High performance polypropylene nanocomposites with enhanced thermal properties

Abstract

Τα πολυμερή θεωρούνται γενικώς ευέλικτα υλικά, τα οποία παρουσιάζουν ενδιαφέρουσες ιδιότητες όπως χαμηλή πυκνότητα, υψηλή ευκαμψία, είναι εύκολα επεξεργάσιμα και έχουν χαμηλή τιμή. Παρ’όλα αυτά η συνεχής πρόοδος της έρευνας και τεχνολογίας απαιτεί υλικά με βελτιωμένες ιδιότητες, τα οποία μπορούν να ανταπεξέλθουν σε ακραίες συνθήκες και υψηλή φθορά. Σύμφωνα με τις προδιαγραφές με τις οποίες αρχικά σχεδιάστηκαν, τα νανοσύνθετα πολυμερή μπορούν να επιδείξουν βελτιωμένες και ενδιαφέρουσες φυσικοχημικές ιδιότητες, μέσω της εισαγωγής νανοσωματιδίων σε πολυμερική μήτρα. Σχεδόν όλοι οι τύποι πολυμερικών υλικών έχουν χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή νανοσύνθετων πολυμερών και ένα από τα πιο δημοφιλή πολυμερή είναι το πολυπροπυλένιο. Σ’αυτή λοιπόν την κατεύθυνση, τρία νανοπρόσθετα με διαφορετικα δομικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά (νανοσωματίδια πυριγενούς διοξειδίου του πυριτίου, νανοσωλήνες άνθρακα και μοντμοριλλονίτης) χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διατριβή για την εισαγωγή τους σε μήτρα πολυπροπυλενίου και την μετέπειτα μελέτη των ιδιοτήτων τους.Αρχικά, η μήτρα πολυπροπυλενίου που χρησιμοποιήθηκε, επιδείκνυε σύνθετη δομή λόγω της παρουσίας χαμηλού ποσοστού αιθυλενίου, το οποίο διερρήγνυε την συνοχή των κύριων μακρομοριακών αλυσίδων του πολυπροπυλενίου, αλλά και της εισαγωγής ενός παράγοντα πυρηνοποίησης β-κρυστάλλων. Επιπλέον, διαφορετικές μέθοδοι παρασκευής ακολουθήθηκαν για κάθε σετ νανοσύνθετων υλικών, για την μελέτη της επίδρασης κάθε μεθόδου στην διασπορά και πρόσφυση των νανοσωματιδίων με την πολυμερική μήτρα. Καθαρά και χημικά τροποποιημένα νανοπρόσθετα και συμβατοποιητές χρησιμοποιήθηκαν σε διαφορετικά σετ υλικών. Κάθε νανοπρόσθετο είχε διαφορετική επίδραση στο νανοσύνθετο υλικό και η μελέτη εστιάστηκε στα δομικά χαρακτηριστικά και τις μετατροπές που προκλήθηκαν από την παρουσία των νανοπρόσθετων, στην θερμική σταθερότητα και στην κινητική θερμικής αποικοδόμησης, μαζί με την πυρηνοποίηση και επίδραση κάθε νανοπρόσθετου στην θερμοκρασία και κινητική της κρυστάλλωσης. Δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στα συγκριτικά αποτελέσματα δομης-ιδιοτήτων και ειδικότερα στις μηχανικές ιδιότητες συγκριτικά με τα πειράματα ακτίνων Χ και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διερχόμενης δέσμης. Διαφορετικά μοντέλα πρόβλεψης μηχανικών ιδιοτήτων εφαρμόστηκαν στα πειραματικά αποτελέσματα ώστε να εξαχθούν συμπεράσματα αναφορικά με τις αλληλεπιδράσεις μήτρας-νανοπρόσθετου. Τέλος έγινε μελέτη σε βάθος πάνω στην κινητική των φαινομένων θερμικής αποικοδόμησης για κάθε σετ υλικών, ενώ ισομετατροπικές μέθοδοι και μέθοδοι προσομοίωσης με μαθηματικά μοντέλα εφαρμόστηκαν στα πειραματικά αποτελέσματα για τον προσδιορισμό της ενέργειας ενεργοποίησης και των υπόλοιπων κινητικών παραμέτρων.