hrvatski

PRIPRAVA I SVOJSTVA POLIMERNH KOMPOZITA S KEMIJSKI FUNKCIONALIZIRANIM UGLJIKOVIM NANOCIJEVIMA

Cilj ovoga rada jest priprava kopolimera i njihovih nanokompozitnih analoga s funkcionaliziranim višestjenčanim ugljikovim nanocijevima (MWCNT), u svrhu izrade prevlaka za prigušenje buke i vibracija. Kombinacija male veličine, niske masene gustoće, visoke snage i drugih specifičnih svojstava čini CNT obećavajućim materijalima u usporedbi s drugim punilima u polimernoj matrici. Ali, slaba raspršenost i slabe međufazne veze ograničavaju upotrebu CNT za poboljšavanje svojstava polimernih nanokompozita. Jedan od najvećih izazova jest postizanje jednolike raspodjele CNT u polimernoj matrici jer van der Waalsove sile između pojedinih nanocijevi često dovode do nastajanja aglomerata koji smanjuju ili pogoršavaju očekivana svojstva krajnjeg kompozita. Metode koje poboljšavaju raspršenost CNT uključuju upotrebu površinski aktivnih tvari, oksidaciju i/ili kemijsku funkcionalizaciju površine CNT. U ovome radu, višestjenčane ugljikove nanocijevi s karboksilnim skupinama (MWCNT-COOH) su modificirane s etil-benzenskom skupinom (EtBz) na dva načina. Prvi postupak karakterizira upotreba površinski aktivne tvari koja snižavanjem površinske napetosti pospješuje mješljivost (2-brometil)-benzena u vodi što omogućava njegovo vezanje na esterski kisik karboksilne skupine MWCNT u otopini NaOH. Drugi postupak je proveden u otopini toluena s natrijevim etoksidom koji reagira s MWCNT-COOH nakon čega slijedi reakcija s (2-brometil)-benzenom. Funkcionalizirane MWCNT-EtBz (višestjenčane uljikove nanocijevi funkcionalizirane s etil-benzenkom skupinom) su karakterizirane termogravimetrijskom analizom pri čemu je utvrđeno da je veća učinkovitost funkcionalizacije postignuta prvim funkcionalizacijskim postupkom. Metodom kontaktnog kuta određena je visoka hidrofobnost MWCNT-EtBz sloja. Raspršenje MWCNT u toluenu i metanolu praćeno je UV-Vis spektroskopijom. Utvrđeno je da MWCNT-COOH pokazuju dobru mješljivost u metanolu, a MWCNT-EtBz u toluenu gdje im mješljivost raste s povišenjem koncentracije do kritične vrijednosti. In situ slobodno radikalskom polimerizacijom uz difunkcionalni inicijator pripravljeni su polimerni nanokompoziti na bazi stirena, kopolimera stirena i metil-metakrilata te oktadecil-metakrilata. Prethodno, nefunkcionalizirane MWCNT i MWCNT funkcionalizirane s karboksilnom, metilnom, dodecilnom i etil-benzenskom skupinom su dodane kao punilo u otopinu monomera. Polimerni nanokompoziti su karakterizirani te su detaljnije analizirana njihova mehanička i toplinska svojstva. Prosjeci molekulskih masa te njihova raspodjela su određeni kromatografijom isključenjem po veličini (SEC) pri čemu je utvrđeno da MWCNT u slučaju stirenske matrice modificirane s metakrilatima utječu na smanjenje prosjeka molekulskih masa. Toplinsko - oksidacijska stabilnost i udio ugrađenih MWCNT u nanokompozitu je istražen termogravimetrijskom analizom (TGA). Nanokompoziti s matricama ST100 (homopolimer polistiren) i ST90M10 (kopolimer stirena i metil-metakrilata) pokazuju dvostupanjski raspad polimera, dok se ST90O10 (kopolimer stirena i oktadecil-metakrilata) raspada u jednom stupnju. Dodatak funkcionaliziranih nanocijevi neznatno utječe na toplinsko oksidacijska svojstva ispitivanih polimernih nanokompozita. Temperature faznih (staklastog) prijelaza su proučene diferencijalnom pretražnom kalorimetrijom (DSC) pri čemu je utvrđeno da MWCNT utječu na pomak staklišta prema nižim temperaturama. Mehanička svojstva i viskoelastične funkcije: kut faznog pomaka (tan δ), moduli pohrane (E’) i gubitka (E’’) su određeni dinamičko mehaničkom analizom (DMA) te je primjećen različit utjecaj funkcionaliziranih nanocijevi na navedene module. Faktor gubitka, glavni parametar za svojstvo kvalitete prigušenja materijala, proučen je Oberstovom metodom pri čemu je dodatak pojednih nanocijevi povećao njegovu vrijednost. Morfologija, mehanizmi popuštanja materijala i raspodjela (raspršenost) MWCNT u polimernoj matrici su istraženi pomoću pretražnog elektronskog mikroskopa (SEM). Hidrofobna / hidrofilna svojstva materijala su određena metodom kontaktnog kuta (CA).

polimerni nanokompoziti; stiren; metakrilati; funkcionalizacija MWCNT; in situ; polimerizacija

nije evidentirano