· Vi har utvecklat en ny polymer-blandning tekniken med bara en hög klippa strömningsfältet utan några tillsatser. · Vi har gjort det möjligt nanonivå spridningen av blandbara polymerer genom att blanda med hög skjuvning bearbetning, domänen storleken på spridda polymer fas är över en för mindre än med konventionella metoder. · Högpresterande ferroelektriska-polymerblandningar prepareras med hög klippa behandling har möjliggjort utvecklingen av flexibla, stort område piezoelektriska enheter (aqua ekolod och ljud isoleringsmaterial). Synopsis I det nationella institutet för Advanced Industrial Science and Technology (AIST, Yoshikawa Hiroyuki, VD), Shimizu Hiroshi (nanostrukturerade material Group, gruppledare) et al. av nanoteknik Forskningsinstitut (Yokoyama Hiroshi, chef) har utvecklat en ny polymer-blanda teknik med hög skjuvning strömningsfältet, och lyckades göra blandbar-polymerblandningar med nano-dispersion strukturer. Med denna teknik har vi lyckats blanda polyvinylidenfluorid (PVDF) och polyamid 11 (PA11) helt utan tillsatser, som har mycket svårt att blanda sig med varandra på nano-nivå fram till nu, och har förberett smälter in som PA11 med en domän storlek på tio till flera tiotals nanometer (1 nm = 10-9 m) är homogent spridda tätt i PVDF fas (figur 1). Tills nu, för blandbara polymerblandningar har tillsatser använts för nano-spridning, men de fungerar som orenheter och defekter orsak, vilket resulterar i problem för praktisk användning. Å andra sidan, har det ansetts att det finns en nedre gräns till domänen storlek spridda polymer fas när de använder rent mekaniska blandning. I detta arbete har vi, för första gången i världen, insåg nano-spridning strukturer i blandningar av polymerer med hög skjuvning databehandling men utan tillsatser, den spridda domänen erhålls storlekar finns över en för mindre än det tidigare gränsvärdet . Dessutom har vi funnit att nanostrukturer anmärkningsvärt kan förbättra de mekaniska egenskaperna hos blandningar. Vår metod anses också vara användbart för oorganiskt dispergeringsmedel, t.ex. kolnanorör, och därmed kan tillämpas på läkemedel och kosmetika. Eftersom inte bara blanda utan även bryggbindningen reaktioner kan göras samtidigt under en hög klippa strömningsfältet, kan skapandet av nya elastomerer förväntas.  Figur 1. En transmissionselektronmikroskop bilden av en PVDF/PA11 blandning prepareras med hög skjuvning bearbetning. PA11 av tio till flera tiotals nanometer i diameter (runda svarta delar) är homogent spridda tätt i PVDF matrisen (vit bakgrund regionen). Bakgrund för forskningsarbete Polymerer har använts som funktionell, högpresterande, och grundläggande material i ett brett spektrum av industriella områden. Däremot kan enstaka polymerer ensamt svarar inte på en mängd olika industriella behov, och därmed flera komponenter polymera system såsom blandningar, legeringar och kompositer används idag för att skapa högpresterande material. De flesta av de användbara polymerer är nästan blandbara på molekylär nivå. Även om de är mekaniskt blandas efter att ha smält, uppvisar de snart fasseparation. Dessutom spridda domänen storlekar av de separerade polymer fas är flera till flera tiotals ìm. Av denna anledning har de önskade fysiska egenskaperna hos polymerblandningar inte erhållits. Därför har metoder för att göra blandbara polymerer kompatibel med compatibilizing agenter eller genom att reagera ändarna av polymeren vid gränsytor (reaktiv bearbetning) utvecklats, men de har haft tekniska begränsningar, för elektronisk material med hjälp av den tidigare metoden kan tillsatserna anses vara föroreningar, och också orsaka fel, vilket resulterar i ett stort hinder för en förbättring av materialets prestanda, och för den senare metoden, har en minskning av fysisk egendom prestanda på grund av sub-reaktioner påpekats. Historia av forskningsarbete AIST har avancerade grundforskningen till en enkel, ren teknik för att skapa nano-dispersiv blandbara-polymerblandningar. För nanoteknik programmet "Projekt om Nanostrukturerade Polymera material" (I räkenskapsåren 2001-2004) av New Energy och Industrial Technology Development Organization (NEDO), har vi genomfört in-situ analyser fasbeteende av polymera blandning system under yttre fält, och därmed vi kände att nano-dispersion blandning av blandbara polymerer måste förverkligas genom att tillämpa en hög klippa flöde området. Konventionell extruders kan inte generera tillräckligt hög skjuvhastigheter, och därmed har vi gemensamt utvecklat med Imoto Seisakusho Co, Ltd, en extruder möjliggör generering av hög klippa på över 1000 sek -1. Detaljer av forskningsarbete Den höga skjuv extruder utvecklat kan generera en skjuvhastighet på 4400 sek -1 vid en skruv rotationshastighet på 3000 rpm. Att använda en respons-typ skruv kan blandningstiden sättas godtyckligt, roterande skruven i hög hastighet. Med andra ord kan denna extruder kvar under lång tid i ett tillstånd av hög shear flöde.  Figur 2. Den höga skjuv extrudern har vi utvecklat Med hjälp av denna extrudern, har vi lyckats förbereda blandbar blandningar av blandbara polymerer, PVDF och PA11, PA11 med en domän storlek på tio till flera tiotals nanometer i diameter är homogent utspridd i PVDF matrisen. Den beredda nanostrukturer kan dramatiskt öka fysikaliska egenskaper blandningar. Till exempel visar figur 3 stress-töjningskurvor för PVDF/PA11 = 80/20 blandningar. Som framgår av kurvan en, visar en blandning prov bestående av en konventionell teknik bara en liten töjning, medan ett prov som utarbetats av hög shear utvecklat extruder uppvisar en stor töjning vid uppbrottet, enligt kurva B, motsvarande fem gånger större än som provet i kurvan en, eftersom PA11 fas med en domän storlek på flera tiotals nanometer i diameter sprids i PVDF regionen.  Figur 3. Stress-töjningskurvor av PVDF/PA11 = 80/20 blandning system
A. för en PVDF/PA11 = 80/20 blandning som bildas av en konventionell blandning metod
b. för en PVDF/PA11 = 80/20 blandning bestående av en hög klippa extrudern PVDF och PA11 är ferroelektriska polymerer och blandningar av dem med nano-dispersion strukturer förväntas ha goda ferroelectricity. Tabell 1 visar kvarleva polarisering värden (PR: värden för elektrisk deplacement D på ett elektriskt fält E = 0) i ferroelektriska hysteres (DE kurva) för PVDF/PA11 = 80/20 blandar prepareras med en konventionell maskin och vår höga skjuv extrudern. PR-värdet av PA11 är ungefär hälften av PVDF (Pr = 76), och därmed är PR-värdet av de smälter förväntas minska genom blandning. Vi har dock funnit att Pr värden av nano-spridning blend system som består av våra hög klippa extrudern är jämförbara med eller högre än för PVDF. Tabell 1. Jämförelse av rest polarisering värden i ferroelektriska hysteres PVDF/PA11 = 90/10 blandar utarbetats av en konventionell blandning metod och våra höga skjuv extrudern | Pr (MC / m 2) | 20-30 | 75-91 |
Dessutom, som tydligt visas i tabell 1, värderingar blandningen prover som erhålls genom vår höga skjuv extruder Visa PR 3-4 gånger de smälter prover som utarbetats av en konventionell metod. Detta kan bero på bildningen av nano-spridning strukturer i proverna i hög klippa blandning process. Som framgår ovan ger en hög klippa databehandling inte bara bildandet av nanostrukturer för PVDF/PA11 blandningar, men också en stor förbättring av deras vidhäftning prestanda och mekaniska egenskaper, till exempel töjning som är nackdelar för PVDF, vilket leder till skapandet av nya högt mervärde material. Utvärderingen av ferroelectricity av polymerblandningar användas gemensamt genomfördes med Tokyo University of Science (professor Takeo Furukawa, Naturvetenskapliga fakulteten division I, kemi). Framtidsutsikter Vi planerar att tillämpa våra höga skjuv databehandling till en mängd polymer smälter system för att skapa nya material att utnyttja förbättrade polymer-blandbarhet och nano-spridning strukturer. Dessutom planerar vi att använda vår teknik för att skapa nya nano-kompositmaterial, eftersom hög klippa strömningsfältet kan också vara bra att skingra fyllmedel väl, t ex lera (lager silikat), kimrök, kol nano-rör, etc. . i matris material. I synnerhet kan vår teknik användas som en ren metod för tillverkning av läkemedel och kosmetika, eftersom det gör nanonivå spridning utan några tillsatser såsom compatibilizing agenter. Dessutom kan som vår metod ger inte bara en hög klippa strömningsfältet men också en reaktion område, t.ex., för dynamisk bryggbindningen reaktioner, samtidigt måste man också vara till nytta för skapandet av elastomerer, etc. Därför Vi syftar till skapandet och praktisk användning av nya material genom gemensamma forskningsprojekt med företag. |