· Hemos desarrollado un nuevo polímero de mezcla de técnica con sólo un campo de flujo de alta cizalladura, sin ningún tipo de aditivos. · Nos han permitido a nano-escala de dispersión de polímeros inmiscibles mediante la mezcla con alta cizalla de procesamiento, el tamaño del dominio de la fase dispersa de polímero son más de orden menor que los métodos convencionales. · De alto rendimiento ferroeléctrico-mezclas de polímeros preparados con alta cizalladura de procesamiento han permitido el desarrollo de la flexibilidad, de área amplia de dispositivos piezoeléctricos (sonar agua y materiales de aislamiento acústico). Sinopsis En el Instituto Nacional de Ciencia Industrial Avanzada y Tecnología (AIST, Hiroyuki Yoshikawa, presidente), Hiroshi Shimizu (Grupo de Materiales Nanoestructurados, Jefe de Grupo) et al. del Instituto de Investigación de Nanotecnología (Yokoyama Hiroshi, Director) han desarrollado un nuevo polímero de mezcla de técnica que utiliza alta cizalladura campo de flujo, y logró que miscibles mezclas de polímeros con estructuras de dispersión de nano-. Usando esta técnica, hemos logrado en la mezcla de fluoruro de polivinilideno (PVDF) y la poliamida 11 (PA11), sin ningún tipo de aditivos, que han sido muy difíciles de mezclar unos con otros en la nano-nivel hasta ahora, y han preparado mezclas en las que PA11 con un tamaño de campo de diez a varias decenas de nanómetros (1 nm = 10-9 m) se disperse homogéneamente alta densidad en la fase de PVDF (Figura 1). Hasta ahora, para las mezclas de polímeros inmiscibles, los aditivos se han utilizado para la nano-dispersión, pero funcionan como impurezas y defectos de la causa, lo que resulta en problemas para el uso práctico. Por otro lado, se ha considerado que hay un límite inferior para el tamaño del dominio de la fase de polímero disperso cuando se utiliza mezcla puramente mecánica. En este trabajo, tenemos, por primera vez en el mundo, se dio cuenta de la dispersión de nano-estructuras en las mezclas de polímeros con una técnica de procesamiento de alta cizalladura, pero sin ningún tipo de aditivos, los tamaños de dominio dispersos obtenidos son más de orden menor que el valor límite anterior . Además, hemos encontrado que las nanoestructuras pueden mejorar notablemente las propiedades mecánicas de las mezclas. Nuestro método es también considerada de utilidad para que los dispersantes inorgánicos, tales como los nanotubos de carbono, y por lo tanto se puede aplicar a los medicamentos y cosméticos. Por otra parte, no sólo como mezcla, sino también reacciones de reticulación se puede hacer al mismo tiempo en un campo de flujo de alta cizalladura, la creación de nuevos elastómeros se puede esperar.  Figura 1. Una imagen de microscopio electrónico de transmisión de una mezcla preparada con PVDF/PA11 alta cizalladura de procesamiento. PA11 de diez a varias decenas de nanómetros de diámetro (alrededor de las piezas negro) se disperse homogéneamente en la matriz de densidad de PVDF (región de fondo blanco). Fondo para trabajos de investigación Los polímeros se han utilizado como materiales funcionales, de alto rendimiento, y básica en una amplia gama de sectores industriales. Sin embargo, los polímeros por sí solo no puede responder a una variedad de necesidades de la industria, y por lo tanto de componentes múltiples sistemas poliméricos como mezclas, aleaciones y compuestos se utilizan actualmente para crear materiales de alto rendimiento. Sin embargo, la mayoría de los polímeros útiles son casi inmiscibles en un nivel molecular. Incluso si son mezclados mecánicamente después de ser fundido, pronto muestra la separación de fases. Además, el tamaño del dominio de la fase dispersa de polímero separadas son varias decenas de micras. Por esta razón, la esperada para las propiedades físicas de las mezclas de polímeros que no se han obtenido. Por lo tanto, los métodos para la obtención de polímeros inmiscibles compatible mediante el uso de agentes de compatibilización o por reacción extremos del polímero en las interfases (procesado reactivo) se han desarrollado, pero que han tenido limitaciones técnicas, los materiales electrónicos utilizando el método anterior, los aditivos pueden ser considerados impurezas, y también pueden causar defectos, lo que resulta en un gran obstáculo para la mejora de rendimiento del material, y por este último método, una reducción en el rendimiento de las propiedades físicas debido a la sub-reacciones se ha señalado. La historia del trabajo de investigación AIST ha avanzado en la investigación básica de una técnica sencilla, limpia para crear dispersión de nano-inmiscible en mezclas de polímeros. Para el programa de la nano-tecnología, "Proyecto de Materiales Poliméricos Nanoestructurados" (En el año fiscal 2001-2004) de la Organización de Desarrollo de Nuevas Energías y Tecnología Industrial (NEDO), hemos llevado a cabo in situ análisis de fase el comportamiento de los sistemas de mezcla de polímeros en los campos externos, y por lo tanto pensamos que la mezcla de nano-dispersión de polímeros inmiscibles debe realizarse mediante la aplicación de un campo de flujo de alta cizalladura. Extrusoras convencionales no pueden generar altas tasas de corte suficiente, y por lo tanto hemos desarrollado conjuntamente con Imoto Seisakusho Co., Ltd., una extrusora que permite la generación de alta cizalla tasas de más de 1.000 s -1. Detalles del trabajo de investigación La extrusora de alta cortadura puede generar una velocidad de corte de 4400 s -1 a una velocidad de rotación del tornillo de 3000 rpm. Además, mediante un tornillo de retroalimentación de tipo, el tiempo de mezclado puede ser fijado arbitrariamente, al girar el tornillo de alta velocidad. En otras palabras, esta extrusora puede permanecer durante mucho tiempo en el estado de flujo de alta cizalladura.  Figura 2. La máquina de extrusión de alta cizalladura, hemos desarrollado El uso de este extrusora, hemos tenido éxito en la preparación de mezclas de polímeros miscibles inmiscibles, PVDF y PA11, PA11, con un tamaño de dominio de diez a varias decenas de nanómetros de diámetro, se dispersa homogéneamente en la matriz de PVDF. La nano-estructuras preparado puede mejorar dramáticamente las propiedades físicas de las mezclas. Por ejemplo, la Figura 3 muestra curvas tensión-deformación de PVDF/PA11 = 80/20 mezclas. Como se muestra en una curva, una muestra de mezcla formada por una técnica convencional sólo muestra un alargamiento poco, mientras que una muestra preparada por las exhibiciones de alta cizalladura extrusora desarrollado un gran alargamiento a la ruptura, como se muestra en la curva b, correspondiente a cinco veces más grande que de la muestra en una curva, debido a que la fase de PA11 con un tamaño de dominio de varias decenas de nanómetros de diámetro, se dispersa en la región de PVDF.  Figura 3. Curvas tensión-deformación de los sistemas de PVDF/PA11 = 80/20 mezcla
a. una mezcla de 80/20 = PVDF/PA11 formada por un método de mezcla convencional
b. una mezcla de 80/20 = PVDF/PA11 formada por una extrusora de alta cizalladura PVDF y PA11 son polímeros ferroeléctricos, y mezclas de ellos con la dispersión de nano-estructuras se espera que tengan ferroelectricidad excelente. La tabla 1 muestra los valores de la polarización remanente (Pr: los valores de D eléctrica desplazamiento en un campo eléctrico E = 0) en la histéresis ferroeléctrica (curva DE) para PVDF/PA11 = 80/20 mezcla preparada con una máquina convencional y nuestra extrusora de alta cizalladura. El valor de Pr PA11 es aproximadamente la mitad de PVDF (Pr = 76), y por lo tanto, el valor de Pr de las mezclas que se espera reducir a la mezcla. Sin embargo, hemos encontrado que los valores de Pr de los sistemas de mezcla de dispersión de nano-formado por nuestra alta corte del extrusor son comparables o superiores a la de PVDF. Tabla 1. Comparación de los valores de polarización remanente de histéresis ferroeléctrica de PVDF/PA11 = 90/10 mezclas preparadas por un método convencional de mezcla y nuestra extrusora de alta cizalladura | Pr (mC / m 2) | 20-30 | 75-91 |
Por otra parte, como se muestra claramente en la Tabla 1, las muestras de mezcla obtenida por nuestra alta cizalladura Pr extrusora muestran los valores de 3-4 veces los de las muestras de mezcla preparada por un método convencional. Esto puede ser debido a la formación de las estructuras de nano-dispersión en las muestras en el proceso de mezclado de alta cizalladura. Como puede observarse, una técnica de procesamiento de alta cizalladura permite no sólo la formación de nano-estructuras de PVDF/PA11 mezclas, pero también una gran mejora de su desempeño de adhesión y las propiedades mecánicas, tales como la elongación, que son las desventajas de PVDF, lo que la creación de nuevos de alto valor añadido materiales. La evaluación de ferroelectricidad de mezclas de polímeros utilizados se llevó a cabo en forma conjunta con la Universidad de Tokio de la Ciencia (Prof. Takeo Furukawa, Facultad de Ciencias de la división I, Química). Perspectivas de futuro Tenemos la intención de aplicar nuestra alta cizalladura técnica de procesamiento de una variedad de sistemas de mezcla de polímeros para crear nuevos materiales con polímeros que utiliza una mayor miscibilidad y estructuras nano-dispersión. Además, tenemos previsto utilizar nuestra técnica para la creación de nuevos materiales de nano-compuesto, ya que de alta cizalladura campo de flujo también puede ser útil para dispersar a rellenos así, por ejemplo, arcillas (capas de silicato), negro de carbono, el carbono de nano-tubos, etc . en materiales de la matriz. En particular, la técnica se puede utilizar como un método limpio para la producción de medicamentos y cosméticos, ya que permite a nano-escala de dispersión sin ningún tipo de aditivos tales como agentes de compatibilización. Además, como nuestro método puede proporcionar no sólo una alta cizalladura campo de flujo, sino también un campo de reacción, por ejemplo, para la dinámica de reacciones de reticulación, al mismo tiempo, también debe ser útil para la creación de elastómeros, etc Por lo tanto, nuestro objetivo es la creación y el uso práctico de los nuevos materiales de la investigación conjunta con las empresas. |