Υβριδικά συστήματα πολυμερικής μήτρας με μικρο- και νανο- πληρωτές άνθρακα
Authors: Στημονιάρης Αδάμ 
Published: September 2021

Οι μεταβολές στις τελικές ιδιότητες και η δυναμική συμπεριφορά νανοσύνθετων και υβριδικών πολυμερικών υλικών μελετώνται συστηματικά σε σχέση με τη δομή, τη μορφολογία, το μέγεθος και την περιεκτικότητα, καθώς και την επιφανειακή τροποποίηση των εγκλεισμάτων. Ως πολυμερική μήτρα χρησιμοποιήθηκε θερμοσκληρυνόμενη εποξειδική ρητίνη (ER), με την μέθοδο επί τόπου (in-situ)πολυμερισμού παρουσία τριαιθυλενοτετραμίνης (ΤΕΤΑ) ως σκληρυντή, αποφεύγοντας επιπρόσθετα στάδια χρήσης και απομάκρυνσης διαλυτών. Ως εγκλείσματα χρησιμοποιήθηκαν νανοσωματίδια άνθρακα, διαφορετικής νανοδιάστασης, και ανόργανης φύσης πληρωτές (π.χ. οργανο-τροποποιημένη ιπτάμενη τέφρα) σε διάφορες περιεκτικότητες.Η μοριακή κινητικότητα σε ένα διεπιφανειακό στρώμα πολυμερούς, με πάχος λίγα νανόμετρα, κοντά στην επιφάνεια των εγκλεισμάτων, είναι διαφοροποιημένη σε σχέση με το καθαρό πολυμερές. Η μελέτη δοκιμίων ER με διασπορές άνθρακα ποικιλίας νανοδιαστάσεων, έδωσε τη δυνατότητα μελέτης της επίδρασης της μορφολογίας των πληρωτών στη κινητικότητα του πλέγματος. Η δυναμική συνύπαρξη, διεπιφανειακών περιορισμών και μεταβολής ελεύθερου όγκου, οδηγεί σε σημείο ισορροπίας ποικίλα εξαρτώμενο από πολλούς παράγοντες, επηρεάζοντας αναλόγως την δυναμομηχανική και γενικότερη συμπεριφορά αυτών.Τεκμηριώνεται η επίδραση της επιφανειακής τροποποίησης, όπως και της διασποράς στις ιδιότητες του συνθέτου. Αυξημένη συμβατότητα μήτρας – τροποποιημένου πληρωτή επιβεβαιώνει η μορφολογική εξέταση των δοκιμίων. Η ισχυρότερη αλληλεπίδραση διαφοροποιεί τη δυναμική της διεπιφάνειας καταλήγοντας, σε καλύτερη διασπορά και ίχνη του πληρωτή στην επιφάνεια του θραύσματος. Το γεγονός παραπέμπει στη δημιουργία ενδιάμεσης φάσης, με τα ελεύθερα άκρα των μακρομορίων του πλέγματος να δεσμεύονται συμπλεκόμενα με τον τροποποιητή, διευκολύνοντας την μεταφορά δυναμικών φορτίων του πλέγματος προς τα σωματίδια και αντιστρόφως, με αποτέλεσμα αύξηση του μέτρου ελαστικότητας του υλικού.Τα υβριδικά συστήματα μελετήθηκαν για τη συνέργεια των εγκλεισμάτων εντός του πλέγματος.Φασματοσκοπικά δεδομένα, υποδεικνύουν πλήρη ενσωμάτωση υβριδικών συστημάτων στη μήτρα, με απουσία χαρακτηριστικών απορροφήσεων των νανοδομών. Τελικά, παράγονται με αποφυλλοποίηση σε μεμονωμένα φύλλα, άμορφα υβριδικά νανοσύνθετα ικανοποιητικής διασποράς. Η συνολική διηλεκτρική συμπεριφορά σε μικροκύματα και ο μηχανισμός ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης, των υβριδικών σύνθετων απέδειξε ότι, συνδυασμένη προσθήκη τροποποιημένου φυλλοπυριτικού μοντμοριλλονίτη (CL30B, 2D-δομής), εντός του πλέγματος της εποξειδικής μήτρας,βελτιώνει την αποτελεσματικότητα των αμινο-τροποποιημένων νανοσωλήνων (1D-δομής) στην απόσβεση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η μεταβολή της αγωγιμότητας στα συστήματαER/CL30B/mMWCNTs και ER/CL30B/CB, επιβεβαιώνει φαινόμενα συνέργειας μεταξύ των πληρωτών και επίδραση της διαφορετικής νανοδιάστασης στις τελικές ιδιότητες.Επισήμανση επίσης, λόγω συνεργικής δράσης, αποτελεί η σύγκριση της συμπεριφοράς υβριδικών συστημάτων ίδιας αναλογίας περιεκτικοτήτων σε πληρωτές άνθρακα επιφέροντας μεγαλύτερη μείωση μέτρου αποθήκευσης (Ε’) και σημαντικότερη αύξηση θερμοκρασίας υαλώδους μετάβασης (Tg), στο σύστημα ER/omGO/mMWCNTs παρουσία φυλλόμορφων (2D)/ραβδόμορφους (1D), σε σύγκριση με τοER/omGO/CB φυλλόμορφων (2D)/νανοσωματίδια (3D).Για έλεγχο της δυνατότητας χρήσης νανοσύνθετων και υβριδικών σύνθετων σε διάφορες περιβαλλοντικές και τεχνολογικές εφαρμογές προτείνεται ένας συγκριτικός δείκτης αξιολόγησης, με τον όρο «χρήσιμο εύρος εργασίας» (useful working range, UWR), που επικεντρώνεται στο εύρος της θερμοκρασιακής περιοχής σταθερής συμπεριφοράς (μέγιστης μεταβολής ~20%), προσδιορίζοντας τις δυνατότητες αξιοποίησης σε πρακτικές εφαρμογές προηγμένης τεχνολογίας.