纳诺缩放比例不溶的聚合物混合的散射和混合技术 - 高性能与高剪处理的聚合物混合的准备

包括的事宜

背景

概要

研究工作的背景

研究工作的历史记录

研究工作详细资料

未来远景

背景

·         我们开发了与仅高剪流程字段的一个新的聚合物混和的技术,不用任何附加。

·         我们通过混和启用了不溶的聚合物纳诺缩放比例散射与高剪处理; 被分散的聚合物阶段的域范围小于那些一等级使用常规方法。

·         使用高剪处理准备的高性能铁电聚合物混合启用了发展灵活,压电的广域设备 (水色生波探侧器和隔音材料)。

概要

在先进的行业科学技术 (AIST 国家学院; 芳川 Hiroyuki,总统),清水洋司 (Nanostructured 材料组,组领导先锋) 纳米技术研究所 (Yokoyama 洋司,主任) 使用高剪流程字段,等开发了一个新的聚合物混和的技术,并且在制造混溶性聚合物成功与纳诺散射结构混和。 使用此技术,我们在混和的聚偏乙烯氟化物 (PVDF) 和多醯胺 11 (PA11) 成功,不用任何附加,是非常难彼此直到现在混合在纳诺级和准备协调与域范围的 PA11 的十对几十倍毫微米 (1 毫微米 = 10-9 m) 在 PVDF 阶段 (图 1) 密集地同类地被分散。

直到现在,为了不溶的聚合物混合,附加为纳诺散射使用了,但是他们运作作为杂质并且导致缺陷,造成问题为实用的使用。 另一方面,考虑有一个低限对被分散的聚合物阶段的域范围,当曾经纯粹地机械混和时。

在此工作,我们有,第一次在世界上,在聚合物混合的认识到的纳诺散射结构与高剪处理技术,但是没有任何附加; 得到的被分散的域范围小于早先极限值一等级。 此外,我们发现纳诺结构可能卓越地提高混合的机械性能。 我们的方法也认为有用的为无机分散剂例如碳 nanotubes 和可以因而适用于医学和化妆用品。 而且,如不仅混和,而且交联回应可以同时完成在高剪流程字段下,新的弹性体的创建可以预计。

AZoNano - 纳米技术 A 到 Z - 使用高剪处理准备的 PVDF/PA11 混合的传输电子显微镜图象。 PA11 十对几十倍直径 (来回黑色零件) 的毫微米在 PVDF 矩阵 (空白后台区) 密集地同类地被分散。

图 1。

研究工作的背景

聚合物使用了作为功能,高性能和基本材料在各种各样的行业域。 然而,单独唯一聚合物不可能回应各种各样的行业需要,并且因而多成分的聚合物系统例如混合、合金和综合当前用于创建高性能材料。 然而,大多有用的聚合物是几乎不溶的在一个分子级别。 即使他们在被熔化以后机械上被混和,他们很快陈列分相。 另外,分隔的被分散的聚合物阶段的域范围是数对几十倍 µm。

为此,聚合物混合的期望中的物理属性未获得。 因此,制造的不溶的聚合物方法兼容通过使用 compatibilizing 的作用者或通过起反应聚合物末端在界面 (易反应处理) 被开发了,但是他们有技术限额; 对使用这个前面的方法的电子材料,附加可能被认为杂质,并且导致缺陷,造成大阻碍对物质性能的改进,并且为这个后方法,对物理属性性能的减少由于子回应被指出了。

研究工作的历史记录

AIST 提前基础研究到一个简单,干净的技术创建纳诺分散性不溶聚合物混合。 对纳米技术程序、 “项目在 Nanostructured 聚合物材料” (在会计年度 2001-2004) 新的能源和行业技术开发组织 (NEDO),我们执行了对聚合物混合系统的原地阶段工作情况分析在外场下,并且从而我们认为必须通过应用高剪流程字段认识到不溶的聚合物的纳诺散射混合。

常规挤压机不可能生成足够高剪费率,并且我们共同地因而开发了与 Imoto Seisakusho Co.,有限公司,挤压机启用 1000 秒数的高剪费率的生成-1

研究工作详细资料

被发展的高剪挤压机可能生成 4400 秒数的剪费率以 3000 个转每分钟的螺丝转动速度。 并且,使用一个反馈型的螺丝,混合的时刻可以任意地被设置,高速转动螺丝。 换句话说,此挤压机在高剪流状态可能长期保持。

AZoNano - 纳米技术 A 到 Z - 我们发展了的高剪挤压机

图 2。

使用此挤压机,我们在准备不溶的聚合物, PVDF 和 PA11 的混溶性混合成功; 与域范围的 PA11 的十对几十倍直径的毫微米在 PVDF 矩阵同类地被分散。 准备的纳诺结构可能显著提高混合的物理属性。 例如,图 3 显示应力应变曲线为 PVDF/PA11 = 80/20 混合。

如曲线 a 所显示,一个常规技术形成的混合范例显示仅一点伸长,如曲线 b 所显示,而高剪挤压机准备的范例被发展大于那陈列大伸长在终止,与五次相应在曲线 a 的范例,因为与几十倍的域范围的 PA11 阶段直径的毫微米在 PVDF 区域被分散。

AZoNano - 纳米技术 A 到 Z - 应力应变曲线 PVDF/PA11 = 的 80/20 混合系统 A. PVDF/PA11 = 的一个常规混和的方法形成的 80/20 混合 B. PVDF/PA11 = 高剪挤压机形成的 80/20 混合

图 3. 的 A. PVDF/PA11 = 80/20 混合用一个常规混和的方法形成了
的 b. PVDF/PA11 = 80/20 混合由高剪挤压机形成了

PVDF 和 PA11 是铁电的聚合物,并且混合的他们与纳诺散射结构预计有非常好的铁电性。 表 1 显示残余极化值 (PR : 电位移 D 的值在一个电场的 E = 0) 在铁电的迟滞现象 (D-E 曲线) 使用一个常规设备和我们的高剪挤压机,为 PVDF/PA11 = 80/20 混合准备。 PA11 的 PR 值是近似一半那 PVDF (PR = 76),并且因而,混合的 PR 值通过混和预计减少。 然而,我们发现我们的高剪挤压机形成的纳诺散射混合系统的 PR 值是可比较的对或超出那 PVDF。

表 1。

残余极化

范例混合用一个常规混和的方法形成了

我们的高剪挤压机形成的范例混合

PR (mC/m)2

20-30

75-91

而且,如明显地显示在表 1,我们的高剪挤压机显示 PR 得到的混合范例重视 3-4 次那些一个常规方法准备的混合范例。 这可能归结于纳诺散射结构的形成在范例的在高剪混和的进程中。 如上所述,高剪处理技术启用纳诺结构的不仅形成 PVDF/PA11 混合的,而且他们的黏附力性能的一种巨大改进和机械性能,例如伸长,哪些是 PVDF 的缺点,导致新的高度增值的材料的创建。 聚合物混合的铁电性的评估使用的共同地执行了与东京理科大学 (Takeo Furukawa,科学分部系我,化学) 教授。

未来远景

我们计划适用我们的高剪处理技术于各种各样的聚合物混合系统创建使用改进的聚合物掺混性和纳诺散射结构的新的材料。 此外,我们计划使用我们的新的纳诺综合材料的创建的技术,即,因为高剪流程字段可能也是有用很好分散补白黏土 (层状硅酸盐),炭黑、碳纳诺管等等在基体材料。

特别是,因为它启用纳诺缩放比例散射,不用任何附加例如 compatibilizing 的作用者,我们的技术可以使用作为一个干净的方法为医学和化妆用品的生产。 此外,当我们的方法可能提供不仅高剪流程字段,而且一个回应域,即,动态交联回应的,同时,它一定也是有用的为弹性体的创建等等。 因此,我们由与公司的联合研究瞄准对新的材料的创建和实用的使用。

来源: AIST

关于此来源的更多信息请参观 AIST

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

Last Update: 13. June 2013 09:12

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