Формирование органофильных слоев на Na+-монтмориллоните и влияние их структуры на совместимость полиолефинов с наполнителем в нанокомпозитах

• Автор: Бахов, Федор Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил.

Содержание
Введение

I. Литературный обзор.

1.1. Наполнители нанокомпозитов полимерслоистый силикат.

1.1.1. Особенности структуры монтмориллонита

1.1.2. Свойства и методы исследования монтмориллонита.

1.1.3. Модификация поверхности монтмориллонита.

IЛ .3.1. Особенности катионного обмена на поверхности монтмориллонита

1.1.3.2. Модификаторы четвертичные алкиламмониевые соли.

1.1.3.3. Особенности адсорбции четвертичных аммониевых оснований на монтмориллоните. Экспериментальные данные
1.1.3.4. Компьютерное и математическое моделирование расположения алкиламмониевых молекул в межплоскостных пространствах ММТ.
1.1.3.5. Свойства модифицированного монтмориллонита
1.1.4.Определение концентрации алкиламмониевых ПАВ в водных растворах
1.1.4.1. Физические методы.
1.1.4.2. Титриметрические и химические методы
1.1.4.3. Взаимодействие алкиламмониевых ПАВ с молекулами красителей
1.2. Полимерные матрицыполиолсфины
1.2.1. Полиэтилен
1.2.2. Полипропилен
1.2.3. Эгиленпропиленовые каучуки.
1.3. Нанокомпозиты на основе полимеров и слоистых силикатов.
1.3.1. Структура и строение нанокомпозитов полимерглина.
1.3.2. Методы получения нанокомпозитов.
1.3.2.1. Смешение в растворе.
1.3.2.2. Интеркаляционная полимеризация т i.
1.3.2.3. Смешение в расплаве.
1.3.2.4. Матричный синтез
1.3.2.5. Эмульсионная полимеризация и полимеризация на стадии латекса
1.3.3. Методы исследования нанокомпозитов
1.3.4. Термодинамическая совместимость полимеров и слоистых силикатов
1.3.5. Свойства полимерсиликатных нанокомпозитов
1.3.5.1. Физикомеханические свойства
1.3.5.2. Барьерные свойства
1.3.5.3. Электропроводность
1.3.5.4. Термостойкость и огнестойкость
1.3.5.5. Реологические свойства
1.4. Выводы по литературному обзору
II. Экспериментальная часть
И. 1. Объекты исследования.
.2. Методы исследования
Н.2.1. УФспектроскопия
П.2.2. Рентгеноструктурный анализ
П.2.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия
И.2.4. Механические испытания
.2.5. Спектроскопия комбинационного рассеяния
П.2.6. Компьютерное моделирование
Н.З. Методики экспериментов
П.3.1. Разработка методики определения концентраций модификаторов в водной
среде.
П.3.2. Изучение особенностей сорбции и десорбции ПАВ на монтмориллоните
П.3.3. Методика приготовления ММТ, содержащего ПАВ различного строения при
стандартном количестве модификаторов
.3.4. Методика приготовления ММТ, содержащего разное количество ПАВ
П.3.5. Методика приготовления полимерных пленок
.4. Исследование совместимости модифицированного ММТ.
II.4.1. Совместимость ММТ с низкомолекулярными веществами
П.4.2. Совместимость ММТ с олигомерными веществами.
П.4.3. Совместимость ММТ с полимерами
III. Обсуждение результатов
III. 1. Сорбция алкиламмониевых ПАВ различного химического строения
III. 1.1. Влияние числа алифатических цепочек и углеродных атомов на величину
межплоскостного расстояния ММТ и структуру адсорбционных слоев
III. 1.1.1. Определение межплоскостного расстояния в модифицированном ММТ
III. 1.1.2.Теплофизические свойства ММТ, модифицированного различными ПАВ
III. 1.1.3. Анализ упаковки молекул алкиламмониевых модификаторов в
адсорбционных слоях.
III. 1.1.4. Интеркаляция полиэтилена в монтмориллонит, модифицированный
алкиламмониевыми ПАВ.
III. 1.2. Влияние количества модификаторов на структуру адсорбционных слоев
III. 1.2.1. Адсорбция алкиламмониевых ПАВ на монтмориллоните
III. 1.2.2. Структура адсорбционных слоев ПАВ в межплоскостном пространстве
Ш. 1.2.3. Анализ упаковки молекул ПАВ в адсорбционных слоях.
Ш.2. Свойства органофильного монтмориллонита.
П1.2Л. Интеркаляция низкомолекулярных веществ
Ш.2.2. Интеркаляция олигомеров
Ш.2.3. Интеркаляция полиолефинов
Ш.2.3.1. Интеркаляция полиэтилена.
Ш.2.3.1.1. Интеркаляция в парафиновые адсорбционные слои
Ш.2.3.1.2. Интеркаляция в планарные адсорбционные слои
Ш.2.3.2. Интеркаляция полипропилена в модифицированный монтмориллонит
Ш.2 3.3. Интеркаляция СКЭПТ в модифицированный монтмориллонит.
Ш.З. Нанокомпозиты полиэтиленММТ с улучшенными механическими свойствами
Ш.3.1. Приготовление наполнителей для композитов последовательной сорбцией
ПАВ на глине.
Ш.3.2. Структура наполнителя в нанокомпозитах
Ш.4.Механические свойства нанокомпозитов
Выводы
Заключение
Список литературы


Изоморфное замещение в октаэдрическом слое ионов А на 2 и в тетраэдрическом слое атомов 4 на А или М2 приводит к накоплению отрицательного заряда в силикатной пластинке. Этот заряд компенсируется катионами щелочных Ыа, К или щелочноземельных Са2 металлов, находящихся в межслоевом пространстве глины. Заряд формульной единицы глины, может составлять 0,0, . Его значение зависит от химической природы глины и среды, в которой она находится. Рис 3. Слои ММТ самоорганизуются в структуру, напоминающую кипу листов бумаги с регулярными проходами галереями между отдельными слоями, называемыми межслоевым пространством. Толщина такого образования составляет 1 нм, а поперечные размеры мкм. Наличие чрезвычайно малых частиц были подтверждены электронными фотографиями ММТ . Величина межслосвого межплоскостного пространства в ММТ зависит от содержания в ней воды для воздушносухой глины она составляет 3,5 А. Чаще употребляют термин межпакетное пространство глины, которое включает в себя межслоевое пространство и толщину одного силикатного трехслойного пакета 9,6 А. В воздушносухом ММТ величина межплоскостного расстояния составляет от 1,2 до 1,5 нм в зависимости от типа обменных катионов. Несомненно, одним из наиболее интересных свойств ММТ является его способность к набуханию в присутствии воды и других веществ этанола, глицерина и др. Особенности набухания смектитов подробно описаны в диссертационной работе Б. В. Покидько . Процесс набухания ММТ в воде состоит из нескольких стадий на первом этапе происходит гидратация межслоевых катионов, затем осмотическое набухание. В процессе гидратации межслоевых катионов вокруг ионов формируется сольватная оболочка, при этом степень гидратации возрастает при увеличении заряда иона и уменьшении его радиуса. Кроме того, были высказаны предположения о том, что адсорбированные внутрь глинистого минерала вещества например, вода образуют структурированные образования наподобие льда. Гидроксильные группы на поверхности глины дополнительно удерживают сорбированные молекулы воды водородными связями . Однако современные исследования структуры межслоевой воды, в частности, благодаря методу рассеяния нейтронов, показали несмотря на связывание молекул воды с силикатными пластинами, межслоевая вода в i и не формирует упорядоченной структуры в межслоевых пространствах силиката . В работе также отмечается, что в присутствии различных электролитов или многозарядных катионов, частицы ММТ способны либо коагулировать и образовывать т. Например, добавление небольших концентраций до 1 масс. РС4, и вызывает увеличение набухаемости кальциевых форм ММТ . Это связано с тем, что добавление малых количеств электролита приводит к тому, что анионы нейтрализуют часть межслоевых катионов глины, поэтому силикатные слои хуже притягиваются друг к другу. Дальнейшее повышение количества электролита способствует уменьшению двойного электрического слоя и коагуляции частиц глины. Следовательно, подбирая необходимые поверхностноактивные вещества, электролиты или среду, можно не только контролировать вторичные структуры, но и добиваться большей степени диспергирования частиц глины. Дифференциальные кривые нагревания ММТ характеризуются несколькими эндотермическими эффектами. Первый из них находится при 0 С и характеризует выделение сорбированной межпакетной воды ,. Потери этой воды и дальнейшее нагревание ММТ до 0 С не вызывает изменения структуры минерала. После охлаждении и соприкосновении ММТ с атмосферной водой, происходит ее поглощение до прежнего уровня . Второй эндотермический эффект протекает между 0 и 0 С и третий при С. При этих температурах, удаляется структурная вода из кристаллической решетки ММТ, которая уже не восстанавливается. В структуре минерала происходят глубокие изменения, связанные со сшиванием слоев благодаря конденсации силанольных и алюмонольных групп. Данный процесс называют спеканием глины. Иногда на термограммах ММТ отмечают слабый экзотермический эффект при 0 С, который связан глобальной перестройкой структуры минерала и образованием новых кристаллических веществ .