Nanoestructuras

ESTRUCTURA DE NANOCOMPUESTOS

La distribución homogénea de las nanopartículas en el polímero matriz es la condición principal de la producción de nanocompuestos con propiedades aceptables. La alineación paralela de la refuerzo con la carga externa, así como una buena adhesión son otras condiciones que deben cumplirse, si las partículas son anisotrópicas (silicatos en capas, nanotubos) y el compuesto se utiliza en portantes aplicación. Por otra parte, se necesita una amplia exfoliación en el caso de los refuerzos en forma de placa,7-11 es decir, en capas de silicato nanocompuestos, hidróxidos dobles laminares (LDH) o de grafeno, que a menudo es difícil de lograr. La complejidad de la estructura y los factores que lo determinan cambian de un nanocompuesto a la otra, por lo tanto la estructura se analiza de acuerdo con el tipo de refuerzo.

Placas

La estructura de nanocompuestos que contienen refuerzos en forma de placa (MMT, LDH) difiere en dos aspectos de esa preparado con los otros dos refuerzos discutidos aquí, es decir, nanotubos y fibras, y nanocompuestos esférica. Para preparar materiales compuestos reforzados con placas, las partículas originales debe ser exfoliada, separadas en capas individuales. estos compuestos también pueden contener varias entidades estructurales con diferentes dimensiones de este modo la estructura debe ser considerada y estudiado en una amplia escala de longitud de la escala de nanómetros a micras . A pesar de las diferencias en la estructura química y por consiguiente, el agente tensioactivo utilizado , las preguntas y problemas de MMT y LDH compuestos son muy similares y que los tratan por igual . Sin embargo , el estudio de los materiales compuestos de LDH se ha iniciado más recientemente y menos información se ha acumulado en ellos , sin embargo, por lo tanto la mayoría de los ejemplos se presentan en polímero / MMT nanocompuestos . Estructura de partículas . La existencia de las partículas originales , es decir, gran entidades de arcilla en la dimensión de la carga original añadido a la polímero , casi nunca se menciona en los estudios sobre nanocompuestos . 12-23 Uno puede deducir de este hecho que las partículas son no está presente en los materiales compuestos , es decir, que se descomponen a menor unidades , en pilas intercaladas o en las plaquetas individuales durante mezclar . Esto no es muy sorprendente ya que la mayoría de difracción de rayos X (DRX) y mediciones de microscopía electrónica de transmisión ( TEM ) se utilizan para la caracterización de los materiales compuestos y quienes no detectan necesariamente la presencia de partículas grandes. La inferior rango 2q de la traza XRD de dos de polipropileno (PP ) materiales compuestos se presentan en la figura . 1 . La exfoliación no tiene lugar en el material compuesto que contiene sólo silicato modificado orgánicamente ( OMMT ) . Se dispersa en la matriz en forma de partículas grandes , se muestra también por la presencia de la reflexión de silicato en la traza de XRD ( trazo a) . La exfoliación es facilitado por un agente de acoplamiento , maleico anhídrido injertado PP ( MAPP ) en el otro compuesto. La incorporación de 25 % en volumen MAPP conduce a la desaparición completa del pico de silicato (trazo b). Sobre la base de estos resultados uno podría afirmar que las partículas originales desaparecieron y el silicato está completamente exfoliated.10 ,24- 26 Sin embargo , la DRX detecta sólo estructuras de arcilla ordenados , 27 y microscopía electrónica de barrido ( SEM ) realizado sobre las superficies grabadas de PP / OMMT ( fig. 2a ) y PP / OMMT / MAPP (Fig. 2b ) compuestos muestra la distinta estructura particulada en ambos casos . Las partículas grandes están presentes en el compuesto PP / OMMT no contiene ninguna funcionalizado polímero , mientras que el número de partículas grandes disminuye drásticamente en la incorporación de la MAPP . Una cantidad muy grande de pequeños partículas aparece junto con uno o dos más grandes en la 5 a 10 mm van en este compuesto. Como consecuencia de ello , podemos concluir que a pesar de la ausencia de la reflexión de silicato en el patrón de difracción de rayos X correspondiente (Fig. 1 , trace b ) , completa

exfoliación no se ha alcanzado , y las partículas de arcilla en la longitud

escala de micras están también presentes en el material compuesto . el monto de su

y el tamaño debe influir fuertemente en todas las propiedades. Una observación similar

fue hecha por Ludueña et al16 en policaprolactona /

OMMT y Costa et al.28 en compuestos de LDPE / LDH .

Estructura de la Galería. La estructura de la galería de los minerales en capas es

determinar rutinariamente por XRD tanto antes de la composición y en

los materiales compuestos . El número de reflexiones y distancia entre capas son

determinado por el tipo y cantidad de tensioactivo usado para

modificación. La distancia galería es inversamente proporcional a la

posición de la reflexión de silicato registró en ángulos 2q bajos.

Modificación de la superficie y las características de la galería

estructura se compilan en la Tabla 1 para los minerales en capas seleccionadas .

Trazas de XRD se presentan en la figura . 3 durante cinco silicatos . grande

diferencias se pueden observar en el número, forma , intensidad y

ubicación de la reflexión de silicato . montmorillonita de sodio

produce una reflexión baja intensidad en un ángulo 2q grande (traza a) .

La posición de este pico depende del contenido de agua de la

arcilla , que suele ser considerable . El pico de intensidad alta

detectado en un ángulo de 2q bajo para Nanofil 948 , así como los dos

picos de interferencia pequeños indican la distancia amplia galería y

un alto grado de regularidad para este silicato (traza d). Curiosamente ,

Cloisite 20A se modificó con el mismo tensioactivo , pero su DRX

patrón difiere significativamente (ver rastro c ) de la de Nanofil 948.

Obviamente , además del tipo de la tensioactivo su cantidad también

influye en la estructura de la galería ( ver Tabla 1 ) . La distancia galería

de la arcilla organophilized con estearil amina es menor que el

de los otros dos OMMTs que indican una disposición diferente de los

este tensioactivo en las galerías ( rastrear b). Traza (e ) se registró en

un silicato modificado con una sal de fosfonio . Es muy similar a

rastrear ( c ) , aunque el tipo y cantidad de tensioactivo usado para

modificación son completamente diferentes. Aunque las ofertas de DRX

información valiosa sobre la estructura de la galería de capas

minerales como el grafeno , se necesita información adicional

para la caracterización completa .

Se llevaron a cabo varios estudios para investigar el efecto de la

tipo y la cantidad del tensioactivo en la estructura de la galería de

capas minerals.10 ,29 - 31 arreglos posibles se muestran

Ya por Lagaly32 , 33 y que fueron confirmados por la reciente

studies.34 La orientación del tensioactivo depende principalmente

la densidad de iones de la arcilla , que es relativamente pequeño para

MMT , 33,35,36 y en el tipo y cantidad de tensioactivo usado . en

montmorillonita generalmente dos moléculas de tensioactivo ponen paralela a

la superficie . XRD muestra la distancia la galería más grande cuando dos

cadenas alifáticas están unidos al átomo de nitrógeno de la

sal de amonio utilizado como agente tensioactivo ( ver . Fig. 3 y Tabla 1 ) . uno

de las cadenas se supone que está orientada en un ángulo a la superficie

en este caso . La orientación inclinada de la molécula de tensioactivo y

mayor distancia galería debería conducir a la intercalación más fácil y

exfoliación de esta arcilla en la mayoría de las matrices de polímero .

Varios grupos estudiaron el efecto de la estructura química de los

el agente tensioactivo en la exfoliación , estructura y propiedades de material compuesto .

Reichert et al10 encuentran en composites de PP / OMMT contienen también

un agente de acoplamiento MAPP que en gran medida de la exfoliación no puede ser

lograrse si la longitud de la cadena alifática es igual o menor que 8 ;

mejor dispersión se obtuvo a longitudes de cadena de carbono 12-18

átomos . En PA nanocompuestos Fornes y Paul29 mostraron que

tensioactivos con dos largas colas son menos ventajosas que las

que tiene una única cadena alifática unido al átomo de nitrógeno ,

grupos de cabeza más pequeños conducen a un aumento de la exfoliación en comparación con

cationes de amonio grandes , y el exceso de tensioactivo es desventajoso

para la exfoliación , el desarrollo de la estructura y propiedades.

Se obtuvieron resultados similares también en poliuretano termoplástico

matrices.30 Contrariamente a Fornes y Pablo, 29 Vaia y Giannelis31

que se encuentra en nanocompuestos PS que encabezan grupos no influyen

intercalación y dos cadenas alifáticas largas son más ventajosa

de uno. Estas aparentes contradicciones , obviamente, se originan

de la estructura compleja de los nanocompuestos generalmente

no caracteriza suficientemente , la insuficiente información disponible

y / o suministrado ( capacidad de intercambio iónico de la arcilla , el

cantidad de tensioactivo usado , su composición , orientación , etc ) y

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