polioksymetylen, montmorylonit, nanokompozyty polimerowe, właściwości mechaniczne, degradacja termooksydacyjna
Abstrakt
Polymer composites are important commercial materials with good mechanical and thermal properties dependent on interface interaction and aspect ratio of fillers. In recent years, polymer-nanoparticle composite materials have attracted the interest of a number of researchers, due to their synergistic and hybrid properties derived from several components. Nanocomposites are a new class of composites with small contents of nanoscale size fillers and excellent properties. In this work the results of kinetic analysis of thermooxidative degradation of POM/MMT nanocomposites modified with ammonium and imidazolium salts were presented. The influence of onium salt on kinetic parameters of degradation process was studied. Simulations of isothermal decompositions in oxidative atmosphere allowed to compare the rate of nanocomposites’ decomposition in 265˚C. The changes in thermal properties were explained in terms of limited oxygen diffusion into material. In case of the imidazolium salt the deterioration of thermal stability can be bounded with extensive production of volatile compounds via autocatalytic process produced by degradation products of organomodifier. The heat distortion temperature (HDT) and hardness of nanocomposites were found to increase as compared with neat POM, regardless of the type of onium salt applied for MMT modification. The WAXD diffractograms confirmed the intercalation and/or exfoliation of aluminum silicate layers dispersed in POM matrix. Nanocomposites of polyoxymethylene (POM) and organo-modified montmorillonite containing quaternary amines exhibited improved tensile strength and modulus as well as increased elongation at break. Both mechanical and thermal properties of nanocomposites varied depending on type of ammonium surfactant used for organomodification of MMT. The addition of imidazolium salt caused some detrimental effect on the mechanical properties of these systems.
Kompozyty polimerowe są ważnymi komercyjnymi materiałami o polepszonych właściwościach mechanicznych i cieplnych, zależnych od oddziaływań międzyfazowych oraz współczynnika kształtu napełniaczy. W ostatnich latach materiały kompozytowe na osnowie polimeru modyfikowane przez dodatek nanocząstek przyciągnęły zainteresowanie dużej liczby ośrodków badawczych z powodu ich hybrydowych właściwości i często obserwowanego efektu synergistycznego. Dodatkowo poprawę właściwości w nanokompozytach polimerowych uzyskuje się przy małych zawartościach napełniaczy. Dla uzyskanych nanokompozytów POM/MMT obserwowano wzrost twardości i temperatury mięknienia w porównaniu do naturalnego POM. Gęstość nanokompozytów nie ulegała zasadniczej zmianie, jak w przypadku klasycznych kompozytów napełnianych np. włóknem szklanym. Wykonane badania metodą szerokokątowej dyfrakcji rentgenowskiej pokazały zanik regularnej struktury warstw glinokrzemianu w nanokompozytach POM z dodatkiem soli imidazoliowej wskazujący na dobrą homogenizację nanododatku. W materiale zawierającym handlowy gatunek OMMT (Nanofil N3010) doszło do interkalacji polimeru pomiedzy warstwy MMT i zachowanie uporządkowanej struktury warstw glinokrzemianu. Przeprowadzono pomiary wytrzymałości na rozciąganie nanokompozytów z dodatkiem soli amoniowej oraz imidazoliowej. Nanokompozyty polioksymetylenu (POM) i montmorylonitu (MMT) organofilizowanego za pomocą związków powierzchniowo czynnych typu amin czwartorzędowych, wykazują zwiększoną wytrzymałość mechaniczną. Zaobserwowano, iż dodatek soli imidazoliowej niekorzystnie wpływa na niektóre właściwości mechaniczne tych systemów. Poprawa właściwości termicznych nanokompozytów w warunkach utleniających związana była z efektem barierowym, polegającym na ograniczeniu dyfuzji tlenu do wnętrza próbki przez zdyspergowane warstwy MMT. Pogorszenie stabilności termicznej w przypadku zastosowania soli imidazoliowej może być związane z efektem autokatalitycznym wywołanym obecnością produktów degradacji organicznego modyfikatora montmorylonitu wywołującego acydolizę polioksymetylenu. Zaprezentowano wyniki analizy kinetycznej degradacji nanokompozytów POM/OMMT modyfikowanych dodatkiem soli amoniowej i imidazoliowej w atmosferze powietrza. Następnie z wykorzystaniem metody regresji nielinowej poszukiwano teoretyczny model reakcji o najlepszym dopasowaniu do wyników eksperymentalnych w pierwszym etapie degradacji.
Klasyfikacja PKT
371743 Technologia tworzyw sztucznych
371700 Technologia budowy maszyn
370000 Budowa maszyn. Przemysł maszynowy i metalowy
