混合しにくいポリマーブレンドのための Nano スケールの分散および混合の技術 - 高いせん断の処理を用いる高性能ポリマーブレンドの準備

カバーされるトピック

背景

概要

研究活動のための背景

研究活動の歴史

研究活動の細部

将来の見通し

背景

·         私達は添加物なしで高せん断のフローフィールドだけとの新しいポリマー混合の技術を開発しました。

·         私達は高せん断の処理との混合によって混合しにくいポリマーの nano スケールの分散を可能にしました; 分散させたポリマー段階の領域のサイズは従来の方法を使用してそれらより小さい 1 つの等級にあります。

·         高せん断の処理を使用して準備される高性能 ferroelectric ポリマーブレンドは適用範囲が広いの開発、ワイド・エリアの圧電気装置 (水のソナーおよび健全な絶縁材) を可能にしました。

概要

高度の産業科学技術 (AIST の各国用の協会; 大統領、吉川町 Hiroyuki は高せん断のフローフィールドを使用して nano 分散の構造と)、清水ひろし (Nanostructured の文書グループ、ナノテクノロジーの研究所 (ディレクター、 Yokoyama ひろし) のグループのリーダー) 等新しいポリマー混合の技術を開発し、混和性ポリマーの作成に混じります成功しました。 この技術を使用して、私達は混合の polyvinylidene のフッ化物 (PVDF) およびポリアミド 11 (PA11) にずっと nano レベルで互いに混合し非常ににくい今まで、成功し混じります準備しました添加物なしでナノメーターの複数の 10 への 10 の領域のサイズの PA11 (1 つは PVDF 段階 (図 1) に nm = 10-9 m) 同質に密に分散します。

今まで、なぜなら混合しにくいポリマーブレンド、添加物 nano 分散のために使用されました、しかしそれらは不純物として働き、実用的な使用のための問題に終って欠陥を、引き起こします。 一方では低限が分散させたポリマー段階の領域のサイズへ全く機械混合を使用するときあることが、考慮されました。

この作業では、私達に世界で、はじめて、高せん断の加工の技巧の添加物のないポリマーブレンドの実現された nano 分散の構造があります; 得られる分散させた領域のサイズは前の限界値より小さい 1 つの等級にあります。 なお、私達は nano 構造が非常にブレンドの機械特性を高めることができることが分りました。 私達の方法はまたカーボン nanotubes のような無機分散剤のために有用であると考慮され薬および化粧品にこうして適用することができます。 さらに、反作用を混ぜるただしかしまた交差リンクすることが高せん断のフローフィールドの下で同時にすることができると同時に新しいエラストマーの作成は期待することができます。

AZoNano - A からナノテクノロジーの Z - 高せん断の処理を使用して準備される PVDF/PA11 ブレンドの伝達電子顕微鏡の画像。 直径 (円形の黒い部品) のナノメーターの複数の 10 への 10 の PA11 は PVDF のマトリックス (白い背景領域) で同質に密に分散します。

図 1。

研究活動のための背景

ポリマーは機能、高性能、および産業フィールドの広い範囲で基本原料として使用されました。 ただし、単独で単一ポリマーはいろいろ産業必要性に答えることができないし高性能材料を作成するのにこうしてブレンド、合金および合成物のような多成分ポリマーシステムが現在使用されています。 ただし、有用なポリマーのほとんどは分子レベルでほとんど混合しにくいです。 それらが溶けることの後で機械的に混じっても、すぐに段階分離を表わします。 さらに、分けられた分散させたポリマー段階の領域のサイズは µm の複数の 10 へ複数です。

従って、ポリマーブレンドの期待通りの物理的性質は得られませんでした。 従って、混合しにくいポリマーをインターフェイス (反応処理) で compatibilizing エージェントをまたはポリマー端を反応させることによって互換性があるようにするための方法は使用すること、持っていました技術的な限界を開発されましたが; 前の方法を使用して電子材料のために、添加物は不純物として考慮されるかもしれまた大きい障害に終って物質的なパフォーマンスの機能拡張に欠陥を、引き起こし、後の方法のために、副反作用による物理的性質パフォーマンスの減少は指摘されました。

研究活動の歴史

AIST はやすく、きれいな技術に基礎研究を nano 分散混合しにくポリマーブレンドを作成し進めました。 新しいエネルギーの Nanostructured の重合体の文書のナノテクノロジープログラム、 「プロジェクト」 (会計年度 2001-2004 年で) および産業技術開発構成 (NEDO) のために、私達は外部フィールドの下でポリマーブレンドシステムの in-situ 段階の動作の分析を遂行し、混合しにくいポリマーの nano 分散のブレンドが高せん断のフローフィールドをことを加えることによって実現されなければならないことにそれにより感じました。

慣習的な押出機は十分に高くせん断のレートを生成できしこうして私達は Imoto Seisakusho Co.、株式会社の押出機と共同で成長しま 1000 秒にわたるの高せん断のレートの生成を可能にします-1

研究活動の細部

発達する高せん断の押出機は 3000 の rpm のねじ回転速度で 4400 秒のせん断のレートを生成できます。 また、フィードバックタイプねじを使用して、混合の時間は任意にセットすることができまねじを高速で回します。 すなわち、この押出機は高せん断の流れの状態に長い間残ることができます。

AZoNano - A からナノテクノロジーの Z - 私達が発達させた高せん断の押出機

図 2。

この押出機を使用して、私達は混合しにくいポリマー、 PVDF および PA11 の混和性のブレンドの準備に成功しました; 直径のナノメーターの複数の 10 への 10 の領域のサイズの PA11 は PVDF のマトリックスで同質に分散します。 準備される nano 構造は劇的にブレンドの物理的性質を高めることができます。 例えば、図 3 は圧力緊張のカーブをのための PVDF/PA11 = ブレンド 80/20 の示します。

カーブ a に示すように、慣習的な技術によって形作られるブレンドのサンプルは直径のナノメーターの複数の 10 の領域のサイズの PA11 段階が PVDF 領域で分散するので発達する高せん断の押出機によって準備されるサンプルはカーブ a のサンプルのそれより大きいに相当して、カーブ b に示すように、破壊で大きい延長を 5 倍表わすが、少し延長だけ示します。

AZoNano - A からナノテクノロジーの Z - 圧力緊張のカーブの PVDF/PA11 = のための 80/20 のブレンドシステム A. PVDF/PA11 = のための慣習的な混合方法 B. によって形作られる 80/20 のブレンド PVDF/PA11 = 高せん断の押出機によって形作られる 80/20 のブレンド

のための図 3. A. は慣習的な混合方法によって PVDF/PA11 = 80/20 のブレンド形作りました
のための b. は高せん断の押出機によって PVDF/PA11 = 80/20 のブレンド形作りました

PVDF および PA11 は ferroelectric ポリマーであり、優秀な強誘電体があると nano 分散の構造とのそれらのブレンドは期待されます。 表 1 ショーの残りの分極値 (Pr: 電界の電気変位 D の値は慣習的な機械および私達の高せん断の押出機を使用して E = ferroelectric ヒステリシス (D-E のカーブ) の 0) のための PVDF/PA11 = ブレンド 80/20 の準備しました。 PA11 の Pr 値はおよそ半分 PVDF のそれ (Pr = 76) であり、こうして、ブレンドの Pr 値は混合によって減ると期待されます。 ただし、私達は私達の高せん断の押出機によって形作られる nano 分散のブレンドシステムの Pr 値が対等とでしたりまたは PVDF のそれを超過することが分りました。

表 1。

残りの分極

サンプルブレンドは慣習的な混合方法によって形作りました

私達の高せん断の押出機によって形作られるサンプルブレンド

Pr (mC/m)2

20-30

75-91

さらに、表 1 ではっきり示されているように、私達の高せん断の押出機ショー Pr によって得られるブレンドのサンプルは 3-4 回を従来の方法によって準備されるブレンドのサンプルのそれら評価します。 これは高せん断混合プロセスのサンプルの nano 分散の構造の形成が原因であるかもしれません。 上で示されているように、高せん断の加工の技巧は PVDF のための不利な点はであるかどれ PVDF/PA11 ブレンドのための nano 構造の形成だけ、付着パフォーマンスおよび機械特性のまた大きい機能拡張を、新しく付加価値の高い材料の作成の原因となる延長のような、可能にしますが。 使用された東京理科大学 (Takeo Furukawa の能力、科学部 I の化学教授) とポリマーブレンドの強誘電体の評価は共同で遂行されました。

将来の見通し

私達は高められたポリマー混和性および nano 分散の構造を利用する新しい材料を作成するためにいろいろなポリマーブレンドシステムに私達の高せん断の加工の技巧を適用することを計画します。 なお、私達は高せん断のフローフィールドがまた注入口を、マトリックス材料の例えばよく分散させて、粘土 (層にされたケイ酸塩)、カーボンブラック、カーボン nano 管、等有用である場合もあるので新しい nano 合成材料の作成のための私達の技術を使用するために計画します。

特に、私達の技術は薬および化粧品の生産のためにはっきりした方法として compatibilizing エージェントのような添加物なしで nano スケールの分散を可能にするので使用することができます。 なお、私達の方法が高せん断のフローフィールドだけ提供できるまた反作用フィールドが、例えば、ダイナミックな交差リンクの反作用のために、同時に、またそれエラストマーの作成のために有用でなければならないと同時に等。 従って、私達は会社との共同研究によって新しい材料の作成そして実用的な使用を目指します。

ソース: AIST

このソースのより多くの情報のために AIST を訪問して下さい

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

Last Update: 13. June 2013 09:32

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