Strukturera, och EgenskapsKorrelationen av Bionanocomposites genom Att Använda Nano Termisk Analys och nano-TAEN från Anasys Instrumenterar

Täckte Ämnen

Inledning
Experimentellt Specificerar
Material
Resultat och Diskussion
Kristallisering av PLA-/xGnPKomposit (termiska resultat för sond nano-TA)
Avslutningar

Inledning

Dimensionella likheter mellan läkarundersökningkännetecken av polymrer (liksom radie av gyration och lamellar tjocklek) och nano-storleksanpassat förstärka partiklar som är bly- till nödvändigheten för att gå det okända fyllda system och för att undersöka in, specificerar polymer-partikeln växelverkanansvariga för den förbättrade rekvisitan av polymernanocomposites. Spridning är ett nyckel- utfärdar, i att bearbeta polymernanocomposites och har ett starkt att få effekt på mekanisk rekvisita. Som motsatt för att arrangera gradvis avskiljande (troligen att uppstå, när inkorporera mikro-storleksanpassade utfyllnadsgods i polymrer), som storleksanpassa av utfyllnadsgodsen i polymermatrisminskningarna, blir spridning och gytter de viktiga problemen som är betagna, när de försöker att erhålla kick-kapacitet nanocomposites.

I fallet av semicrystalline polymermatriser visades kan talrika nanoparticles som användes som förstärkningar, för att agera som heterogena nucleating medel och användas som strukturerar och morfologidirektörer. Exfoliated grafitnanoplatelets (markerar xGnP (TM) som är en handel, av XG Vetenskaper, Inc.), visades till nucleate semicrystalline polymermatriser liksom polypropylene, och poly (3-hydroxybutyrate) och att bestämma dramatiska ändringar i kristallisering klassar, polymermorfologi och rekvisita av de resulterande komposierna.

Den närvarande studien fokuserar på att använda nano-TA som den termiska sonden för utvärderingen av nucleatingen verkställer av xGnP (TM) på enpolymer som är poly (L-Lactic syra) och på att förbinda ändringar i polymerns morfologi till ändringar i den mekaniska rekvisitan av komposierna.

Är den termiska sonden Nano-TA en Lokaliserad teknik för Termisk Analys som sammanslutningar den rumsliga upplösningen för kicken som avbildar kapaciteter av atom- styrkamicroscopy med kapaciteten att erhålla överenskommelse av det termiska uppförandet av material med en rumslig upplösning av sub-100nm. Den konventionella AFM-spetsen byts ut av sakkunnignano-TA en termisk sond, som har en inbäddad miniatyrvärmeapparat, och kontrolleras av den special planlagda termiska maskinvaran och programvaran för sond nano-TA. AFMEN möjliggör en ytbehandla som ska visualiseras på nanoscaleupplösning med dess rutinmässiga avbilda funktionslägen, som låter användaren välja de rumsliga lägena, på som att utforska den termiska rekvisitan av ytbehandla. Användaren erhåller därefter denna information, genom att applicera, värmer lokalt via sondspetsen och att mäta det thermomechanical svaret. Det har finnas flera exempel i litteraturen av applikationen av sub-100nm som ÄR LTA i sätta in av Polymrer och Pharmaceuticals.

Experimentellt Specificerar

Material

Två olika molekylärt väger poly (L-Lactic syra) tar prov användes i denna studie: RESOMERR L209S och RESOMERR L210S. Exfoliated grafitnanoplatelets som har ett genomsnitt, storleksanpassar av 1 µm (xGnP-1) var det producerade i-huset. XGnPen har ett ytbehandlaområde av ~100 m/g2 och består av platelets ungefärligt 10 nm i tjocklek och 1 µm i diameter.

Polylactic syrliga komposit med utvidgade grafitnanoplatelets (PLA/xGnP-1) var förberedda av lösningen som blandar och att gjuta för kompression. Ladda som xGnP-1 är omväxlande från 0 WT % till 9 WT % för båda PLA, tar prov (L209S och 210S).

Resultat och Diskussion

Kristallisering av PLA-/xGnPkomposit (DSC-Analys): Lagringsmodulina av komposit PLA/xGnP-1, ökande med ökande belopp av xGnP-1 i polymermatrisen. Polylactides är semicrystalline polymrer, och deras mekaniska rekvisita såväl som den mekaniska rekvisitan av komposierna som de serven som matriser, förväntas för att bero för på crystallinity och morfologi. Sedan komposit tar prov var förberedd genom att använda kompression som gjuter, en dynamisk bearbeta metod, den nonisothermal kristalliseringen från melten, analyserades för att belysa skillnaderna som observeras i lagringsmoduli.

Som visat i Fig 1, avslöjde DSC-analysen av PLA L209S, PLA L210S och deras komposit med xGnP-1 att kristalliseringsuppförandet av båda PLA tar prov påverkades markant av xGnP-1. Låga belopp av bly- xGnP-1 (upp till 1% vikt) till ökande meltkristalliseringstemperaturer, som indikerade en nucleating, verkställer av nanoplateletsna, liknande till nucleatingen verkställer observerat för en tid sedan i polyhydroxybutyrate/xGnP-1 och komposit polypropylene/xGnP-1. För 1% vikt xGnP-1, observerades en klar skillnad i Fig 1 mellan PLA L209S och PLA L210S: för den molekylära lowen - väga PLA tar prov, en bimodal nonisothermal kristallisering buktar observerades, som kunde förbindas till spridning utfärdar att leda till hindrar av crystal tillväxt. Inga viktiga skillnader i meltkristalliseringsuppförandet observerades mellan komposierna av det två olika molekylärt väger polylactides som innehåller belopp av vikt för xGnP-1 higher än 1%. Bimodal kristallisering buktar observerades vidare för ökande belopp av xGnP-1 i båda matriser som indikerar möjlighetgytter av plateletsna och skapelsen av polymer-rika regioner.

Figurera 1. DSC-analys av den nonisothermal kristalliseringen från melten av (a) PLA L209S och (b) PLA 210S

DSC-analysen (Fig 2.) indikerade att proper PLA L209S och PLA L210S smälter på 179-180 °C. För båda polymerkomposit med xGnP-1 nå en höjdpunkt bimodal smältning antecknades. Extra nå en höjdpunkt (knuffar), observerades på °C 181-182 i tar prov att innehålla xGnP-1. Den högre temperaturen nå en höjdpunkt tillskrivades till polymerregioner som snärjas mellan grafitnanoplatelets, som fördröjer den smältande övergången. Som visat i Fig 2, avslöjde DSC-analysen också, att de propra polymrerna genomgår kall kristallisering, på uppvärmning från rumstemperatur. De maximala temperaturerna för kall kristallisering antecknades mellan 93 - °C 106, beroende av uppvärmningen klassar. Emellertid avkände DSC-analysen inte kall kristallisering efter tillägg av xGnP-1 till endera en av polymermatriserna.

Figurera 2. DSC-thermogramsvisningen den kalla kristalliseringen och smältningen av (a) PLA L209S och (b) PLA L210S på olik uppvärmning tre klassar

Figurera 3 shows som ett exempel av verkställa av xGnP-1 på storleksanpassa av det crystalline strukturerar bildat av PLA L210S med nonisothermal kyla från melten. Den propra PLAEN bildar spherulitic strukturerar µm 20 - 100 i diameter (Figurera 3a). Tillägget av 0.01% vikt xGnP-1 som är bly- till bildande av mycket mindre crystalline, strukturerar (Figurera 3, b), crystalline stunder strukturerar var inte användande optisk microscopy som kan spåras, då beloppen av xGnP-1 överskred 1 WT %.

Figurera. 3. Optiska micrographsvisningspherulites av (a) ren PLA L210S; (b) Vikt xGnP-1 för PLA L210S/0.01% och (c) vikt xGnP-1 för PLA L210S/5%

Kristallisering av PLA-/xGnPKomposit (termiska resultat för sond nano-TA)

Det smältande uppförandet av komposit PLA/xGnP-1 analyserades vidare genom att använda den termiska sonden nano-TA för att utforska möjlighetanslutningar mellan gytter av xGnP, och den molekylära polymern väger som inte bevisades av DSC-analysen. Resultaten visas i nedanför Fig 4. För den propra PLAEN L209S och PLA L210S, buktar temperaturen för avböjning kontra M-Formades: spetsavböjningen ökande på uppvärmning från rumstemperatur till ungefärligt 80°C som minskades, tills spetstemperaturen nedde °C ungefärligt 100, då ökade igen till starten av den smältande övergången (Tmo). Avslöjde den termiska sonden Nano-TA tre ha som huvudämne skillnader i det smältande uppförandet av det olika molekylärt väger PLA och deras komposit med xGnP-1:

  • Den antecknade Tmoen var lägre (°C för ~ 150) för PLA 209S än för PLA L210S (°C ~159). Lägre temperaturer antecknades också för starten av den smältande övergången av komposit för PLA L209S/xGnP-1 än för motstyckena för PLA L210S/xGnP-1.
  • Avböjningen buktar för komposit för PLA L209S/xGnP-1 M-Formades, liknande till buktar antecknat för den propra polymern (Figurera 4b). Temperaturen för avböjning buktar kontra för PLA L210S M-Formades också (Figurera 4a), men linjära förhöjningar av avböjning med temperatur antecknades för majoriteten av PLAEN L210S tar prov att innehålla xGnP-1.
  • För alla komposit för PLA L209S/xGnP-1 var de antecknade avböjningarna lägre, än avböjningen som mättes för den propra PLAEN L209S (Figurera 4b), högre avböjningar för stunder antecknades för alla komposit för PLA L210S/xGnP-1 än för den propra PLAEN L210S.

Figurera termisk sond 4 nano-TA buktar för (a) komposit för PLA som L210S/xGnP-1 och (b) för PLA L209S/xGnP-1 innehåller olika belopp (% vikt) av xGnP-1

Det verkar att vara tre möjlighetförklaringar för skillnaderna i smältande uppförande. Först väger skillnader i spridning xGnP-1 i de två PLA-matriserna av olikt molekylärt var ansedda att vara ansvariga för komposituppförandet, när de betvingas till termisk analys för nanoscale. Understödja kickuppvärmningen klassar extremt använt under scanningsonden som termisk analys misstänktes för att ha möjliggjort IDet av polymern kedjar beträffande-ordningar, som inte var som kan spåras vid konventionell termisk analys (DSC). Third kunde det första maximalt vara ett amorphous lagrar för ytbehandla som bildades. (Denna ska hypotes måste att vara utstuderad som del av en separat studie),

Möjligheten av olik spridning av xGnP-1 i de molekylära tvåna väger PLA tar prov indikerades också av Dynamisk Mekanisk Analys (DMA). DMA resulterar, indikerade i synnerhet att en mindre grad av förbättring i lagringsmodulus i fallet av komposit som är förberedda med det lägre molekylärt väger polymern. Det är rimligt att skingrade xGnP-1 förbättrar i PLA L210S, som var bättre nucleated vid nanoplateletsna och att frambringa mer polymercrystallites och mer få regioner, som xGnP-1 gyttrade ihop i. I de utstuderade systemen PLA/xGnP-1, strukturerar mer enhetlig crystalline skulle bly- till högre probabilities att de termiska för spetsmöten för sonden nano-TA spherulitesna för polymern ganska än regioner var xGnP-1 gyttrar ihop. Spetsavböjningen skulle förväntas att vara högre för polymer-rika regioner.

Är den termiska sonden Nano-TA en ytbehandlateknik som är väsensskild från DSC, som är en bulk karakteriseringmetod. Förutom denna viktiga skillnad klassar uppvärmningen använt av de två teknikerna är markant olik. DSC-körningarna som utforskar smältning och kristallisering, förades på att kyla för uppvärmning klassar av 3 °C/min, stunder under de termiska experimenten för sonden nano-TA som spetsen värmdes fastar extremt (600 °C/min). Detta skillnadstyrkakonto för kapaciteten av den termiska sonden nano-TA att avkänna polymerbeträffande-organisationen fenomen på ta prov för att ytbehandla, som inte är tydliga i större volym, tar prov upphettat på långsammare klassar under DSC-experimenten.

Förutom kristallisering från melten genomgår PLA kall kristallisering, på uppvärmning från rumstemperatur. För proper PLA tar prov använt i denna studie, uppstod kall kristallisering ovanför temperaturen för den glass övergången (°C 59-61) och nedanfört den smältande övergångstemperaturen (°C 179) (Figurera 2). Figurera 2 visar också att graden av kall kristallisering berodde på uppvärmning klassar för både PLA L209S och PLA L210S. För båda polymrer nå en höjdpunkt temperaturerna av starten av kall kristallisering och temperaturerna av den kalla kristalliseringen var högre för högre uppvärmning klassar.

Stunder främjar ska studier behöver att göras för att bekräfta detta (som nämnt tidigare), författarna tror att kall kristallisering av PLA i närvaroen av xGnP-1 avkändes exklusivt av den termiska sonden nano-TA och tros för att vara ansvariga för M-Shapen av temperaturen för avböjning buktar kontra. Ingen av de andra semicrystalline polymrerna, att vi använde den termiska på sonden nano-TA (på den samma uppvärmningen klassar) - PHB, PE, PP, Nylon - visad sådan bimodal uppförande och PLA är det enda som är bekant att genomgå kall kristallisering

Avslutningar

Exfoliated grafitnanoplatelets som har en genomsnittlig diameter av 1 µm (xGnP-1) visades till nucleate PLA och att påverka både den kalla kristalliseringen och kristalliseringen från melten av polymern. De hade också en förstärkning verkställa på PLA som leder till komposit med förbättrad mekanisk rekvisita, och detta som förstärker, verkställer verkat att vara anhörigen på det molekylärt väger av polymermatrisen. Det samma beloppet av xGnP-1 ledde till komposit med högre modulus (upp till 60% förbättring för 3% vikt xGnP-1) när du inkorporeras in i högre molekylärt, väga PLA, och frambragte inte viktig förbättring i fallet av ett lägre molekylärt väger matrisen. Skillnader i spridningen av xGnP-1 i polymermatriserna misstänktes för att vara det nödvändigt orsakar för skillnaderna i komposit rekvisita. Differentiell scanningcalorimetry (DSC) avslöjde skillnader i kristalliseringsuppförandet beroende av det molekylärt väger av PLA, men resultaten av denna klassiska metod för termisk analys kunde inte direkt förbindas till polymerns morfologi och till spridningen av xGnP. Avkände termiska mätningar för sond Nano-TA lyckat skillnader i kristalliseringsuppförandet av PLA i närvaroen av xGnP, beroende av det molekylärt väger av polymern.

Källa: Strukturera EgenskapsKorrelationen av Bio-nanocomposites
Författare: D.G. Miloaga, Dr. H.A. Hosein, M.J. Rik och Dr. L.T Drzal
För mer information på denna källa behaga besök Anasys Instrumenterar

Date Added: May 13, 2008 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 18:32

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit