Герасин Виктор Анатольевич. Нанокомпозиты на основе простейших полиолефинов и слоистых силикатов

brief description

Герасин Виктор Анатольевич. Нанокомпозиты на основе простейших полиолефинов и слоистых силикатов : Дис. ... канд. хим. наук : 02.00.06 : М., 2005 151 c. РГБ ОД, 61:05-2/578

Герасин Виктор Анатольевич
НАНОКОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ПРОСТЕЙШИХ
ПОЛИОЛЕФИНОВ И СЛОИСТЫХ СИЛИКАТОВ
02.00.06 - высокомолекулярные соединения
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Научный руководитель:
доктор химических наук, профессор
Антипов Е. М.
Москва 2005
Введение 7
ГЛАВА 1. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОЛИМЕР
СИЛИКАТНЫХ КОМПОЗИТОВ 14
1.1. Общая характеристика композиционных материалов 14
1.2. Структура слоистых алюмосиликатов и их физические и
химические свойства 17
1.3. Типы полимер-силикатных нанокомпозитов 24
модификатор-полимер 27
1.5.2. П одучен ие нанокомпозитов в термодинами чески неравновес¬ных условиях 30
1.6. Влияние глины на структуру граничных слоёв полимера 34
1.7. Влияние глины на полимеризацию 36
1.8. Влияние условий смешения на структуру наполнителя 37
1.9. Свойства полимер - силикатных нанокомпозитов 38
1.9.1. Физико-механические свойства 38
. 1.9.2. Прочие физические свойства 43
1.10. Постановка задачи 45
U ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ПРИГОТОВ ЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ И
/ МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ... 47
2.1. Характеристики объектов исследования 47
2.2. Получение композитов 49
2.2.1. Получение композитов смешением в расплаве и объекты иссле¬дования 49
2.2.2. Получение композитов полимеризациоиным наполнением 51
2.2.3. Приготовление пленок-образцов для испытаний 55
2.3. Методы исследования 55
2.3.1. Рентгеноструктурный анализ 55
2.3.2. Дифференциальная сканирующая калориметрия. 57
2.3.3. Механические испытания 57
2.3.4. Микроскопические исследования. 57
2.3.5. Спектроскопия комбинационного рассеяния 57
І ГЛАВА 3. СТРУКТУРА МОДИФИЦИРОВАННОЙ ГЛИНЫ 59
| ГЛАВА 4. СТРУКТУРА НАНОКОМПОЗИТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ
} СМЕШЕНИЕМ В РАСПЛАВЕ 67
4.1. Структура и текстура наполнителя 67
4.1.1. Нанокомпозиты на основе ПЭ 67
4.1.2. Нанокомпозиты на основе ПП 77
4.2. Структура полимера, сформировавшаяся в ианокомпозитах 83
4.2.1. Нанокомпозиты на основе ПЭ 83
4.2.2. Нанокомпозиты на основе ПП 91
ГЛАВА 5. СТРУКТУРА НАНОКОМПОЗИТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ
ПОЛИМЕРИЗАЦИОННЫМ НАПОЛНЕНИЕМ 104
5.1. Структура и текстура наполнителя 104
5.1.1. Нанокомпозиты на основе ПЭ 104
5.1.2. Нанокомпозиты на основе ПП. 108
5.2. Структура полимера, сформировавшаяся в нанокомпозитах 110
5.2.1. Нанокомпозиты на основе ПЭ 110
5.2.2. Нанокомпозиты на основе ПП 118
ГЛАВА 6. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
НАНОКОМПОЗИТОВ. 120
6.1. Нанокомпозиты, полученные смешением в расплаве 120
6.1.1. Наиокомпозиты на основе ПЭ. 120
6.1.2. Нанокомпозиты на основе ПП. 125
6.2. Наиокомпозиты, полученные полпмеризационным
наполнением 128
ВЫВОДЫ 132
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ. 134 

bibliography

Выводы
В результате проведенного научного поиска эффективных спосо¬бов получения нанокомпозиционных материалов на основе полимеров с неполярными молекулами (простейшие полиолефины) и слоистых сили¬катов (природные и модифицированные глины) и систематического ис¬следования структуры и физико-механических свойств полученных в рамках настоящей работы нанокомпозитов различного типа, впервые:
1. Предложены и успешно апробированы в лабораторных условиях два способа получения нанокомпозиционных материалов, а именно:
- «разбавление» предварительно приготовленного смешением в расплаве композита с высоким содержанием наполнителя (более 40 % масс.) до относительно низких концентраций;
- наполнение в процессе полимеризации ш situ на предварительно иммо-билизованных в межплоскостные пространства глины катализаторов.
2. Проведена идентификация модифицированных глин по типу структу¬ры, формирующейся при адсорбции ПАВ-модификаторов, в соответст¬вии с современной классификацией. Показано, что глины, модифициро¬ванные четвертичными аминами с двумя длинными алифатическими це¬пями, обладают смешаннослойной структурой, состоящей из пакетов с различными межплоскостными расстояниями. В межслоевых простран¬ствах таких систем формируются упорядоченные адсорбционные слои модификатора, способные в значительной мере раздвигать пластины глины, тогда как другие исследованные в данной работе ПАВ обладают жидкоподобной структурой и являются практически неэффективными.
3. Успешно получены нанокомпозиционные материалы различного типа и идентифицирована их структура. Установлено, что системы, приготов¬ленные смешением в расплаве, при относительно небольших степенях наполнения являются интеркалированными, а полученные полимериза¬цией in situ, - эксфолиироваными нанокомпозитами. При высоких кон¬центрациях наполнителя - и в первом, и во втором случаях формируются нанокомпозиты смешанного типа, которые могут быть также приготов¬лены путем! «разбавления» предварительно вы соконаполненных мате¬риалов практически до любой требуемой степени наполнения.
4. Показано, что модифицированные глины, имеющие смешаннос¬лойную структуру при смешении в расплаве всегда образуют нанокомпо¬зиты смешанного типа, в которых часть кристаллитов глины находится в эксфолиированном, а другая - в интерполированном виде. На примере приготовленных прессованием плёнок установлено, что при сдвиговом течении в расплаве пластины интеркалированного слоевого силиката способны к ориентации параллельно поверхности пленки, тогда как пол¬ностью эксфолиированные силикатные пластины располагаются в объё¬ме спрессованного образца хаотически.
5. Обнаружено, что в нанокомпозитах, полученных смешением в рас¬плаве, глина не влияет на кристаллизацию и конформационный состав ПЭ. Однако в системах, сформированных полимеризационным наполне¬нием, наблюдается увеличение степени кристалличности полимерной матрицы, причем ее аморфная компонента становится «обогащенной» транс-конформерами. В нанокомпозитах на основе ПП слоистые силика¬ты являются нуклеаторами кристаллизации. В некоторых случаях наблю¬дается эпитаксиальная кристаллизация полимера на поверхности частиц слоевого силиката, как на гетерогенных зародышах, приводящая к фор¬мированию кристаллических структур различного типа (моноклинная и гексагональная модификации).
6. Установлено, что, интеркалированные полимерными цепями кри-сталлиты глины, являясь как бы физическими узлами сшивки, повышают модуль и прочность полиолефиновой матрицы в большей степени, чем эксфолиированные. Таким образом, вопреки установившемуся в настоя¬щее время мнению о том, что для достижения максимально возможных механических характеристик необходимо стремиться к достижению пре¬дельной стадии - эксфолиации, оказывается в принципе неверным. По крайней мере для случая таких неполярных полимеров, как простейшие полиолефины.