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Technique de Dispersion et de Mélange de Nano-Échelle pour des Mélanges Non-miscibles de Polymère - Préparation des Mélanges de Polymère de Haute Performance Avec le Traitement Élevé de Cisaillement

Sujets Couverts

Mouvement Propre

Synthèse

Mouvement Propre Pour le Travail de Recherches

Histoire de Travail de Recherches

Détails de Travail de Recherches

Perspectives D'avenir

Mouvement Propre

·         Nous n'avons développé une technique de polymère-mélange neuve avec seulement un champ d'écoulement de haut-cisaillement sans aucun additif.

·         Nous avons activé la dispersion de nano-échelle des polymères non-miscibles par le mélange avec le traitement de haut-cisaillement ; les tailles de domaine de la phase dispersée de polymère sont plus d'une commande plus petite que ceux suivre des méthodes conventionnelles.

·         Les mélanges Performants de ferroélectrique-polymère préparés utilisant le traitement de haut-cisaillement ont activé le développement de flexible, dispositifs piézoélectriques de zone étendue (sonar d'aqua et matériaux d'isolation phonique).

Synthèse

Dans l'Institut National de la Science et Technologie Industrielle Avancée (AIST ; Yoshikawa Hiroyuki, Président), Shimizu Hiroshi (Matériaux Groupe de Nanostructured, Amorce de Groupe) et autres de l'Institut de Recherches de Nanotechnologie (Yokoyama Hiroshi, Directeur) ont développé une technique de polymère-mélange neuve utilisant le champ d'écoulement de haut-cisaillement, et ont réussi à effectuer des mélanges de miscible-polymère avec des structures de nano-dispersion. Utilisant cette technique, nous n'avons réussi en fluorure de mélange de polyvinylidène (PVDF) et polyamide 11 (PA11) sans aucun additif, il a été très difficile de mélanger que les uns avec les autres au niveau de la nano jusqu'ici, et avons préparé se mélange dedans qui PA11 avec une taille de domaine de dix à plusieurs dizaines de nanomètres (1 nanomètre = 10-9 m) est homogènement dispersé en masse pendant la phase de PVDF (le Schéma 1).

Jusqu'ici, pour des mélanges non-miscibles de polymère, des additifs ont été utilisés pour la nano-dispersion, mais ils travaillent comme impuretés et entraînent des défauts, ayant pour résultat des problèmes pour l'usage pratique. D'autre part, on l'a considéré qu'il y a une limite inférieure à la taille de domaine de la phase dispersée de polymère en utilisant le mélange purement mécanique.

Dans ce travail, nous avons, pour la première fois dans le monde, les structures réalisées de nano-dispersion dans des mélanges de polymère avec une technique de traitement de haut-cisaillement mais sans aucun additif ; les tailles dispersées de domaine obtenues sont plus d'une commande plus petite que la valeur limite précédente. En Outre, nous avons constaté que les nano-structures peuvent remarquablement augmenter les propriétés mécaniques des mélanges. Notre méthode est également considérée utile pour les dispersants minéraux tels que des nanotubes de carbone, et peut être appliquée ainsi aux médicaments et aux cosmétiques. D'ailleurs, comme non seulement se mélangeant mais également des réactions d'édition absolue peuvent être faites en même temps sous un champ d'écoulement de haut-cisaillement, la création des élastomères neufs peuvent être prévues.

AZoNano - A à Z de Nanotechnologie - Une image de microscope électronique de boîte de vitesses d'un mélange PVDF/PA11 préparé utilisant le traitement de haut-cisaillement. PA11 de dix à plusieurs dizaines de nanomètres de diamètre (pièces noires rondes) est homogènement dispersé en masse dans la modification de PVDF (région de mouvement propre blanche).

Le Schéma 1.

Mouvement Propre Pour le Travail de Recherches

Des Polymères ont été utilisés en tant que matières fonctionnelles, performantes, et premières dans un large éventail de domaines industriels. Cependant, seuls les polymères uniques ne peuvent pas répondre à un grand choix de besoins d'industriel, et ainsi des systèmes à plusieurs éléments de polymère tels que des mélanges, des alliages, et des composés sont actuel utilisés pour produire les matériaux performants. Cependant, la plupart des polymères utiles sont presque non-miscibles à un niveau moléculaire. Même si elles sont mécaniquement mélangées après avoir été fondu, elles montrent bientôt la séparation de phase. De plus, les tailles de domaine de la phase dispersée séparée de polymère sont plusieurs à plusieurs dizaines de µm.

Pour Cette Raison, les propriétés physiques espérées des mélanges de polymère n'ont pas été obtenues. Ainsi, des méthodes pour préparer les polymères non-miscibles compatibles à l'aide des agents compatibilizing ou en réagissant des extrémités de polymère aux surfaces adjacentes (traitement réactif) ont été développées, mais elles ont eu des limites techniques ; pour les matériaux électroniques suivre la méthode ancienne, les additifs peuvent être considérés des impuretés, et entraînent également des défauts, ayant pour résultat un grand obstacle à l'amélioration de la performance matérielle, et pour la dernière méthode, une réduction de la performance de propriété physique due aux sous-réactions a été précisée.

Histoire de Travail de Recherches

AIST a avancé la recherche fondamentale dans une technique simple et propre pour produire des mélanges nano-dispersifs de non-miscible-polymère. Pour le programme de nanotechnologie, le « Projet sur les Matériaux Polymères de Nanostructured » (pendant les exercices 2001-2004) de New Energy et l'Organisme Industriel de Développement des Technologies (NEDO), nous avons effectué des analyses in-situ de comportement de phase des systèmes de mélange de polymère sous les zones externes, et nous avons estimé de ce fait que le mélange de nano-dispersion de polymères non-miscibles doit être réalisé en appliquant un champ d'écoulement de haut-cisaillement.

Les extrudeuses Conventionnelles ne peuvent pas produire du haut assez de tarifs de cisaillement, et nous nous sommes commun développés ainsi avec Imoto Seisakusho Co., Ltd., une extrudeuse activant le rétablissement des tarifs de haut-cisaillement de plus de sec 1000-1

Détails de Travail de Recherches

L'extrudeuse de haut-cisaillement développée peut produire des tarifs de cisaillement de sec 4400 à une vitesse de rotation de vis de 3000 t/mn. En Outre, utilisant une vis contrôle par retour de l'information contrôle par retour de l'information, l'heure de mélange peut être réglée arbitrairement, tournant la vis à la haute vitesse. En d'autres termes, cette extrudeuse peut rester pendant longtemps dans la condition du flux de haut-cisaillement.

AZoNano - A à Z de Nanotechnologie - L'extrudeuse de haut-cisaillement que nous avons développée

Le Schéma 2.

Utilisant cette extrudeuse, nous avons réussi à préparer des mélanges miscibles des polymères non-miscibles, PVDF et PA11 ; PA11 avec une taille de domaine de dix à plusieurs dizaines de nanomètres de diamètre est homogènement dispersé dans la modification de PVDF. Les nano-structures préparées peuvent excessivement augmenter les propriétés physiques des mélanges. Par exemple, le Schéma 3 affiche des courbures de contrainte-tension pour PVDF/PA11 = 80/20 de mélanges.

Suivant les indications de la courbure a, un échantillon de mélange constitué par une technique conventionnelle affiche seulement un peu d'allongement, alors qu'un échantillon préparé par l'extrudeuse de haut-cisaillement développée montre un grand allongement à la dissolution, suivant les indications de la courbure b, correspondant cinq fois plus grand que cela de l'échantillon courbent dedans a, parce que la phase PA11 avec une taille de domaine de plusieurs dizaines de nanomètres de diamètre est dispersée dans la région de PVDF.

AZoNano - A à Z de Nanotechnologie - courbures de Contrainte-tension de PVDF/PA11 de = systèmes A. 80/20 mélange pour PVDF/PA11 = 80/20 mélange constitué par une méthode de mélange conventionnelle B. pour PVDF/PA11 = 80/20 mélange constitué par une extrudeuse de haut-cisaillement

Le Schéma 3. A. pour PVDF/PA11 = 80/20 mélange a formé par une méthode de mélange conventionnelle
le B. pour PVDF/PA11 = 80/20 mélange a formé par une extrudeuse de haut-cisaillement

PVDF et PA11 sont les polymères ferroélectriques, et on s'attend à ce que des mélanges de eux avec des structures de nano-dispersion aient l'excellente ferroélectricité. Valeurs de polarisation de débris d'expositions du Tableau 1 (P.R. : les valeurs du déplacement électrique D à un champ électrique E = 0) dans l'hystérésis ferroélectrique (courbure de DE) pour PVDF/PA11 = 80/20 de mélanges ont préparé utilisant une machine conventionnelle et notre extrudeuse de haut-cisaillement. La valeur de P.R. de PA11 est environ moitié cela de PVDF (P.R. = 76), et ainsi, on s'attend à ce que la valeur de P.R. des mélanges réduise par le mélange. Cependant, nous avons constaté que les valeurs de P.R. des systèmes de mélange de nano-dispersion constitués par notre extrudeuse de haut-cisaillement sont comparables à ou dépassent cela de PVDF.

Tableau 1.

Polarisation de Débris

Échantillonnez les mélanges constitués par une méthode de mélange conventionnelle

Échantillonnez les mélanges constitués par notre extrudeuse de haut-cisaillement

P.R. (mC/m)2

20-30

75-91

D'ailleurs, comme de manière dégagée affiché dans le Tableau 1, les échantillons de mélange obtenus par notre extrudeuse de haut-cisaillement affichent à des valeurs de P.R. 3-4 fois ceux des échantillons de mélange préparés par une méthode conventionnelle. Ceci peut être dû à la formation des structures de nano-dispersion dans les échantillons dans le procédé de mélange de haut-cisaillement. Comme affiché ci-dessus, une technique de traitement de haut-cisaillement active non seulement la formation des nano-structures pour les mélanges PVDF/PA11, mais également une amélioration grande de leur performance d'adhérence et les propriétés mécaniques, telles que l'allongement, ce qui sont des inconvénients pour PVDF, menant à la création des matériaux ajoutés de haute valeur neufs. Le bilan de la ferroélectricité des mélanges de polymère utilisés a été commun effectué avec l'Université de Tokyo de la Science (Prof. Takeo Furukawa, Faculté de Division Des Affaires Scientifiques I, Chimie).

Perspectives D'avenir

Nous planification pour appliquer notre technique de traitement de haut-cisaillement à un grand choix de systèmes de mélange de polymère pour produire les matériaux neufs employant les structures améliorées de polymère-miscibilité et de nano-dispersion. En Outre, nous planification pour utiliser notre technique pour la création des matériaux nano-composés neufs, parce que le champ d'écoulement de haut-cisaillement peut également être utile pour disperser des remplissages bien, par exemple, des argiles (silicate posé), noir de carbone, nano-tubes de carbone, Etc. en matériaux de modification.

En particulier, notre technique peut être utilisée comme méthode propre pour la production des médicaments et des cosmétiques, parce qu'elle n'active la dispersion de nano-échelle sans aucun additif tel que les agents compatibilizing. En Outre, pendant que notre méthode peut fournir non seulement un champ d'écoulement de haut-cisaillement mais également une zone de réaction, par exemple, pour des réactions dynamiques d'édition absolue, en même temps, il doit également être utile pour la création des élastomères, Etc. Ainsi, nous visons la création et l'utilisation pratique des matériaux neufs par recherche commune avec des compagnies.

Source : AIST

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît AIST

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

Last Update: 13. June 2013 09:23

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