מבנה מתאם נכס של Bionanocomposites באמצעות ניתוח תרמי Nano ו-Nano ת"א מ Anasys מכשירים

:: AZoNanotechnology סעיף

נושאים מקורה

הקדמה
ניסיוני פרטי
חומרים
תוצאות ודיון
התגבשות של PLA / xGnP מרוכבים (ננו ת"א תוצאות בדיקה תרמית)
מסקנות

הקדמה

הדמיון בין מימדי מאפיינים פיזיים של פולימרים (כגון רדיוס של הסתובבות ועובי lamellar) ו חלקיקים בגודל ננו חיזוק להוביל הצורך ללכת מעבר למערכות מלא ולחקור בתוך פולימר החלקיקים אינטראקציות פרט אחראי תכונות משופרות של nanocomposites פולימרי. נפיצה היא נושא מפתח nanocomposites עיבוד פולימרים, ויש לו השפעה חזקה על תכונות מכניות. בניגוד הפרדת פאזות (סביר יותר להתרחש כאשר שילוב של מיקרו בגודל תופסי פולימרים), כמו גודל של תופסי את מטריצות פולימר פוחתת, פיזור למסכת להפוך את הבעיות החשובות שיש להתגבר כאשר מנסים להשיג ביצועים גבוהים nanocomposites .

במקרה של מטריצות פולימר semicrystalline, חלקיקים רבים לשמש תגבורת הוצגו לפעול כסוכנים nucleating הטרוגנית יכול לשמש מבנה הדירקטוריון מורפולוגיה. Nanoplatelets גרפיט מודבק (xGnP (TM) המהווה סימן מסחר של XG Sciences, Inc) הוצגו semicrystalline nucleate מטריצות פולימר כגון פוליפרופילן, ו poly (3-hydroxybutyrate), הקובע שינויים דרמטיים בשערי התגבשות, מורפולוגיה פולימר, ו תכונותיהם של חומרים מרוכבים כתוצאה.

המחקר הנוכחי מתמקד באמצעות ננו ת"א בדיקה תרמית להערכת ההשפעה nucleating של xGnP (TM) על ביו פולימר, פולי (L-לקטית וחומצה), ועל הנוגעים שינויים במורפולוגיה של פולימר לשינויים תכונות מכניות של חומרים מרוכבים.

Nano-TA בדיקה תרמית היא טכניקה לוקליזציה ניתוח תרמי המשלבת את הדמיה ברזולוציה מרחבית גבוהה יכולות של מיקרוסקופ כוח אטומי עם היכולת להשיג הבנה של התנהגות תרמית של חומרים עם רזולוציה מרחבית של תת 100nm. טיפ קונבנציונאלי AFM מוחלפת מיוחד בדיקה ננו ת"א תרמית שיש לו דוד זעירים מוטבעים נשלטת על ידי שתוכנן במיוחד ננו ת"א בדיקה תרמית חומרה, תוכנה. AFM מאפשרת משטח להיות דמיינו ברזולוציה של ננו עם מצבי שגרה שלה הדמיה, אשר מאפשר למשתמש לבחור את המיקומים המרחבי בו כדי לחקור את התכונות התרמיות של פני השטח. המשתמש ואז מקבל את המידע הזה על ידי יישום חום מקומי באמצעות בדיקה קצה ומדידת התגובה thermomechanical. היו מספר דוגמאות בספרות של היישום של LTA משנה 100nm בתחום של פולימרים תרופות.

ניסיוני פרטי

חומרים

שני שונות משקל מולקולרי פולי (L-חומצה לקטית) דגימות שימשו במחקר זה: RESOMERR L209S ו L210S RESOMERR. Nanoplatelets גרפיט מודבק שיש הגודל הממוצע של 1 מיקרומטר (xGnP-1) הופק על in-house. XGnP יש שטח של כ 100 מ ^'2 / g והוא כולל של טסיות כ 10 ננומטר עובי 1 מיקרומטר קוטר.

מרוכבים חומצה polylactic עם nanoplatelets גרפיט מורחב (PLA/xGnP-1) הוכנו על ידי פתרון ערבוב דפוס דחיסה. טעינת xGnP-1 נע בין 0% ל -9% wt wt עבור שתי דגימות PLA (L209S ו - 210S).

תוצאות ודיון

התגבשות של PLA / xGnP מרוכבים (DSC ניתוח): אחסון moduli של PLA / xGnP-1 מרוכבים, גדל עם כמויות גדלות והולכות של xGnP-1 במטריצה ​​פולימר. Polylactides semicrystalline הם פולימרים, שלהם תכונות מכניות, וכן תכונות מכניות של חומרים מרוכבים אשר הם משמשים מטריצות, צפויים תלוי crystallinity ומורפולוגיה. מאז דגימות מרוכבים הוכנו באמצעות דפוס דחיסה, שיטת עיבוד דינמי, את התגבשות nonisothermal מן להמיס את נותח על מנת להבהיר את ההבדלים שנצפו אחסון moduli.

כפי שמוצג באיור 1, הניתוח של DSC-PLA L209S, PLA L210S, וחומרים מרוכבים שלהם עם xGnP-1 עולה כי התנהגות התגבשות של שתי דגימות PLA הושפע באופן משמעותי על ידי xGnP-1. כמויות נמוכות של עופרת xGnP-1 (עד 1% wt) כדי להמיס גדל בטמפרטורות התגבשות, אשר הצביעו על השפעה של nucleating nanoplatelets, בדומה לאפקט nucleating נצפו לאחרונה polyhydroxybutyrate/xGnP-1 ו polypropylene/xGnP-1 מרוכבים . עבור 1% wt xGnP-1, הבדל ברור נצפתה איור 1 בין PLA L209S ו PLA L210S: עבור מדגם משקל מולקולרי נמוך PLA, עקומת bimodal התגבשות nonisothermal נצפתה, אשר יכול להיות קשור לבעיות פיזור המוביל של הפרעה קריסטל הצמיחה. הבדלים משמעותיים בהתנהגות התגבשות להמיס נצפו בין מרוכבים של שני polylactides שונים משקל מולקולרי המכילות כמויות של xGnP-1 גבוה מ wt 1%. עקומות התגבשות Bimodal נצפו נוספת מטריצות הן כמויות מוגברת של xGnP-1, המציין הצטברות אפשרית של טסיות הדם ויצירת פולימר עשיר אזורים.

באיור 1. DSC ניתוח לגיבוש nonisothermal מן להמיס של (א) PLA L209S ו (ב) PLA 210S

ניתוח DSC (איור 2.) ציינו כי מסודר PLA L209S ו PLA L210S להמיס ב 179-180 ° C. עבור שני מרוכבים פולימר עם xGnP-1, פסגות ההיתוך bimodal נרשמו. שיאים נוספים (כתפיים) נצפו ב 181-182 מעלות צלזיוס בדגימות המכיל xGnP-1. פסגות הטמפרטורה גבוהה יותר יוחסו האזורים פולימר לכוד בין nanoplatelets גרפיט, אשר לעכב את המעבר נמס. כפי שמוצג באיור 2, ניתוח DSC גם גילה כי פולימרים מסודר לעבור התגבשות קר, עם חימום של בטמפרטורת החדר. השיא בטמפרטורות קרות התגבשות נרשמו בין 93-106 מעלות צלזיוס, תלוי בקצב חימום. עם זאת, ניתוח DSC לא לזהות התגבשות קר לאחר תוספת של xGnP-1 או עד אחד מטריצות פולימר.

באיור 2. DSC thermograms מראה את התגבשות ההיתוך הקר של (א) PLA L209S ו (ב) PLA L210S בשלושה שיעורי חימום שונים

איור 3 מראה דוגמא של ההשפעה של xGnP-1 על גודל של מבנים גבישיים שהוקמה על ידי L210S PLA עם קירור nonisothermal מן להמיס את. PLA מסודר צורות מבנים spherulitic 20-100 מיקרומטר קוטר (איור 3 א). תוספת של 0.01% wt xGnP-1 להוביל להיווצרות של מבנים גבישיים קטנים יותר (איור 3, ב), בעוד מבנים גבישיים לא היו לגילוי באמצעות מיקרוסקופ אופטי, כאשר סכומי xGnP-1 עלה 1% wt.

איור. 3. Micrographs אופטי מראה spherulites של (א) טהור PLA L210S (ב) PLA wt L210S/0.01% xGnP-1 ו (ג) PLA L210S / 5 wt% xGnP-1