Νανοσύνθετα πολυαιθυλενίου υψηλής πυκνότητας (HDPE) / νανοϊνών χαλκού (Cu-nanofibers) με βελτιωμένη σταθερότητα στην υπεριώδη ακτινοβολία
Creators: name: Καραβασίλη, Μαρία Αθανασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Πολυαιθυλένιο
Νανοΐνες χαλκού
Φώτο-οξείδωση
Polyethylene
Copper nanofibers
Photo-degradation

description: Στην παρούσα εργασία παρασκευάστηκαν νανοσύνθετα υλικά πολυαιθυλενίου υψηλής πυκνότητας (HDPE) με περιεκτικότητες 0.5, 1 και 2.5 % κ.β. σε νανοΐνες χαλκού (Cu-nanofibers) με την τεχνική της ανάμιξης τήγματος σε διπλοκόχλιο εκβολέα (Haake-Buchler Reomixer). Από τα μικρογραφήματα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) βρέθηκε ότι υπάρχει μια καλή διασπορά των νανοϊνών στην πολυμερική μήτρα και δεν σχηματίσθηκαν συσσωματώματα λόγω των χαμηλών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των νανοϊνών Cu. Τα νανοσύνθετα καθώς και το καθαρό HDPE, σε μορφή λεπτών υμενίων, εκτέθηκαν σε υπεριώδη ακτινοβολία στα 280 nm, σε σταθερή θερμοκρασία (25°C) και σχετική υγρασία (50%) για αρκετές μέρες. Από τις μετρήσεις φασματοσκοπίας υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier (FT-IR) επιβεβαιώθηκε ότι ο μηχανισμός της φώτο-οξείδωσης αποτελείται από διάσπαση της μακρομοριακής αλυσίδας και σχηματισμό ενώσεων με ακόρεστες ακραίες ομάδες υδροξυλίου και καρβονυλίου. Η προσθήκη των νανοϊνών χαλκού μειώνει τον ρυθμό σχηματισμού των ομάδων αυτών, επιβραδύνοντας τη φωτο-οξείδωση των νανοσύνθετων. Επίσης, η υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων για όλα τα νανοσύνθετα είναι μικρότερη από αυτή για το καθαρό HDPE. Κατά τη διάρκεια της ακτινοβόλησης παρατηρείται σημαντική αύξηση του βαθμού κρυσταλλικότητας, η οποία οδηγεί στην αύξηση της ευθραυστότητας όλων των δειγμάτων. Από τη μελέτη με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), συμπεραίνουμε ότι η προσθήκη των νανοϊνών χαλκού ενισχύει την σταθερότητα του HDPE στο υπεριώδες. Αυτό οφείλεται στις νανοΐνες χαλκού, οι οποίες μειώνουν την διαπερατότητα οξυγόνου και επίσης ενεργούν ως συλλέκτες ριζών.
description: In the present study HDPE nanocomposites containing different amounts of copper nanofibers (Cu-nanofibers) of 0.5, 1 and 2.5 wt% were prepared by melt mixing on a Haake-Buchler Reomixer. From Scanning Electron Microscopy (SEM) micrographs it was found that there is a fine dispersion of nanofibers into the polymeric matrix and aggregates were not formed due to low interactions between Cu nanofibers. All nanocomposites and neat HDPE as well, in the form of thin films, were exposed to UV radiation at 280 nm at constant temperature (25°C) and constant relative humidity (50%) for several days. From Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) measurements, it was verified that the mechanism of photo-oxidation consists of macromolecular chain scission, formation of compounds with unsaturated, hydroxyl and carbonyl end groups. The addition of copper nanofibers reduces the rate of formation of these compounds, retarding the photo-oxidation of nanocomposites. Also, the degradation of the mechanical properties for all nanocomposites is less than that for the neat HDPE. During the irradiation significant increase of the degree of crystallinity is observed, which leads to the embrittlement of all samples. From the study by Scanning Electron Microscopy (SEM), it was concluded that the addition of Cu-nanofibers enhances the UV stability of HDPE. This is due to Cu-nanofibers reducing the oxygen permeability and also acting as radical scavengers.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)