Novel polyamide 6 nanocomposites with graphene oxide-modified silica

Jeziórska, Regina; Szadkowska, Agnieszka; Spasówka-Kumosińska, Ewa; Studziński, Maciej; Żubrowska, Magdalena; Jurczyk-Kowalska, Magdalena

doi:10.14314/polimery.2024.11.6

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Novel polyamide 6 nanocomposites with graphene oxide-modified silica

Autorzy

Jeziórska Regina , Szadkowska Agnieszka , Spasówka-Kumosińska Ewa , Studziński Maciej , Żubrowska Magdalena , Jurczyk-Kowalska Magdalena

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2024.11.6

Warianty tytułu

Nowe nanokompozyty poliamidu 6 z krzemionką modyfikowaną tlenkiem grafenu

Języki publikacji

Abstrakty

Graphene oxide-modified silica (GO-SiO2) with particle sizes of 30 and 60 nm was obtained by sol-gel method and used as a hybrid nanofiller for polyamide 6. Maleic anhydride (MAH) was used to improve the interactions between the filler and the polymer matrix. The composites were obtained by extrusion. A constant amount of GO-SiO2 (1 wt%) and MAH (0.5 wt%) was used. Photon correlation spectroscopy, SEM and low temperature nitrogen adsorption were used to characterize GO-SiO2. The composites were evaluated by ATR-FT-IR, SEM, DSC, DMTA and TGA. The crystal structure, thermal properties, water absorption and mechanical properties were investigated. The results showed that GO-SiO2 acts as a nucleating agent, increasing the crystallinity and crystallization temperature of the composites. In addition, GO-SiO2 increased the stiffness of PA, with a greater effect for larger silica particles (60 nm). MAH slightly decreased stiffness and crystallinity but improved the tensile and impact properties because of the homogeneous dispersion of GO-SiO2 in the polymer matrix, as well as improved interfacial interactions (SEM). Furthermore, the composites showed lower water absorption (by 30%) and higher thermal stability as evidenced by higher T10% (1–6°C) and Tmax (10–20°C).

Metodą zol-żel otrzymano krzemionkę modyfikowaną tlenkiem grafenu (GO-SiO2) o wielkości cząstek 30 oraz 60 nm i zastosowano jako hybrydowy nanonapełniacz do poliamidu 6. Do poprawy oddziaływań między napełniaczem i osnową polimerową użyto bezwodnik maleinowy (MAH). Kompozyty otrzymano w procesie wytłaczania. Stosowano stałą ilość GO-SiO2 (1%mas.) oraz MAH (0,5% mas.). Do scharakteryzowania GO-SiO2 zastosowano spektroskopię korelacji fotonów, SEM i adsorpcję azotu w niskiej temperaturze. Kompozyty oceniono za pomocą ATR-FT-IR, SEM, DSC, DMTA i TGA. Zbadano strukturę krystaliczną, właściwości termiczne, absorpcję wody i właściwości mechaniczne. Wyniki pokazały, że GO-SiO2 działa jako środek nukleujący, zwiększając krystaliczność i temperaturę krystalizacji kompozytów. Ponadto GO-SiO2 zwiększyła sztywność PA, przy czym większy efekt uzyskano w przypadku większych cząstek krzemionki (60 nm). MAH nieznacznie zmniejszył sztywność i krystaliczność, ale poprawił właściwości mechaniczne przy rozciąganiu i udarność jako efekt homogenicznej dyspersji GO-SiO2 w osnowie polimerowej, a także lepszych oddziaływań na granicy faz (SEM). Ponadto kompozyty wykazały mniejszą absorpcję wody (o 30%) i większą stabilność termiczną o czym świadczy wyższa T10% (1–6°C) i Tmax (10–20°C).

Słowa kluczowe

graphene oxide silica hybrid nanofiller polyamide 6 thermal properties mechanical properties

tlenek grafenu krzemionka hybrydowy napełniacz poliamid 6 właściwości termiczne właściwości mechaniczne

Wydawca

Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej

Czasopismo

Polimery

Rocznik

2024

Tom

Vol. 69, nr 11-12

Strony

668--680

Opis fizyczny

Bibliogr. 48 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Jeziórska Regina

regina.jeziorska@ichp.lukasiewicz.gov.pl

Łukasiewicz Research Network – Industrial Chemistry Institute, ul. Rydygiera 8, 01-793 Warszawa, Poland

https://orcid.org/0000-0003-2518-6924

autor

Szadkowska Agnieszka

Łukasiewicz Research Network – Industrial Chemistry Institute, ul. Rydygiera 8, 01-793 Warszawa, Poland

https://orcid.org/0000-0003-3144-7422

autor

Spasówka-Kumosińska Ewa

Łukasiewicz Research Network – Industrial Chemistry Institute, ul. Rydygiera 8, 01-793 Warszawa, Poland

https://orcid.org/0000-0002-3827-2664

autor

Studziński Maciej

Łukasiewicz Research Network – Industrial Chemistry Institute, ul. Rydygiera 8, 01-793 Warszawa, Poland

https://orcid.org/0000-0002-7109-496X

autor

Żubrowska Magdalena

Łukasiewicz Research Network – Industrial Chemistry Institute, ul. Rydygiera 8, 01-793 Warszawa, Poland

https://orcid.org/0009-0006-7385-3647

autor

Jurczyk-Kowalska Magdalena

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

https://orcid.org/0000-0002-2552-9408

Bibliografia

[1] Compton O.C., An Z., Putz K.W. et al.: Carbon 2012, 50(10), 3399. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.01.061
[2] Dai Z., Li L., Zhang T.: International Journal of Electrochemical Science 2013, 8(7), 9384. https://doi.org/10.1016/S1452-3981(23)12977-4
[3] Gómez-Navarro C., Burghard M., Kern K.: Nano Letters 2008, 8(7), 2045. https://doi.org/10.1021/nl801384y
[4] Kulkarni D.D., Choi I., Singamaneni S.S. et al.: ACS Nano 2010, 4(8), 4667. https://doi.org/10.1021/nn101204d
[5] Hu K., Gupta M.K., Kulkarni D.D. et al.: Advanced Materials 2013, 25, 2301. https://doi.org/10.1002/adma.201300179
[6] Li D., Müller M.B., Gilje S. et al.: Nature Nanotechnology 2008, 3, 101. https://doi.org/10.1038/nnano.2007.451
[7] Adamson A.W., Gast A.P.: “Physical chemistry of surfaces”, John Wiley & Sons Inc., Michigan 1997. p. 777.
[8] Jiang L.Y., Huang Y., Jiang H. et al.: Journal of the Mechanics and Physics of Solids 2006, 54(11), 2436. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2006.04.009
[9] Shen B., Zhai W., Chen C. et al.: ACS Applied Materials and Surfaces 2011, 3(8), 3103. https://doi.org/10.1021/am200612z
[10] Zhang H.L., Wei X.L., Zang Y. et al.: Advanced Materials 2013, 25(30), 4097. https://doi.org/10.1002/adma.201300187
[11] Pei S., Cheng H.M.: Carbon 2012, 50(9), 3210. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2011.11.010
[12] Liu J., Fu S., Yuan B. et al.: Journal of the American Chemical Society 2010, 132(21), 7279. https://doi.org/10.1021/ja100938r
[13] Cheng Q., Wu M., Li M. et al.: Angewandte Chemie 2013, 125(13), 3838. https://doi.org/10.1002/ange.201210166
[14] Ramanathan T., Abdala A.A., Stankovich S. et al.: Nature Technology 2008, 3, 327. https://doi.org/10.1038/nnano.2008.96
[15] Kim W., Macosko C.W.: Polymer 2009, 50(15), 3797. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2009.05.038
[16] Wagner H.D., Vaia R.A.: Materials Today 2004, 7(11), 38. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(04)00507-3
[17] Moniruzzaman M., Winey K.I.: Macromolecules 2006, 39(16), 5194. https://doi.org/10.1021/ma060733p
[18] Haque A., Ramasetty A.: Composite Structures 2005, 71(1), 68. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2004.09.029
[19] Stankovich S., Dikin D.A., Dommett G.H.B. et al.: Nature 2006, 442, 282. https://doi.org/10.1038/nature04969
[20] Kim I.H., Jeong Y.G.: Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics 2010, 48(8), 850. https://doi.org/10.1002/polb.21956
[21] Zhang H.B., Zheng W.G., Ya Q. et al.: Polymer 2010, 51(5), 1191. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2010.01.027
[22] Dasari A., Yu Z.Z., Mai Y.W.: Polymer 2009, 50(16), 4112. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2009.06.026
[23] Araby S., Zaman I., Meng Q. et al.: Nanotechnology 2013, 24, 165601. https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/16/165601
[24] Steurer P., Wissert R., Thomann R. et al.: Macromolecular Rapid Communications 2009, 30(4–5), 316. https://doi.org/10.1002/marc.200800754
[25] Yu K., Wang M., Qian K. et al.: Fibers and Polymers 2016, 17, 453. https://doi.org/10.1007/s12221-016-5862-8
[26] Ma Y., Di H., Yu Z. et al.: Applied Surface Science 2016, 360(part B), 936. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.11.088
[27] Zhou X., Shi T.: Applied Surface Science 2012, 259, 566. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.06.113
[28] Sanjeev D.: International Journal of Engineering Research and Technology 2021, 10(3), 533. https://doi.org/10.17577/ijertv10is030323
[29] Aneja K.S., Bohm S., Khanna A.S. et al.: Nanoscale 2015, 7, 17879. https://doi.org/10.1039/c5nr04702a
[30] Baller J., Becker N., Ziehmer M. et al.: Polymer 2009, 50(14), 3211. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2009.05.020
[31] Ramezanzadeh B., Haeri Z., Ramezanzadeh B.: Chemical Engineering Journal 2016, 303, 511. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.06.028
[32] Pourhashem S., Vaezi M.R., Rashidi A.: Surface and Coatings Technology 2017, 311, 282. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.01.013
[33] Yuan D., Wag B., Wang L. et al.: Composites Part B: Engineering 2013, 55, 215. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.05.055
[34] Jin J., Rafiq R., Gill Y.Q. et al.: European Polymer Journal 2013, 49(9), 2617. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2013.06.004
[35] Pan Y.X., Yu Z.Z., Ou Y.C. et al.: Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics 2000, 38(12), 1626. https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-0488(20000615)38:12<1626::AID-POLB80>3.0.CO;2-R
[36] Rafiq R., Cai D., Jin J. et al.: Carbon 2010, 48(15), 4309. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.07.043
[37] Jeziórska R., Świerz-Motysia B., Zielecka M. et al.: Polimery 2009, 54(10), 647.
[38] Polish patent 198 188 (2007).
[39] Jeziorska R., Świerz-Motysia B., Zielecka M. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2012, 125, 4326. https://doi.org/10.1002/app.36579
[40] Studziński M., Jeziorska R., Szadkowska A. et al.: Polimery 2014, 59, 625. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2014.625
[41] Polish patent 242 257 (2022).
[42] Sinnokrot M.O., Valeev E.F., Sherrill C.D.: Journal of the American Chemical Society 2002, 124(36), 10887. https://doi.org/10.1021/ja025896h
[43] Jeziórska R., Świerz-Motysia B., Szadkowska A. et al.: Polimery 2011, 56(11-12), 804.
[44] Baniasadi H., Seppälä J.: Materials Today Chemistry 2021, 20, 100450. https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2021.100450
[45] Kanta U., Thongpool V., Sangkhun W., Wongyao N., Wootthikanokkhan J.: Journal of Nanomaterials 2017, 2017, 2758294. https://doi.org/10.1155/2017/2758294
[46] Torres-Castillo C.S., Fuentes-Augustin J.E., Garcia- Reyes E.M. et al.: Iranian Polymer Journal 2023, 32, 139. https://doi.org/10.1007/s13726-022-01110-3
[47] Adel M., El-Shazly O., El-Wahidy E.W.F. et al.: Polymer Engineering and Science 2018, 55, 1201. https://doi.org/10.1002/pen.24683
[48] Ray S.S, Okamoto M.: Progress in Polymer Science 2003, 28, 1539. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2003.08.002

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-f2bb07a0-f1b6-4129-9f5a-abc41707fd34