Новые композиционные материалы на основе стереоизомеров полипропилена и углеродных нанотруб, полученные методом полимеризации in situ

• Автор: Ковальчук, Антон Алексеевич
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Полипропилен и его стереоизомеры. Синтез полипропилена
катализаторы полимеризации пропилена. Свойства и применение.
1.2. Применение углеродных нанотруб в качестве наполнителя
полимерных композиционных материалов
1.3. Деформационно-прочностные свойства полимерных
композиционных материалов, наполненных УНТ
1.4. Реологические и динамические механические свойства полимерных 30 композитов, содержащих УНТ. Релаксационное поведение материалов
1.5. Электропроводность полимеров, наполненных УНТ
1.6. Влияние УНТ на процессы плавления и кристаллизации полимеров
1.7. Влияние УНТ на процессы термической и термоокислительной 41 деструкции полимеров
1.8. Теплопроводность полимеров, наполненных УНТ
1.9. Методы получения полимерных композиционных материалов
содержащих УНТ
ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Характеристика исходных реагентов
2.2. Приготовление растворов катализаторов
2.3. Методика подготовки МС-УНТ
2.4. Методика функционализации МС-УНТ
2.5. Синтез композитов на основе стереоизомеров ПП и МС-УНТ 51 методом полимеризации in situ
2.6. Исследование структуры и свойств материалов
ГЛАВА III. СИНТЕЗ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ СТЕРЕОИЗОМЕРОВ
ПОЛИПРОПИЛЕНА И МНОГОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБ

3.1. Характеристики МС-УНТ
3.2. Функционализация МС-УНТ
3.3. Условия полим еризации
3.4. Синтез композитов ПП/МС-УНТ методом полимеризации in situ
3.5. Исследование микроструктуры композитов
ГЛАВА IV. СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ
СТЕРЕОИЗОМЕРОВ ПОЛИПРОПИЛЕНА И МНОГОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБ
4.1. Физико-механические свойства композитов
4.2. Электрофизические свойства материалов
4.3. Теплопроводность композитов
4.4. Термические свойства композитов
4.5. Термическая и термоокислительная деструкция композитов
ГЛАВА V. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИИ МС-УНТ
НА СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ СТЕРЕОИЗОМЕРОВ ПП
5.1. Механические свойства
5.2. Электрофизические свойства
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Введение

Полипропилен (ГШ), входящий в группу полиолефинов и обладающий ценным комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств, является одним из наиболее важных промышленных крупнотоннажных полимеров [1]. Среди всех полимерных материалов данный термопласт характеризуется одним из самых высоких темпов роста производства в мире, что связано со сравнительно доступной сырьевой базой, высокой экономической эффективностью использования, а таюке возможностью регулирования в широких пределах свойств получаемых на его основе материалов. Решить задачу совершенствования производства материалов на основе ПП позволяет, в частности, использование современных высокоактивных и стереоспецифических металлоценовых катализаторов, которые обладают уникальными возможностями в отношении регулирования молекулярной структуры полиолефинов (стереорегулярность, молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение (ММР) полимеров, состав и строение сополимеров) и впервые позволяют осуществлять молекулярный дизайн полиолефинов.
Наряду с совершенствованием процессов промышленного синтеза 1111 за счет использования в процессах полимеризации новых типов катализаторов непрерывно ведутся поиски новых путей модификации свойств ПП с целью расширения областей его применения. Универсальным способом модификации свойств полимеров является введение в полимерную матрицу различных дисперсных или волокнистых наполнителей. Это позволяет улучшить деформационно-прочностные и технологические характеристики полимерных материалов, повысить их теплостойкость и придать им различные специальные свойства [2]. В ИХФ РАН активно ведутся исследования в области направленного модифицирования структуры и свойств полимерных материалов на основе ПП. В частности, был разработан высокоэффективный метод получения наполненных полиолефинов - метод полимеризационного наполнения [3-5], или метод полимеризации in situ. Отличительной особенностью метода является то, что он

На рис. 14 и 15 показаны зависимости модуля наполнения и модуля механических потерь от амплитуды деформации и температуры для исходного поликарбоната и нанокомпозита поликарбонат/1.5 мас.% ОС-УНТ. С увеличением амплитуды деформации происходит снижение модуля накопления (жесткости) для нанокомпозита, что связано с активацией эффекта отслоения цепей полимера от нанотруб (рис. 14 а). Падение модуля накопления для нанокомпозита сопровождается одновременным увеличением его модуля механических потерь (рис. 14 б). В то же самое время для исходного матричного полимера не характерна зависимость модуля накопления и модуля потерь от амплитуды деформации. Возрастание модуля потерь с увеличением амплитуды деформации для нанокомпозита указывает на тенденцию к диссипации прикладываемой к материалу механической энергии вследствие энергетических затрат на отслоение частиц наполнителя от матрицы. При постоянной амплитуде динамической нагрузки эффект отслоения активируется с ростом температуры (рис. 15) - в этом случае также происходит снижение модуля накопления и рост модуля потерь для материала.
1.5. Электропроводность полимеров, наполненных УНТ
Механизм электрической проводимости в наполненных УНТ полимерах основан на формировании трехмерной проводящей сети нанотруб по всему объему полимерной матрицы (рис. 16) [97, 98].
Электрический порог перколяции - критическое значение концентрации УНТ в нанокомпозите, при котором происходит скачкообразный рост электропроводности материала на несколько порядков по величине по сравнению с исходным матричным полимером [54]. Материал начинает проявлять электропроводящие свойства при определенной насыщенности УНТ, достаточной для образования проводящего пути по всей длине образца [99]. Ниже этой концентрации электропроводность композита определяется