Нанокомпозитите, базирани на полимерни серии от химикали, се очертаха като важна област на изследване и приложение в науката за материалите. Тези материали съчетават уникалните свойства на полимерите с тези на наномащабните пълнители, което води до подобрени експлоатационни характеристики, които са силно търсени в различни индустрии. Като водещ доставчик на полимерни серии от химикали, ние сме добре запознати с методите за синтез на тези нанокомпозити, които ще разгледаме подробно в този блог.
1. In - situ полимеризация
Полимеризацията на място е един от най-често използваните методи за синтезиране на нанокомпозити на основата на полимер. Този подход включва полимеризиране на мономери в присъствието на наномащабни пълнители. Ключовото предимство на in - situ полимеризацията е, че тя позволява висока степен на дисперсия на нанопълнителите в полимерната матрица.
По време на процеса на полимеризация на място, нанопълнителите първо се диспергират в мономерния разтвор. Дисперсията може да бъде постигната чрез различни техники като ултразвуково разбъркване, механично разбъркване или използване на повърхностно активни вещества. След като нанопълнителите са добре диспергирани, се добавя полимеризационен инициатор, за да започне реакцията на полимеризация.
Например при синтеза на нанокомпозит с помощтаАмино триметилен фосфонова киселина 50%като функционална добавка, амино - съдържащите групи на амино триметилен фосфоновата киселина могат да участват в реакцията на полимеризация, или чрез ковалентно свързване, или чрез нековалентни взаимодействия с полимерните вериги. Това не само подобрява дисперсията на добавката, но също така подобрява цялостната производителност на нанокомпозита, като устойчивост на корозия и механична якост.
Полимеризацията на място може да се извърши чрез различни механизми на полимеризация, включително свободнорадикална полимеризация, йонна полимеризация и кондензационна полимеризация. Всеки механизъм има своите предимства и е подходящ за различни видове мономери и нанопълнители.
2. Разтопяване
Смесването в стопилка е друг популярен метод за синтезиране на нанокомпозити на полимерна основа. Този процес включва стопяване на полимера и смесването му с нанопълнителите при повишени температури. Основното предимство на разтопеното смесване е неговата простота и мащабируемост, което го прави подходящо за широкомащабно промишлено производство.
Процесът обикновено започва с предварително нагряване на полимера до неговата точка на топене в смесително устройство, като екструдер или двушнеков миксер. След като полимерът е в разтопено състояние, нанопълнителите се добавят и се смесват старателно. Процесът на смесване може да бъде оптимизиран чрез контролиране на температурата, скоростта на срязване и времето на смесване, за да се осигури равномерно разпръскване на нанопълнителите в полимерната матрица.
Например, когато използватеСъполимер на акрилова киселина - 2 - акриламидо - 2 - метилпропан сулфонова киселинав процеса на смесване на стопилка съполимерът може да действа като средство за съвместимост между полимерната матрица и нанопълнителите. Неговата уникална химическа структура му позволява да взаимодейства както с полимера, така и с нанопълнителите, подобрявайки междуфазната адхезия и по този начин подобрявайки механичните и термични свойства на нанокомпозита.
Смесването в стопилка обаче също има някои ограничения. Високите температури на обработка могат да причинят разграждане на полимера или нанопълнителите и постигането на равномерна дисперсия на нанопълнителите може да бъде предизвикателство, особено за нанопълнители с високи аспектни съотношения.
3. Смесване на разтвора
Смесването на разтвора е метод, който включва разтваряне на полимера и нанопълнителите в общ разтворител и след това отстраняване на разтворителя, за да се образува нанокомпозитът. Този метод е особено полезен за полимери, които са трудни за обработка в стопено състояние или за нанопълнители, които изискват специфична среда на разтворител за дисперсия.
В процеса на смесване в разтвор, полимерът и нанопълнителите първо се разтварят или диспергират в подходящ разтворител. Често се използва ултразвукова обработка или механично разбъркване, за да се осигури хомогенна дисперсия на нанопълнителите в полимерния разтвор. След постигане на дисперсия, разтворителят се отстранява чрез изпаряване, утаяване или други техники за разделяне.
Хидролизиран полималеинов анхидридможе да се използва в процеси на смесване на разтвори. Неговата хидрофилна природа му позволява лесно да се разтваря в полярни разтворители и може да взаимодейства както с полимера, така и с нанопълнителите чрез водородни връзки или електростатични взаимодействия. Това може да подобри дисперсията на нанопълнителите и да подобри стабилността на нанокомпозита.
Едно от основните предимства на смесването на разтвори е способността да се контролира дисперсията на нанопълнителите на молекулярно ниво. Въпреки това, използването на разтворители може да бъде недостатък поради опасения за околната среда и необходимостта от възстановяване и рециклиране на разтворители.
4. Сглобяване слой по слой
Сглобяването слой по слой (LbL) е по-сложен метод за синтезиране на нанокомпозити на основата на полимер. Този метод включва последователно отлагане на полимерни и нанопълнителни слоеве върху субстрат. Движещите сили за сглобката LbL могат да бъдат електростатични взаимодействия, водородни връзки или ковалентни връзки.
Процесът обикновено започва с потапяне на субстрата в разтвор, съдържащ първия компонент (или полимера, или нанопълнителя). След определен период от време субстратът се изплаква, за да се отстрани излишният разтвор, след което се потапя в разтвор, съдържащ втория компонент. Този процес се повтаря няколко пъти, за да се изгради желаният брой слоеве.
Методът на сглобяване LbL позволява прецизен контрол на състава и структурата на нанокомпозита в наномащаба. Например, чрез регулиране на броя на слоевете и дебелината на всеки слой, механичните, оптичните и електрическите свойства на нанокомпозита могат да бъдат персонализирани.
5. Електроспининг
Електроспинингът е техника, използвана за производство на нановлакна от полимери и нанокомпозити на полимерна основа. При този метод полимерен разтвор или стопилка се подлага на електрическо поле с високо напрежение. Електростатичните сили преодоляват повърхностното напрежение на разтвора или стопилката, причинявайки образуването на струя, която се разтяга и втвърдява в нановлакна.
Когато се използва електроспининг за синтезиране на нанокомпозити, нанопълнителите могат да се добавят към полимерния разтвор или да се стопят преди процеса на електроспининг. След това нанопълнителите се включват в нановлакната по време на процеса на електропредене. Този метод може да произведе нанокомпозити с високо съотношение повърхност - площ - към - обем и уникални морфологични характеристики.
Приложения на нанокомпозити на полимерна основа
Уникалните свойства на нанокомпозитите на полимерна основа, синтезирани чрез тези методи, ги правят подходящи за широк спектър от приложения. В автомобилната индустрия нанокомпозитите могат да се използват за производство на леки и високоякостни компоненти, подобряващи горивната ефективност и безопасността. В електронната индустрия те могат да се използват за производството на гъвкави дисплеи, сензори и устройства за съхранение на енергия. В областта на медицината нанокомпозитите на полимерна основа могат да се използват за доставяне на лекарства, тъканно инженерство и заздравяване на рани.
Контакт за обществени поръчки
Като надежден доставчик на полимерни серии от химикали, ние се ангажираме да предоставяме висококачествени продукти и техническа поддръжка за синтеза на нанокомпозити на полимерна основа. Независимо дали сте изследовател, който търси иновативни материали, или промишлен производител, нуждаещ се от широкомащабно производство, ние можем да предложим правилните решения за вашите специфични изисквания. Ако се интересувате от нашите продукти или искате да обсъдите потенциално сътрудничество, моля не се колебайте да се свържете с нас за доставка и допълнителни дискусии.
Референции
- Ajayan, PM, Stephan, O., Colliex, C., & Trauth, D. (1994). Подравнени масиви от въглеродни нанотръби, образувани чрез рязане на композит от полимерна смола - нанотръби. Наука, 265 (5176), 1212 - 1214.
- Алексеев, А. и Шастри, В.Р. (2004). Нанокомпозитни хидрогелове за биомедицински приложения. Биоматериали, 25 (18), 4493 - 4500.
- Armes, SP, & Billingham, NC (1992). Синтез на нанокомпозити на полимерна основа. В Цялостна полимерна наука: Синтез, характеризиране, реакции и приложения на полимери (стр. 677 - 712). Пергамон.
