Polimer nanokompozitok



Hasonló dokumentumok
Szén nanoszerkezetekkel adalékolt szilícium-nitrid. nanokompozitok. Tapasztó Orsolya MTA TTK Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet

Elektromosságot vezető szerves polimerek a XXI. század műanyag fémei

Anyagismeret. Polimer habok. Hab:

1 ábra a) Kompaundálás kétcsigás extruderben, előtermék: granulátum, b) extrudált lemez vákuumformázásának technológiai lépései, c) fröccsöntés

Polimer kompozitok alapanyagai, tulajdonságai, kompozitmechanikai alapok

Hallgatói Tájékoztató 2012 Kutatás, témák, TDK lehetőségek. Menyhárd Alfréd Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék. Budapest április 25.

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

Anyagtudomány: hagyományos szerkezeti anyagok és polimerek

MELLÉKLET. a következőhöz: A Bizottság felhatalmazáson alapuló rendelete

Szilárd anyagok. Műszaki kémia, Anyagtan I. 7. előadás. Dolgosné dr. Kovács Anita egy.doc. PTE MIK Környezetmérnöki Tanszék

Titán alapú biokompatibilis vékonyrétegek: előállítása és vizsgálata

Szerkezet és tulajdonságok

Polimerek fizikai, mechanikai, termikus tulajdonságai

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

Megújuló kompozitok, anyagok

Termikus analízis alkalmazhatósága a polimerek anyagvizsgálatában és jellemzésében

A jövő anyaga: a szilícium. Az atomoktól a csillagokig február 24.

A tételekhez segédeszköz nem használható.

Tárgyszavak: kompozit; önerősítés; polipropilén; műanyag-feldolgozás; mechanikai tulajdonságok.

Többfalú szén nanocső tartalmú polimer nanokompozitok előállítása és tanulmányozása

Analitikai szenzorok második rész

MŰANYAGOK ALKALMAZÁSA

Termoelektromos polimerek és polimerkompozitok

Szakmai tevékenység az MTA TTK Polimer Fizikai Kutatócsoportjában és a BME Műanyag- és Gumiipari Laboratóriumában

MŰANYAGOK ALKALMAZÁSA, UTÓMŰVELETEK

Polimer nanokompozitok; előállítás, szerkezet és tulajdonságok

Lépcsős polimerizáció, térhálósodás; anyagismeret

Félvezető és mágneses polimerek és kompozitok

FÉM-OXIDOKKAL BORÍTOTT TÖBBFALÚ SZÉN NANOCSŐ KOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA

a textil-szövet hosszirányú szálainak és a teljes szálmennyiségnek a térfogati aránya,

MŰANYAGFAJTÁK ÉS KOMPOZITOK

Tárgyszavak: alakmemória-polimerek; elektromosan vezető adalékok; nanokompozitok; elektronika; dópolás.

Társított és összetett rendszerek

Szálerősített anyagok fröccsöntése Dr. KOVÁCS József Gábor

Hosszú szénszállal ersített manyagkompozitok mechanikai tulajdonságainak vizsgálata

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

MULTICLEAR TM ÜREGKAMRÁS POLIKARBONÁT LEMEZEK. Müszaki Adatlap

BÕVÍTETT RÉSZLETEZÕ OKIRAT (1)

Havancsák Károly, ELTE TTK Fizikai Intézet. A nanovilág. tudománya és technológiája

Nyomásérzékelés

Alkímia Ma. az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával. KÖZÉPISKOLAI KÉMIAI LAPOK

2. modul 2. lecke: Oxidkerámiák

Szilícium karbid nanokristályok előállítása és jellemzése - Munkabeszámoló -

Titán-dioxid alapú, többfalú szén nanocső tartalmú kompozitok előállítása, jellemzése és fotokatalitikus aktivitásuk vizsgálata

Deformáció hatása a hidrogéntárolás tulajdonságaira Mg-alapú amorf ötvözetben

SZÉN NANOCSŐ KOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémia és Technológia Tanszék. TDK dolgozat

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

Kerámiák és kompozitok a munkavédelemben

Szigetelők Félvezetők Vezetők

Tárgyszavak: polilaktid; biológiai lebomlás; komposztálhatóság; megújuló nyersanyagforrás; feldolgozás; tulajdonságok.

Autóalkatrészek hosszú üvegszálas poliolefinekből

Kerámiák és kompozitok (gyakorlati elokész

Kapd fel a csomagod, üdvözöld a kalauzt és szállj fel!

Lexan Thermoclear Plus Műszaki segédlet Üregkamrás polikarbonát lemezek

2 modul 3. lecke: Nem-oxid kerámiák

NANOTECHNOLÓGIA - KÖZÉPISKOLÁSOKNAK NAOTECHNOLOGY FOR STUDENTS

MŰANYAGFAJTÁK ÉS KOMPOZITOK

7. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

Funkcionálisan gradiens anyagszerkezetű kompozit görgő végeselemes vizsgálata

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

MŰANYAGOK ALKALMAZÁSA, UTÓMŰVELETEK

Műanyagalakító szerszámacélok

Zárójelentés. 1. Bevezetés

OTKA beszámoló

Kerámia, üveg és fém-kerámia implantátumok. BME Anyagtudomány és Technológia Tsz.

Öntött poliamid 6 mátrixú nanokompozit fejlesztése

SZENT ISTVÁN EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR. Öntött Poliamid 6 nanokompozit fejlesztése

FASZÁRÍTÓ BERENDEZÉS - LEM

a NAT /2010 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI


SiAlON. , TiC, TiN, B 4 O 3

Mobilitás és Környezet Konferencia

I. JOGI SZABÁLYOZÁS ÉS ÁLTALÁNOS FELTÉTELEK

A polimer elektronika

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

Az anyagok mágneses tulajdonságai

Elektrokémiai fémleválasztás. Az elektrokémiai fémleválasztás speciális fogalmai és laboratóriumi kísérleti módszerei Galvántechnikai alapok

Orvosi implantátumok anyagai

A4. Hőre lágyuló műanyagok melegalakítása

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

XIII. előadás május 6. Kompozitok

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

Karbon nanocsövek tisztítása, minősítése, felületmódosítása

Új kötőanyagrendszer előállítása ipari hulladékanyag mechanokémiai aktiválásával

NANORENDSZEREK ÁLTALÁNOS TULAJDONSÁGAI ÉS ORVOSI ALKALMAZÁSAI

Szerkezet és tulajdonságok

kompozit profilok FORGALMAZÓ: Personal Visitor Kereskedelmi és Szolgáltató Bt Szeged, Délceg utca 32/B Magyarország

AZ EURÓPAI KÖZÖSSÉGEK BIZOTTSÁGA. Javaslat: A TANÁCS RENDELETE

Kutatási beszámoló. Kompozithuzalok mechanikai és villamos tulajdonságainak vizsgálata

Műszaki műanyagok tribológiai kutatása különböző rendszerekben

Az áramkörök aktív elemei, az áramkörgyártás főbb technológiái

Fővállalkozó: TELVICE KFT. A projekt címe: Egységesített Jármű- és mobilgépek képzés- és tananyagfejlesztés

2. MODUL: Műszaki kerámiák

HKSF-PE típusú PN 10 nyomásfokozatú KPE gömbcsap

OptiLine 45 padlódobozok Bemutatás

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

Átírás:

Polimer nanokompozitok Hári József és Pukánszky Béla BME Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék Műanyag- és Gumiipari Laboratórium MTA TTK Anyag- és Környezetkémiai Intézet 2013. november 6.

Tartalom Bevezetés méretek, hajtóerő Kompozitok, nanokompozitok definíció típusok Rétegszilikát nanokompozitok várakozások szerkezet tulajdonságok Funkcionális kompozitok vezetőképesség hatóanyag leadás égésgátlás Összefoglalás Köszönetnyilvánítás 2

vízmolekula C60 fullerén Méretek, skála! 0.1 antitest HIV vírus 1 10 szalmonella baktérium 100 prosztata rák cella 1.000 Nagyítás: 100.000.000 10.000 100.000. nyomtatott pont 1.000.000 10.000.000 David N. Reinhoudt munkája alapján 100.000.000 3

Bevezetés hajtóerő a tranzisztor Méretcsökkentés: 10 cm 30 nm, >> 1,000,000 Intel 3-kapus tranzisztor 32 nm 22 nm 1947 a tranzisztor felfedezése (Bardeen, Brattain, Schockley; Bell Labs). Pont kontaktus tranzisztor két PN csatlakozással. Nobel Díj 1956. Egyatomos tranzisztor 4

Bevezetés nanoméretű anyagok vízoldható CdTe kvantum pont (American Dye Source) Stöber szilika nanorészecskék polimer/szilikát nanokompozitok dendrimerek fém kristályszerkezet szén nanoszerkezetek Biotin-streptavidin 5

Kompozitok definíciók Kompozit: töltő- vagy erősítőanyagot tartalmazó polimer mátrix; a módosítás gyakran a merevség és szilárdság egyidejű növekedését eredményezi. Elv: a nagy szilárdságú és merevségű erősítőanyag viseli a terhelést, a mátrix pedig átadja azt az egyik részecskéről vagy szálról a másikra. Feltételek: az erősítőanyag a terhelés irányába álljon tökéletes adhézió a komponensek között méretkövetelmények (alaki tényező, fajlagos felület) 6

Nanokompozitok definíciók, típusok Definíció: polimer kompozit, amelyben a társító komponens (töltőanyag, szál, más erősítőanyag) legalább egyik mérete a nanométeres tartományba esik. Osztályozás típusok szerint molekuláris kompozitok kolloidális kompozitok rétegszilikát nanokompozitok Osztályozás dimenziók szerint háromdimenziós szemcsék (SiO 2, CaCO 3, POSS) kétdimenziós nanocsövek (CNT), szálak egydimenziós lemezek (rétegszilikátok) 7

Csoportosítás szférikus részecskék ezüst nanoszemcsék TiO 2 POSS SiO 2 A legnagyobb probléma az aggregáció. 8

Csoportosítás nanocsövek, szálak Az egy és többfalú nanocsövekhez sok reményt fűztek, az eredmények még váratnak magukra. 9

Csoportosítás szén szerkezetek, szálak, lemezek Anyag Szakítószilárdság Hővezető képesség (W/m 2 K) Elektromos vezetés (S/m) Grafén 130 ± 10 GPa 4.84-5.30 10 3 7200 Szén nanocső 60 150 GPa 3500 3000 4000 Kevlár szál 3.6 GPa 0.04 szigetelő Nanoméretű acél 1.8 GPa 5 6 1.35 10 6 Nagy sűrűségű PE 0.03 GPa 0.46 0.52 szigetelő A fullerén a szén nanocsövek és a grafén rokon szerkezetek. Jelenleg a grafén a sláger. Nagy szilárdság, vezetőképesség. 10

Csoportosítás lemezek kettőshidroxid MMT grafén 11

Rétegszilikát kompozitok állítólagos előnyök nagy merevség nagy szilárdság nagy hőalaktartóság (HDT) csökkent éghetőség korlátozott gázáteresztés, jó záróképesség erősítés kis szilikát tartalomnál Relatív modulus, E/E m 4 3 2 1 üvegszál rétegszilikát szén nanocső 0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 Erősítőanyag térfogattört Az erősítés feltétele a nagymértékű exfoliáció, az orientáció és az erős határfelületi adhézió. 12

Hőalaktartóság, HDT ( C) Szakítószilárdság (MPa) Rétegszilikát kompozitok valóság 180 70 150 120 nanokompozit PP/üvegszál 60 50 PS 90 40 PS+OMMT2 PS+OMMT3 30 PS+OMMT1 60 20 30 0 10 20 30 40 Erősítőanyag (m/m%) 0 10 10 m/m% OMMT Ellentmondásos eredmények, a várt tulajdonságjavulás sok esetben elmarad. Kojima, Y. et al. J. Polym. Sci., Polym. Chem. A31, 983 (1993) Wang, H. et al, Polym Eng Sci 41, 2036 (2001) 13

Rétegszilikátok rétegszerkezet rétegszerkezet cserélhető kationok, változó rétegtávolság 14

Rétegszilikátok rétegszerkezet, módosítás hidratált MMT, G. Sposito et al. ioncsere, kvaterner ammónium ion 15

Rétegszilikát kompozitok szerkezet WAXS és TEM mérésekre alapozva jelentős vagy teljes exfoliációt állítanak, a valóságban mértéke nem ismert; a lemezek orientációja véletlenszerű. Nam, P. H. et al, Polymer 42, 9633 (2001) 16

Intenzitás (cps) Intenzitás (cps) Rétegszilikát kompozitok szerkezet kapcsolóanyaggal 30 % MAPP 0 % MAPP PP/MAPP 2 4 6 8 10 2 (fok) PP/OMMT PP 2 4 6 8 10 2 (fok) kapcsolóanyag nélkül A legnagyobb probléma a homogenitás. Kapcsolóanyaggal javítják, de a megoldás nem tökéletes. 17

Rétegszilikát kompozitok tulajdonságok A szakítóvizsgálat sok értékes információt szolgáltat a szerkezetről és a kölcsönhatásokról. 18

Folyási feszültség (MPa) ln(relatív folyási feszültség) Rétegszilikát kompozitok tulajdonságok 50 Reichert 0.4 B = 15.6 40 30 Liu Svoboda Manias 0.3 B = 7.2 B = 4.3 20 Százdi 0.2 B = 2.6 10 Chen 0.1 B = 0.2 0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 Szilikát térfogattört 0.0 0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 Szilikát térfogattört A tulajdonságok és az erősítés mértéke széles tartományban változik annak ellenére, hogy a szerkezet a legtöbb esetben állítólag hasonló. 19

Rétegszilikát kompozitok az exfoliáció mértéke Töltőanyag B paraméter Fajlagos felület Exfoliáció mértéke (m 2 /g) (%) CaCO 3 1.5 3.3 0 MMT 1.8 26.0 0 MMT 195.0 a 750.0 100 OMMT 15.6 55.1 b 7.5 a teljes exfoliáció feltételezésével publikált fajlagos felületből számítva b a legnagyobb irodalomban közölt B értékből számolva A gyakorlatilag elért erősítés és az exfoliáció mértéke kicsi, utóbbi kisebb mint 10 % az elméleti maximumhoz viszonyítva. 20

Nanokompozitok alkalmazás A nanokompozitok szerkezeti anyagként igen ritkán alkalmazhatók költséghatékonyan. Megoldás: funkcionális anyagok. 21

Térfogati ellenállás ( cm) Alkalmazás vezetőképesség villám által okozott károsodás 10 20 A mechanikai jellemzők eddig elkeserítők (E. Thostenson et al.). 10 15 10 10 MWCNT CB 10 5 SWCNT 10 0 0 4 8 12 16 Töltőanyagtartalom (m/m%) A diszpergálhatóságot funkcionalizálással javítják. elektromos vezetés 22

Alkalmazás vezetőképesség Nyomtatott grafén festék lopás vagy babrálás ellen. Minden csomagolás egyedileg riaszt sérülés vagy lopási kísérlet esetén. 23

MFI (g/10 min) Yellowness index Alkalmazás hatóanyag leadás 0.24 0.20 extrusion 1 120 100 0.16 extrusion 6 80 0.12 60 0.08 40 0.04 20 0.00 0 50 100 150 200 250 Quercetin content (ppm) 0 0 200 400 600 800 1000 Quercetin content (ppm) A természetes antioxidáns olvadási hőmérséklete magas és rosszul oldódik. Halloysite hordozó. 24

Alkalmazás hatóanyag leadás szilikát aluminium oxid Halloysite víz molekulák üreg réteg OH belső OH él OH külső SiO 25

Alkalmazás gázzárás Elv: megnövekedett diffúziós út. Kevés megbízható eredmény, ellentmondások. A szerkezet (exfoliáció) nagyon fontos. 26

Alkalmazás égésgátlás Elv: elszenesedett kéreg képződése, ami megakadályozza a transzportfolyamatokat (tömegveszteség, gázok). Hagyományos égésgátlók használata szükséges. 27

Következtetések Az érdeklődés a nanotechnológia iránt nagy a tudomány és az ipar részéről is. A polimer nanokompozitokkal kapcsolatos ismereteink korlátozottak. Szerkezetük lényegesen bonyolultabb a feltételezettnél. A kulcs a homogenitás és az exfoliáció mértéke (rétegszilikát), amit termodinamikai és kinetikai tényezők határoznak meg. Csak a kölcsönhatások módosítása és kontrollálása eredményez a jelenleginél jobb tulajdonságú nanokompozitokat. A szerkezet mennyiségi jellemzése elengedhetetlen a tulajdonságok előrejelzése érdekében, a jelenleg használt módszerek nem kielégítők. Alkalmazásuk szerkezeti anyagként korlátozott, funkcionális jellemzőkkel kell rendelkezniük. Az ellentmondások, nehézségek és az általános hisztéria ellenére a nanotechnológia számos lehetőséget rejt magában. Az áttöréshez azonban sok területen további munka szükséges. 28

Köszönetnyilvánítás, résztvevők Sajó István WAXS mérések Grósz Tamás WAXS mérések Rácz Lajos PA kompozitok Varga Katalin PVC kompozitok Csapó Ibolya PVC kompozitok Laurence Daheron PVC kompozitok Fráter Tünde PP kompozitok Pozsgay András PA, PVC, PP kompozitok Százdi László modellszámítások Dominkovics Zita PP kompozitok Papp László PP kompozitok ifj. Pukánszky Béla SEM, TEM felvételek Renner Károly SEM analízis Kovács János reológia Ábrányi Ágnes reológia Móczó János CaCO 3 kompozit adatok TVK Rt. PP minták Zoltek Rt. PA minták, támogatás OTKA T 043517, K1, K2 anyagi támogatás 29