Nano--Schuppe Streuungs-und MischenTechnik für Unvermischbare Polymer-Mischungen - Vorbereitung von Hochleistungs-Polymer-Mischungen Mit dem Hohen ScherAufbereiten

Themen Umfaßt

Hintergrund

Synopse

Hintergrund Für Forschungs-Arbeit

Geschichte der Forschungs-Arbeit

Details der Forschungs-Arbeit

Zukunftsaussichten

Hintergrund

·         Wir haben eine neue Polymer-Mischungstechnik mit nur einem Hochschere Strömungsfeld ohne irgendwelche Zusätze entwickelt.

·         Wir haben Nano-schuppe Streuung von unvermischbaren Polymeren aktiviert, indem wir mit Hochschere Aufbereiten mischten; die Gebietsgrößen der zerstreuten Polymerphase sind über einer Ordnung, die unter Verwendung der herkömmlichen Methoden kleiner als die ist.

·         Leistungsstarke Ferroelectricpolymer Mischungen, die unter Verwendung Hochschere Aufbereitens vorbereitet werden, haben die Entwicklung von flexiblem, piezoelektrische Einheiten des weiten Bereichs aktiviert (Aquasonar und Schalldämmungsmaterialien).

Synopse

Im Nationalen Institut des Hoch entwickelten Industriellen Wissenschaft Und Technik (AIST; Yoshikawa Hiroyuki, Präsident), Shimizu Hiroshi (Nanostructured-Materialien Gruppe, Gruppenleiter) et al. des Nanotechnologie-Forschungsinstituts (Yokoyama Hiroshi, Direktor) haben eine neue Polymer-Mischungstechnik unter Verwendung Hochschere Strömungsfelds entwickelt und gefolgt, mit, Mischbarpolymer zu machen, mischt mit Nano-streuung Zellen. Unter Verwendung dieser Technik haben wir mit Mischungspolyvinylidenfluorid (PVDF) und Polyamid 11 (PA11) ohne irgendwelche Zusätze gefolgt, die sehr hart, mit einander am Nano--stufigen bis jetzt zu mischen gewesen sind, und haben uns mischen herein vorbereitet, das PA11 mit einer Gebietsgröße von zehn zu einigen zehn nm (1 nm = 10-9 m) wird homogen dicht in der PVDF-Phase zerstreut (Abbildung 1).

Bis jetzt denn unvermischbare Polymermischungen, Zusätze sind für Nano-streuung verwendet worden, aber sie arbeiten als Verunreinigungen und verursachen Defekte, mit dem Ergebnis der Probleme für praktischen Gebrauch. Andererseits ist es betrachtet worden, dass es eine unterere Grenze zur Gebietsgröße der zerstreuten Polymerphase gibt, wenn man die lediglich mechanische Mischung verwendet.

In dieser Arbeit haben wir, zum ersten Mal in der Welt, verwirklichte Nano-streuung Zellen in den Polymermischungen mit einer Hochschere Verfahrenstechnik aber ohne irgendwelche Zusätze; die zerstreuten Gebietsgrößen, die erhalten werden, sind über einer Ordnung, die als der vorhergehende Grenzwert kleiner ist. Außerdem haben wir gefunden, dass die Nano-zellen die mechanischen Eigenschaften der Mischungen bemerkenswert erhöhen können. Unsere Methode wird auch als nützlich für anorganische Dispersionsmittel wie Kohlenstoff nanotubes betrachtet und kann an der Medizin und an den Kosmetik folglich angewendet werden. Außerdem, wie nicht nur mischend aber auch Vernetzungsreaktionen können unter einem Hochschere Strömungsfeld gleichzeitig erfolgt sein, die Schaffung von neuen Elastomeren können erwartet werden.

AZoNano - das A bis Z der Nanotechnologie - ein Durchstrahlungselektronenmikroskopbild einer Mischung PVDF/PA11 vorbereitet unter Verwendung Hochschere Aufbereitens. PA11 von zehn zu einigen zehn nm im Durchmesser (runde schwarze Teile) wird homogen dicht in der PVDF-Grundmasse zerstreut (weiße Hintergrundregion).

Abbildung 1.

Hintergrund Für Forschungs-Arbeit

Polymere sind als Funktions-, leistungsstarke und Grundmaterialien in einer großen Auswahl von industriellen Bereichen verwendet worden. Jedoch können einzelne Polymere allein nicht auf eine Vielzahl des industriellen Bedarfs reagieren, und folglich werden Mehrkomponenten- Polymeranlagen wie Mischungen, Legierungen und Zusammensetzungen aktuell verwendet, um Hochleistungsmaterialien zu erstellen. Jedoch sind die meisten nützlichen Polymere auf einem molekularen Niveau fast unvermischbar. Selbst wenn sie mechanisch gemischt werden, nachdem man geschmolzen worden ist, weisen sie bald Phasentrennung auf. Darüber hinaus sind die Gebietsgrößen der getrennten zerstreuten Polymerphase mehrere zu einigen zehn µm.

Aus diesem Grund sind die erhofften physikalischen Eigenschaften der Polymermischungen nicht erreicht worden. So Methoden für die Herstellung von unvermischbaren Polymeren kompatibel, indem man compatibilizing Agenzien verwendete oder indem man Polymerenden an den Schnittstellen (reagierendes Aufbereiten) sind entwickelt worden, aber sie haben gehabt technische Grenzen reagierte; für elektronische Materialien unter Verwendung der ehemaligen Methode, gelten die Zusätze möglicherweise als Verunreinigungen und verursachen auch Defekte, mit dem Ergebnis eines großen Hindernisses zur Verbesserung der materiellen Leistung, und für die letzte Methode, ist eine Reduzierung in der Leistung der physikalischen Eigenschaft wegen der Unterreaktionen unterstrichen worden.

Geschichte der Forschungs-Arbeit

AIST hat Grundlagenforschung in eine einfache vorangebracht, saubere Technik, Nano--dispersive Unvermischbarpolymer Mischungen zu erstellen. Für das Nanotechnologieprogramm, „Projekt auf Polymerischen Materialien Nanostructured“ (in den Finanzjahren 2001-2004) des New Energys und der Industrietechnik-Entwicklungs-Einteilung (NEDO), haben wir in-situphasenverhaltenanalysen von Polymermischungsanlagen unter externen Bereichen durchgeführt, und dadurch fühlten uns wir, dass die Nano-streuung Mischung von unvermischbaren Polymeren verwirklicht werden muss, indem man ein Hochschere Strömungsfeld anwendet.

Herkömmliche Extruder können hoch genug Scherkinetik nicht erzeugen, und folglich haben wir gemeinsam uns mit Imoto Seisakusho Co., Ltd. entwickelt, ein Extruder, die Generation von Hochschere Kinetik von in sek 1000 aktivierend-1

Details der Forschungs-Arbeit

Der entwickelte Hochschere Extruder kann eine Scherkinetik von sek 4400 mit einer SchraubenUmdrehungsgeschwindigkeit von 3000 U/Min erzeugen. Auch unter Verwendung einer Feed-back-artigen Schraube, kann die Mischdauer willkürlich eingestellt werden und die Schraube an Hochgeschwindigkeits rotieren. Das heißt, kann dieser Extruder im Zustand von Hochschere Fluss für eine lange Zeit bleiben.

AZoNano - das A bis Z der Nanotechnologie - der Hochschere Extruder, den wir uns entwickelt haben

Abbildung 2.

Unter Verwendung dieses Extruders haben wir gefolgt, mit, mischbare Mischungen von unvermischbaren Polymeren, PVDF und PA11 vorzubereiten; PA11 mit einer Gebietsgröße von zehn zu einigen zehn nm im Durchmesser wird homogen in der PVDF-Grundmasse zerstreut. Die vorbereiteten Nano-zellen können die physikalischen Eigenschaften der Mischungen drastisch erhöhen. Zum Beispiel zeigt Abbildung 3 Belastungskurven für PVDF/PA11 = 80/20 Mischungen.

Wie in Kurve a gezeigt, zeigt eine Mischungsprobe, die durch eine herkömmliche Technik gebildet wird, nur eine wenig Dehnung, während eine Probe, die durch den Hochschere Extruder entwickelt wird vorbereitet wird, eine große Dehnung am Auseinanderbrechen, wie in Kurve b gezeigt aufweist, entsprechend fünfmal größer als das der Probe in Kurve a, weil die Phase PA11 mit einer Gebietsgröße einiger zehn nm im Durchmesser in der PVDF-Region zerstreut wird.

AZoNano - das A bis Z der Nanotechnologie - Belastungskurven von PVDF/PA11 = Anlagen A. mit 80/20 Mischungen für PVDF/PA11 = 80/20 Mischung gebildet durch eine herkömmliche Mischungsmethode B. für PVDF/PA11 = 80/20 Mischung gebildet durch einen Hochschere Extruder

Abbildung 3. A. für PVDF/PA11 = 80/20 Mischung bildete sich durch eine herkömmliche Mischungsmethode
b. für PVDF/PA11 = 80/20 Mischung bildete sich durch einen Hochschere Extruder

PVDF und PA11 sind ferroelectric Polymere, und Mischungen von ihnen mit Nano-streuung Zellen werden erwartet, um ausgezeichneten Ferroelectricity zu haben. Showrest-Polarisationswerte der Tabelle 1 (Fotorezeptor: Werte elektrischer Distanzadresse D an einem elektrischen Bereich E = 0) in der ferroelectric Hysterese (DE-Kurve) für PVDF/PA11 = 80/20 Mischungen bereiteten sich unter Verwendung einer herkömmlichen Maschine und unseres Hochschere Extruders vor. Der Fotorezeptor-Wert von PA11 ist ungefähr Hälfte das von PVDF (Fotorezeptor = 76), und folglich, wird der Fotorezeptor-Wert der Mischungen erwartet, um zu verringern, indem man mischt. Jedoch haben wir gefunden, dass die Fotorezeptor-Werte der Nano-streuung Mischungsanlagen, die durch unseren Hochschere Extruder gebildet werden, mit vergleichbar sind oder den von PVDF überschreiten.

Tabelle 1.

Restpolarisation

Beispielmischungen bildeten sich durch eine herkömmliche Mischungsmethode

Beispielmischungen gebildet durch unseren Hochschere Extruder

Fotorezeptor (mC/m)2

20-30

75-91

Außerdem, wie offenbar gezeigt in Tabelle 1, bewertet die Mischungsproben, die durch unseren Hochschere Extruder-Show Fotorezeptor erhalten werden, 3-4mal die von den Mischungsproben, die durch eine herkömmliche Methode vorbereitet werden. Dieses liegt möglicherweise an der Entstehung von Nano-streuung Zellen in den Proben im Hochschere Mischungsprozeß. Wie gezeigt oben, eine Hochschere Verfahrenstechnik aktiviert nicht nur die Entstehung von Nano-zellen für Mischungen PVDF/PA11, aber auch eine große Verbesserung ihrer Beitrittsleistung und mechanische Eigenschaften, wie Dehnung, die Nachteile für PVDF sind und führt zu die Schaffung von neuen hochwertigen hinzugefügten Materialien. Die Bewertung von Ferroelectricity der verwendeten Polymermischungen wurde gemeinsam mit Tokyo-Universität der Wissenschaft durchgeführt (Prof Takeo Furukawa, Fähigkeit von Wissenschafts-Abteilung I, Chemie).

Zukunftsaussichten

Wir planen, unsere Hochschere Verfahrenstechnik an einer Vielzahl von Polymermischungsanlagen anzuwenden, um die neuen Materialien zu erstellen, die erhöhte Polymermissbarkeit und Nano-streuung Zellen verwenden. Außerdem planen wir, unsere Technik für die Schaffung von neuen Nano--zusammengesetzten Materialien zu verwenden, weil Hochschere Strömungsfeld nützlich auch sein kann, Einfüllstutzen gut zu zerstreuen z.B. Lehm (überlagerte Kieselsäureverbindung), Ruß, Kohlenstoff Nano-gefäße, Usw. in den Matrixmaterialien.

Insbesondere kann unsere Technik als saubere Methode für die Produktion von Medizin und von Kosmetik verwendet werden, weil sie Nano-schuppe Streuung ohne irgendwelche Zusätze wie compatibilizing Agenzien aktiviert. Außerdem, während unsere Methode nicht nur ein Hochschere Strömungsfeld zur Verfügung stellen kann, aber auch ein Reaktionsbereich z.B. für dynamische Vernetzungsreaktionen gleichzeitig es für die Schaffung von Elastomeren nützlich auch sein muss, Usw. So streben wir die Schaffung und den praktischen Gebrauch von neuen Materialien durch gemeinsame Forschung mit Firmen an.

Quelle: AIST

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte AIST

Date Added: Aug 10, 2006 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 09:26

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