeat-Lami E., In Dendrimers, Assemblies and Nanocomposites, Eds. R. Arshady, A. Guyot, London 2002, 149-194.
• [3] Bourgeat-Lami E., Organic-inorganic nanostructured colloids, J. Nanosci. Nanotechnol. 2002, 2, 1-24.
• [4] Furusawa K., Kimura Y., Tagawa T.J., Syntheses of composite polystyrene latices with silica particles in the core, Colloid. Interface. Sci. 1986, 109, 69-76.
• [5] Caris C.H.M., van Elven L.P.M., van Herk A.M., German A.L., Polymerization at the surface of inorganic submicron particles, J. Polym. 1989, 21, 133-140.
• [6] Hofman-Caris C.H.M., Polymers at the surface of oxide nanoparticles, New. J. Chem. 1994, 18, 1087-1096.
• [7] Espiard P., Guyot A., Poly(ethyl acrylate) latexes encapsulating nanoparticles of silica: 2. Grafting process onto silica, Polymer 1995, 36, 4391-4395.
• [8] Reculusa S.R., Poncet-Legrand C., Ravaine S., Mongotaud C., Duguet E., Bourgeat-Lami E., Syntheses of raspberrylike silica/polystyrene materials, Chem. Mater. 2002, 14, 2354-2359.
• [9] LunaXavier J.L., Guyot A., Bourgeat-Lami E., Synthesis and characterization of silica/poly (methyl methacrylate) nanocomposite latex particles through emulsion polymerization using a cationic azo initiator, J. Colloid. Interface. Sci. 2002, 250, 82-92.
• [10] Reculusa S., Mingotaud C., Bourgeat-Lami E., Duguet E., Ravaine S., Synthesis of daisy-shaped and multipod-like silica/polystyrene nanocomposites, Nano Lett. 2004, 4, 1677-1682.
• [11] Reculusa S., Poncet-Legrand C., Perro A., Duguet E., Bourgeat-Lami E., Mingotaud C., Ravaine S., Hybrid dissymmetrical colloidal particles, Chem. Mater. 2005, 17, 3338- 3344.
• [12] Cheng W.X., Miao W., Peng J., Zou W.J., Zhang L.Q., Synthesis of silica/polyolefin nanocomposites via two-step method, Iran. Polym. J. 2009, 18, 365-371.
• [13] Cho J.W., Paul D.R., Nylon 6 nanocomposites by melt compounding, Polymer 2001, 42, 1083-1094.
• [14] Sun T., Garces J.M., High-performance polypropylene-clay nanocomposites by in-situ polymerization with metallocene/clay catalysts, Adv. Mater. 2002, 14, 128-130.
• [15] Yujiro H., Pot economy and one-pot synthesis, Chem. Sci. 2016, 7, 866-880.
• [16] Stöber W., Fink A., Bohn E., Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range,. J. Colloid. Interf. Sci. 1968, 26, 1, 62-69.
• [17] Jakubowska P., Martyla A., Przekop R.E., Sztorch B., Kopczyk M., Osinska-Broniarz M., Majchrzycki Ł., The influence of spherical silica prepared by sol-gel method on mechanical properties of polypropylene - SiO2 composite, Comp. Theory and Practise 2016, 16, 47-51.
• [18] Jesionowski T., Krysztafkiewicz A., Preparation of the hydrophilic/hydrophobic silica particles, Colloid Surface A 2002, 207, 49-58.
• [19] Bikiaris D.N., Papageorgiou G.Z., Pavlidou E., Vouroutzis N., Palatzoglou P., Karayannidis G.P., Preparation by melt mixing and characterization of isotactic polypropylene/SiO2 nanocomposites containing untreated and surface‐treated nanoparticles, J. Appl. Polym. Sci. 2006, 100, 2684-2696.
• [20] Bikiaris D.N., Vassiliou A., Pavlidou E., Karayannidis G.P., Advances in polyolefin nanocomposites, Eur. Polym. J. 2005, 41, 1965-1978.
• [21] Kontou E., Niaounakis M., Thermo-mechanical properties of LPE-LD/SiO2 nanocomposites, Polymer 2006, 47, 1267-1280.
• [22] Ab Rahman I., Padavettan V., Synthesis of silica nanoparticles by sol-gel: Size-dependent properties, surface modification, and applications in silica-polymer nanocomposites - A review, J. Nanomater. 2012, Article ID 132424.
• [23] Garcia M., van Vliet G., Jain S.H., Schrauwen B.A.G., Sarkissov A.U., van Zyl W.E. Boukamp B.A., Polypropylene/SiO2 nanocomposites with improved mechanical properties, Rev. Adv. Mater. Sci. 2004, 6, 169-175.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).