Effect of functionalized carbon nanotubes on properties of hot melt copolyamide

• Autorzy: Latko-Durałek P. , Dydek K. , Kozera R. , Boczkowska A.

Warianty tytułu

PL

Wpływ funkcjonalizowanych nanorurek węglowych na właściwości termotopliwego kopoliamidu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Hot melt copolyamide was mixed by the melt-blending process with 7 wt.% non-functionalized multi-walled carbon nanotubes and with amine modified multi-walled carbon nanotubes. The main goal of this work was to analyze the effect of functionalization of the properties of hot melt copolyamide. The rheological properties of the nanocomposites were examined by the dynamic oscillatory test using an oscillatory rheometer. Macrodispersion of both types of multi-walled carbon nanotubes within the copolyamide matrix was examined qualitatively by a light microscope and quantitatively using ImageJ Software. The thermal stability and characteristic temperatures such as the melting point and crystallization temperature were determined by thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry, respectively. It was found that the addition of 7 wt.% functionalized multi-walled carbon nanotubes increases the viscosity of copolyamide but to a lesser extent than in the case of non-functionalized multi-walled carbon nanotubes. Moreover, mixing copolyamide with amine functionalized multi-walled carbon nanotubes resulted in larger agglomerates which resulted in worse thermal stability than for non-modified multi-walled carbon nanotubes. Finally, the electrical conductivity measured by dielectric spectroscopy was lower in the case of nanocomposites with amine-functionalized multi-walled carbon nanotubes which indicates that the affinity to copolyamide was not improved by the amine groups.

PL

Opisano nanokompozyty wytworzone techniką wytłaczania z kopolimidu należącego do grupy klejów termotopliwych oraz wielościennych nanorurek węglowych. Zastosowano dwa typy nanorurek węglowych - niemodyfikowane oraz modyfikowane grupami aminowymi. Głównym celem wykonanej pracy była analiza wpływu zastosowania funkcjonalizowanych nanorurek węglowych na właściwości wybranego kopoliamidu, szczególnie na jego właściwości elektryczne i porównanie z nanorurkami niemodyfikowanymi. Badania właściwości reologicznych czystego kopoliamidu oraz obu typów nanokompozytów wykonano z użyciem reometru oscylacyjnego. Makrodyspersja obu typów wielościennych nanorurek węglowych w osnowie kopoliamidu została zbadana jakościowo za pomocą mikroskopu prześwietleniowego oraz ilościowo przy użyciu oprogramowania ImageJ. Stabilność termiczną oraz temperaturę topnienia i krystalizacji wyznaczono, odpowiednio, z analizy termograwimetrycznej i skaningowej kalorymetrii różnicowej. Stwierdzono, że dodatek funkcjonalizowanych wielościennych nanorurek węglowych zwiększa lepkość kopoliamidu, ale w mniejszym stopniu niż w przypadku niefunkcjonalizowanych wielościennych nanorurek węglowych. Nanokompozyty domieszkowane wielościennymi nanorurkami węglowymi modyfikowanymi grupami aminowymi posiadały aglomeraty o większych średnicach, co skutkowało gorszą stabilnością termiczną i niższą temperaturą topnienia niż w przypadku nanokompozytów z niefunkcjonalizowanymi nanorurkami węglowymi. Ponadto przewodnictwo elektryczne nanokompozytów z nanorurkami węglowymi funkcjonalizowanymi grupami aminowymi było niższe niż w przypadku nanokompozytów z nanorurkami bez grup funkcyjnych. Wskazuje to na fakt, że użycie funkcjonalizowanych nanorurek węglowych nie poprawia oddziaływań kopoliamid-nanorurki węglowe, a tym samym właściwości końcowych nanokompozytów.

Słowa kluczowe

EN

copolyamide; carbon nanotube; dispersion; electrical conductivity

PL

kopoliamid; nanorurki węglowe; dyspersja; wytłaczanie; właściwości elektryczne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 17, nr 4
• Strony: 226--231
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Latko-Durałek P.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Woloska 141, 02-507 Warsaw, Poland
• Technology Partners Foundation, ul. Pawinskiego 5A, 02-106 Warsaw, Poland

autor

Dydek K.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Woloska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Kozera R.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Woloska 141, 02-507 Warsaw, Poland
• Technology Partners Foundation, ul. Pawinskiego 5A, 02-106 Warsaw, Poland

autor

Boczkowska A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Woloska 141, 02-507 Warsaw, Poland
• Technology Partners Foundation, ul. Pawinskiego 5A, 02-106 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Baughman R.H., Zakhidov A., de Heer W., Carbon nanotubes-the route toward applications, Science 2002, 297, 787-792.
• [2] Ma P.C., Siddiqui N.A., Marom G., Kim J.K., Dispersion and functionalization of carbon nanotubes for polymer-based nanocomposites: A review, Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. [Internet], Elsevier Ltd; 2010, 41, 1345-1367. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesa.2010.07.003.
• [3] Xie X.L., Mai Y.W., Zhou X.P., Dispersion and alignment of carbon nanotubes in polymer matrix: A review, Mater. Sci. Eng. R Reports 2005, 49, 89-112.
• [4] Sahoo N.G., Rana S., Cho J.W., Li L., Chan S.H., Polymer nanocomposites based on functionalized carbon nanotubes, Prog. Polym. Sci. 2010, 35, 837-867.
• [5] Ebnesajjad S., Characteristics of adhesive materials [In:] S. Ebnesajjad, editor. Handb. Adhes. Surf. Prep. [Internet]. Elsevier Inc. 2011, p. 137-183, Available from: http://dx.doi.org/10.1016/B978-1-4377-4461-3.10008-2.
• [6] Brewis D., Hot melt adhesives. Handb. Adhes. [Internet]. Elsevier B.V., 2005, p. 711-757. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-444-51140-9.50015-9.
• [7] Kalish J.P., Ramalingam S., Bao H., Hall D., Wamuo O., Ling S., et al., An analysis of the role of wax in hot melt adhesives, Int. J. Adhes. Adhes. [Internet], Elsevier 2015, 60, 63-68. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2015.03.008.
• [8] Kalish J.P., Ramalingam S., Wamuo O., Vyavahare O., Wu Y., Ling S., et al., Role of n-alkane-based additives in hot melt adhesives, Int. J. Adhes. Adhes. [Internet]. Elsevier; 2014, 55, 82-88. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2014.07.017.
• [9] Beckermann G.W., Pickering K.L., Mode I and Mode II interlaminar fracture toughness of composite laminates interleaved with electrospun nanofibre veils, Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. [Internet]. Elsevier Ltd; 2015;72:11-21. Available from: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1359835X15000391.
• [10] Kuwata M., Hogg P.J., Interlaminar toughness of interleaved CFRP using non-woven veils: Part 2. Mode-II testing. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. [Internet]. Elsevier Ltd; 2011, 42, 1560-1570. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesa.2011.07.017.
• [11] Ramirez V.A., Hogg P.J., Sampson W.W., The influence of the nonwoven veil architectures on interlaminar fracture toughness of interleaved composites, Compos. Sci. Technol. [Internet]. 2015, 110, 103-110, Available from: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0266353815000548.
• [12] Deng S., Djukic L., Paton R., Ye L., Composites: Part A Thermoplastic - epoxy interactions and their potential applications in joining composite structures - A review, Compos. PART A [Internet], 2015, 68, 121-132, Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesa 2014.09.027.
• [13] Brzeziński S., Rybicki T., Karbownik I., Malinowska G., Śledzińska K., Textile materials for electromagnetic field shielding made with the use of nano- and micro-technology, Cent. Eur. J. Phys. 2012, 10.
• [14] Alig I., Pötschke P., Lellinger D., Skipa T., Pegel S., Kasaliwal G.R. et al., Establishment, morphology and properties of carbon nanotube networks in polymer melts, Polymer (Guildf). [Internet]. Elsevier Ltd; 2012, 53, 4-28. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2011.10.063.
• [15] Kadam P., Vaidya P., Mhaske S., Correlation between Rheological and Adhesion Properties of Polyamide Hot Melt Adhesive Synthesized from Dimer Acid (Dilinoleic acid) and Ethylene Diamine, Available online at Indian Journal of Advances in Chemical Science 2014, 124-133.
• [16] Latko-Durałek P., Mcnally T., Macutkevic J., Kay C., Boczkowska A., Hot-melt adhesives based on co-polyamide and multiwalled carbon nanotubes. 2017, 1, 1-15.
• [17] Nobile M.R., Rheology of polymer-carbon nanotube composites melts, Polym. Nanotub. Compos. Prep. Prop. Appl. [Internet]. 2011, 428-481. Available from: http://dx.doi.org/10.1533/9780857091390.2.428.
• [18] Du F., Scogna R.C., Zhou W., Brand S., Fischer J.E., Winey K.I., Nanotube networks in polymer nanocomposites: Rheology and electrical conductivity, Macromolecules, 2004, 37, 9048-9055.
• [19] Li J., Ke C., Fang K., Fan X., Guo Z., Fang Z., Crystallization and rheological behaviors of amino-functionalized multiwalled carbon nanotubes filled polyamide 6 composites, J. Macromol. Sci., Part B Phys. 2010, 49, 405-418.
• [20] Mahmood N., Islam M., Hameed A., Saeed S., Polyamide 6/multiwalled carbon nanotubes nanocomposites with modified morphology and thermal properties, Polymers [Internet]. Multidisciplinary Digital Publishing Institute 2013 [cited 2016 Jun 22] 5, 1380-1391. Available from: http://www.mdpi.com/2073-4360/5/4/1380.
• [21] Huang C., Bai H., Xiu H., Zhang Q., Fu Q., Matrix crystallization induced simultaneous enhancement of electrical conductivity and mechanical performance in poly(L-lactide)/multiwalled carbon nanotubes (PLLA/MWCNTs) nanocomposites, Compos. Sci. Technol. [Internet], Elsevier Ltd; 2014, 102, 20-27. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2014.07.016.
• [22] Zeng R.T., Hu W., Wang M., Zhang S.D., Zeng J.B., Morphology, rheological and crystallization behavior in non-covalently functionalized carbon nanotube reinforced poly(butylene succinate) nanocomposites with low percolation threshold, Polym. Test. [Internet], Elsevier Ltd 2016, 50, 182-190. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.polymertesting.2016.01.003.
• [23] Li L., Li C.Y., Ni C., Rong L., Hsiao B., Structure and crystallization behavior of Nylon 66/multi-walled carbon nanotube nanocomposites at low carbon nanotube contents. Polymer (Guildf) 2007, 48, 3452-3460.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).