Композиционные материалы на основе полипропилена и наноразмерных наполнителей 02. 00. 06 высокомолекулярные соединения

Вид материала

Автореферат

Содержание Научный руководитель Языев Батыр Меретович. Актуальность работы. Цель работы Научная новизна работы. Практическая значимость. Личный вклад автора Апробация работы. Публикации результатов. Структура и объем работы. В первой главе Во второй главе Основные результаты диссертации изложены

Подобный материал:

• Влияние природы наноразмерных частиц на физико-механические свойства полиэтилена низкого, 231.38kb.
• Композиционные материалы тепло- и звукоизоляционного назначения на основе некоторых, 233.43kb.
• Композитные материалы на основе полиэтилена низкой плотности и наноразмерного карбоната, 407.06kb.
• Влияние многостенных углеродных нанотруб на особенности физико-химических процессов, 350.98kb.
• Название факультета, 245.29kb.
• Носители противоопухолевых препаратов на основе синтетических полипептидов 02. 00., 548.13kb.
• Название файла, 32.54kb.
• Название проекта, 9.18kb.
• Наноструктурные металлы, сплавы, керамика и композиционные материалы, 47.02kb.
• Тверской государственный технический университет реферат на тему, 430.37kb.

На правах рукописи


ЧУКОВ НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ


КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ

ПОЛИПРОПИЛЕНА И НАНОРАЗМЕРНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ


02.00.06 – высокомолекулярные соединения


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


НАЛЬЧИК-2011

Работа выполнена в лаборатории нанокомпозиционных материалов на основе промышленных полимеров ФГУП «Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова»


Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Микитаев Абдулах Касбулатович


Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор,

Шаов Абубекир Хасанович

доктор технических наук,

Языев Батыр Меретович.

Ведущая организация:

Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева

Защита диссертации состоится «30» апреля 2011 г. в 13-00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.076.09 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» по адресу: 360004, КБР, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова


Автореферат разослан «25» марта 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук, профессор

Борукаев Т.А.

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Полипропилен один из самых крупнотоннажных полимеров в мире. Производство полипропилена составляет около 20 % от мирового производства всех полимерных материалов и имеет тенденцию роста. По объему производства он уступает только полиэтилену. Этот полимер может перерабатываться всеми высокотехнологичными и производительными способами переработки полимеров, включая экструзию и литье под давлением. Благодаря сочетанию ценных эксплуатационных свойств полипропилен нашел широкий спектр практического применения, среди которых пленки, волокна, детали автомобилей, большой ассортимент слабонагруженных изделий, детали бытовой аппаратуры и многое другое.

Модификация полипропилена путем создания различных композиционных материалов позволяет значительно расширить области его применения. Наполненный полипропилен занимает одно из первых мест среди наполненных термопластов. В настоящее время все больше внимания уделяется разработке композитов с наноразмерными наполнителями. Такие композиционные материалы обладают более высокими показателями, чем композиционные материалы с микро- и макронаполнителями. Введение даже небольшого количества в полипропилен наноразмерного наполнителя может существенно повысить физические свойства, формоустойчивость, улучшить барьерные качества, повысить огнестойкость и электропроводность.

Исследования, проводимые в данной работе, направлены на выявление зависимостей физических свойств нанокомпозитов на основе полипропилена от вида и количества нанонаполнителей различной природы. В качестве таких наполнителей выбраны глобулярный наноуглерод, нанотрубки «таунит», наноразмерный карбонат кальция, а также органомодифицированные слоистые силикаты. Этот ассортимент включает в себя дисперсные, волокнистые и пластинчатые наночастицы. Исследование полученных нанокомпозитов на основе полипропилена позволит создавать новые конструкционные полимерные материалы с заранее заданными эксплуатационными свойствами.

Сравнение эффекта от введения наноразмерных наполнителей с подобным эффектом от введения микроразмерных наполнителей одинаковой природы позволит расширить представления о механизмах армирования полимерной матрицы.

Цель работы: разработка нанокомпозитов на основе полипропилена и различных нанонаполнителей, а также изучение влияния природы наноразмерных наполнителей на некоторые физико-механические свойства полипропилена.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

– разработка методики получения нанокомпозитов на основе полипропилена и наполнителей различной природы;

– исследование физико-механических, морфологических и теплофизических свойств полученных нанокомпозитов;

– сравнительно рассмотреть свойства полученных нанокомпозитов с аналогичными композитами с микроразмерными наполнителями;

– проанализировать эффект от введения наноразмерных наполнителей и предложить гипотезу о механизме возникновения этого эффекта.

Научная новизна работы. Разработаны методики получения нанокомпозитов на основе изотактического полипропилена, наполненного глобулярным наноуглеродом, нанотрубками таунит, слоистыми силикатами и наноразмерным карбонатом кальция. Выявлены особенности концентрационных зависимостей физико-механических свойств полученных нанокомпозитов.

Установлены оптимальные количества наноразмерных наполнителей для достижения максимальных значений отдельных физико-механических характеристик (модуль упругости, предел текучести при растяжении, ударная вязкость по Шарпи с надрезом) изученных нанокомпозитов.

На основе исследования морфологических и теплофизических свойств новых нанокомпозитов, предложены механизмы армирования полипропиленовой матрицы наноразмерными частицами.

Исследовано влияние природы органических модификаторов слоистых силикатов на основные физико-механические свойства нанокомпозитов полипропилен/органомодифицированный слоистый силикат. Установлен наиболее эффективный модификатор слоистого силиката.

Практическая значимость. Изучены эксплуатационные и технологические свойства полипропилена при введении в него наноразмерных частиц различной природы.

Результаты работы могут быть использованы при создании полимерных нанокомпозиционных материалов на основе полипропилена конструкционного назначения, а также в производстве труб и пленок упаковочного назначения.

Личный вклад автора: все исследования проводились автором лично или при его непосредственном участии.


Защищаемые положения

1. Взаимодействие между полипропиленом и наполнителем зависит от размера наполнителя. Механизм влияния на полипропилен наноразмерных наполнителей отличается от подобного механизма наполнителей микронного размера. С точки зрения улучшения физико-механических свойств наноразмерные наполнители имеют преимущества.
   
2. Введение малых количеств (от 0,5 до 3 % масс) различных наноразмерных наполнителей позволило увеличить ударную вязкость по Шарпи с надрезом до 50 %, модуль упругости при растяжении до 21 %, предела текучести при растяжении до 15 % по сравнению с исходным полипропиленом.
   
3. Эффективность модификатора слоистого силиката зависит от обеспечиваемой им адгезии между полипропиленом и наполнителем. Среди исследованных модификаторов слоистых силикатов наиболее эффективным оказался меламин.
   

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: Международном форуме по нанотехнологиям «Rusnanotech- 08» (г. Москва, 2008 г.); Всероссийской конференции по физической химии и нанотехнологиям «НИФХИ-90» (г. Москва, 2008 г.); IV Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы» (г. Нальчик, 2008 г.); Втором международном форуме по нанотехнологиям «Rusnanotech-09» (г. Москва, 2009 г.); V Международной научно-практической конференции «Наноструктуры в полимерах и нанокомпозиты» (г. Нальчик, 2009 г.).

Публикации результатов. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ: 2 статьи в отечественных журналах, входящих в перечень ВАК и 5 публикаций тезисов в сборниках материалов научных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 109 стр., содержит 33 рисунка, 13 таблиц, заключения и списка литературы из 127 наименований.


Содержание работы


Во введении обоснована актуальность темы, поставлена цель и определены задачи исследования.

В первой главе представлен обзор литературных данных по тематике исследования. Рассмотрены работы по синтезу, свойствам и модификаторам структуры полипропилена. Основной упор сделан на нанокомпозиционные материалы на основе полипропилена. Проведен анализ данных физико-механических свойств нанокомпозитов на основе полипропилена.

Во второй главе рассмотрены используемые материалы и методы исследования.

В качестве матрицы был выбран полипропилен марки Каплен 01030. Это одна из наиболее распространенных марок полипропилена. Благодаря своей доступности, цене и технологическим свойствам, эта марка полипропилена достаточно часто используется и при производстве изделий методом литья под давлением.

В качестве нанополнителей использовались следующие материалы:

– наноразмерный карбонат кальция;

–глобулярный наноуглерод;

– углеродные нанотрубки «Таунит»;

– органомодифицированные слоистые силикаты.

Во второй части второй главы описаны методики совмещения полипропиленовой матрицы с наполнителями.

В третьей части второй главы описаны методики проведения испытаний.

В рамках данной работы определялись следующие физико-механические свойства нанокомпозитов на основе следующих стандартов:

– модуль упругости (ГОСТ 9550-81);

– предел текучести при растяжении (ГОСТ 11262-80);

– ударная вязкость по Шарпи с надрезом (ГОСТ 4647-80);

– твердость по Шору шкала Д (ГОСТ 24621-91).

Морфология полученных композитов изучалась методами дифференциальной сканирующей калориметрией и растровой электронной микроскопии. Способность нанокомпозитов к переработке определялась с помощью показателя текучести расплава.

В третьей главе изложены полученные результаты и их обсуждение.

Первый раздел посвящен анализу композитов полипропилен / наноразмерный карбонат кальция.

На рисунке 1 представлена зависимость модуля упругости от концентрации карбоната кальция.




Рис. 1. Зависимость модуля упругости от концентрации наноразмерного карбоната кальция


Как видно из рисунка 1 при введении в полипропилен наноразмерных частиц карбоната кальция в области концентраций 3 % масс. наблюдается заметный рост модуля упругости по сравнению с микроразмерными частицами. При более высоких концентрациях наполнителя модуль упругости все менее зависит от размера частиц карбоната кальция. При концентрациях более 5 % масс. композиты с наноразмерыми и микроразмерными наполнителями имеют практически одинаковый модуль упругости.

Отличия в поведении модуля упругости при растяжении композитов с нано- и микроразмерным наполнителем в данном диапазоне концентраций, вероятно, связаны с разной площадью контакта полипропилена с карбонатом кальция. При эффективной передаче напряжений от полипропилена к наноразмерному карбонату кальция модуль упругости нанокомпозитов выше, чем у аналогичных композитов с микроразмерными наполнителями из-за большей площади контакта матрицы с наполнителем.

Зависимость предела текучести при растяжении от содержания карбоната кальция представлена на рисунке 2.



Рис. 2. Зависимость предела текучести при растяжении от концентрации наноразмерного карбоната кальция


В отличие от композитов, наполненных микроразмерными частицами карбоната кальция, зависимость предела текучести при растяжении от концентрации наполнителя у нанокомпозитов имеет экстремальный характер с максимумом в области концентраций около 3 % масс. После прохождения максимума данная зависимость стремится к кривой зависимости предела текучести при растяжении от содержания карбоната кальция, определенной для композитов с микроразмерным наполнителем.

Так как предел текучести при растяжении имеет релаксационный характер, рост предела текучести при растяжении у композитов с наноразмерным наполнителем может быть обусловлен снижением сегментальной подвижности макромолекул полипропилена вследствие их адгезионной связи с нанокарбонатом кальция. Снижение сегментальной подвижности приводит к затруднению изменения конформаций макромолекул полипропилена и повышает напряжение, вызывающие вынужденную эластичность.

Зависимость ударной вязкости по Шарпи с надрезом от содержания карбоната кальция представлена на рисунке 3.



Рис. 3. Зависимость ударной вязкости по Шарпи с надрезом от концентрации наноразмерного карбоната кальция


Наполнение полипропилена микроразмерным карбонатом кальция мало влияет на ударную вязкость по Шарпи с надрезом в рассмотренном диапазоне концентрации наполнителя. В случае наноразмерного наполнителя наблюдается существенный рост ударной вязкости по Шарпи с надрезом до концентрации наполнителя 3 % масс. С превышением этой концентрации наблюдается слабое влияние, с некоторой тенденцией к снижению содержания наноразмерного карбоната кальция на ударную вязкость по Шарпи с надрезом. Следует отметить, что поведение композитов, наполненных наноразмерным карбонатом кальция со степенью наполнения до 7 % масс., сохраняет достаточно высокое значение ударной вязкости. По-видимому, такое отличие кривой зависимости ударной вязкости от содержания наноразмерного карбоната кальция от модуля упругости и предела текучести связано с особенностями механизма проявления ударной вязкости.

На сопротивление пластмасс ударным нагрузкам большое влияние оказывают концентраторы напряжений. Ими могут быть дефекты поверхности образца (шероховатости, резкие переходы расположения поверхностей), внутренние дефекты образца (пустоты, чужеродные включения), дефекты материала (внутренние напряжения, дефекты физической структуры).

Заметное увеличение ударной вязкости может быть связано с размером нанонаполнителя, его равномерным расположением в аморфной фазе полипропилена, а также прочной адгезионной связью с полипропиленом.

О распределении частиц наноразмерного карбоната кальция в полипропилене можно судить по изображению, представленному на рисунке 4.



Рис. 4. Распределение частиц наноразмерного карбоната кальция в полипропилене (содержание наполнителя 1 % масс.)


Как видно из рисунка 4 наночастицы карбоната кальция равномерно распределены в полипропиленовой матрице и содержат сравнительно малое количество агломератов.

Наночастицы карбоната кальция оказывают влияние на молекулярные образования в полипропилене. Частицы наполнителя служат зародышеобразователями кристаллизации полипропилена. Увеличение числа зародышеобразователей способствует образованию бездефектных кристаллитов меньшего размера, что увеличивает твердость композита. Этот вывод подтверждают данные ДСК, представленные на рисунке 5 и таблице 1.



Рис. 5. Термограммы ДСК плавления композитов полипропилен / наноразмерный карбонат кальция: 1 – исходный полипропилен; 2 -7 композиты полипропилен/нанокарбонат кальция с содержанием наполнителя, 1; 2; 2,5; 3; 3,5; 4 % масс. соответственно.


Из рисунка 5 видно, что пики плавления композитов полипропилен / наноразмерный карбонат кальция смещены в сторону более высоких температур относительно исходного полипропилена. Вместе с тем пики плавления всех нанокомпозитов находятся примерно на одном уровне. Более подробные результаты измерения ДСК приведены в таблице 1.


Таблица 1

Результаты измерения ДСК композитов

полипропилен/наноразмерный карбонат кальция

Содержание наноразмерного карбоната кальция, масс %	Температура кристаллизации, оС	Температура плавления, оС	Степень кристалличности, %
0	161,9	115,4	63,7
1	164,8	120,1	65,8
2	164,0	119,3	66,9
2,5	164,5	119,8	66,1
3	164,2	119,5	65,4
3,5	164,2	119,7	66,2
4	164,4	119,9	67,0
5	164,1	119,6	66,5
6	164,7	120,0	65,9
7	164,0	119,4	66,8

Смещение температур плавления и кристаллизации в область более высоких температур у нанокомпозитов полипропилен/наноразмерный карбонат кальция свидетельствует об изменении кристаллитов, по сравнению с исходным полипропиленом. Вместе с тем степень кристалличности нанокомпозитов практически не отличается от степени кристалличности исходного полипропилена, что позволяет сделать вывод о росте числа кристаллитов.

Твердость по Шору шкала Д нанокомпозитов полипропилен / наноразмерный карбонат кальция несколько выше, чем у чистого полипропилена, и не зависит от содержания наполнителя. Удлинение при разрыве рассмотренных нанокомпозитов остается на уровне исходного полипропилена.

Одновременно с повышением механических свойств у рассмотренных выше нанокомпозитов увеличивается их показатель текучести расплава, что существенно облегчает переработку таких материалов в изделия.

Второй раздел третьей главы посвящен анализу нанокомпозитов на основе полипропилена, наполненного углеродными наполнителями разного типа.

Зависимость модуля упругости композитов на основе полипропилена от содержания углеродного наполнителя представлена на рисунке 6.



Рис. 6. Зависимость модуля упругости от содержания углеродного

наполнителя


В области концентраций до 2 % масс. поведение композитов с наноразмерными наполнителями отличается от поведения композитов с микроразмерными наполнителями. В области низких концентраций наблюдается существенный рост модуля упругости, который по достижении определенного предельного значения прекращается. Далее, с повышением концентрации наполнителя, модули упругости композитов с наноразмерными наполнителями стремится к модулю упругости композитов с микроразмерным наполнителем. Можно отметить, что модуль упругости композитов, наполненных таунитом выше, чем у композитов, наполненных глобулярным наноуглеродом.

Увеличение модуля упругости при растяжении связано с наличием передачи напряжения от матрицы к наполнителю. Такая передача возможно лишь в случае образования связей, через поверхность раздела между матрицей и наполнителем. Экстремальный характер зависимости модуля упругости при растяжении нанокомопозитов может быть объяснен образованием агломератов.

Влияние углеродных наполнителей на предел текучести при растяжении композитов на основе полипропилена представлено на рисунке 7.



Рис. 7. Зависимость предела текучести при растяжении от содержания углеродного наполнителя


В случае с нанокомпозитами зависимость предела текучести при растяжении от содержания углеродного нанонаполнителя имеет экстремальный характер. После прохождения экстремума зависимость носит линейный убывающий характер, причем, в исследованном диапазоне концентрации, предел текучести при растяжении у нанокомпозитов выше, чем у исходного полипропилена и композитов, наполненных ацетиленовой сажей.

Различие в поведении модуля упругости и предела текучести при растяжении у композитов, наполненных таунитом и глобулярным углеродом может быть объяснено различной морфологией этих наполнителей. В случае глобулярного наноуглерода все три размера частиц находятся в нанометровом диапазоне. При использовании нанотрубок «таунит» таких размеров только два. Благодоря подобной морфологии нанотрубки сворачиваются в подобие колец, и оказывают более сильное влияние на модуль упругости полипропилена. В то же время влияние на модуль упругости обоих нанонаполнителей схоже. Вероятно, этот эффект связан с процессами течения, происходящими в полипропилене в момент текучести.

Наличие прочной адгезионной связи между полипропиленом и равномерно распределенными наноразмерными углеродными наполнителями, позволяет считать их упрочняющими элементами. По-видимому, непосредственная передача напряжений от полипропилена к наноразмерному углеродному наполнителю присутствует, но не носит определяющего характера. Более значимым фактором является снижение сегментальной подвижности макромолекул полипропилена из-за взаимодействия с углеродным наноразмерным наполнителем. О наличии подобного эффекта можно судить по величинам теплоемкости нанокомпозитов, представленной на рисунке 8.



Рис. 8. Сравнение экспериментально определенной и расчетной теплоемкости нанокомпозита полипропилен + 0,5 % масс глобулярного наноуглерода


Кривая теплоемкости нанокомпозита полипропилен + 0,5 % масс глобулярного наноуглерода (1) была получена экспериментально методом ДСК, а расчетная теплоемкость этого же нанокомпозита (2) была получена по закону аддитивности. Сплошность расчетной кривой 2 нарушена из-за недостоверных результатов в диапазоне разрыва. В этом диапазоне начинается плавление кристаллической фазы полипропилена, которое расходует теплоту, подведенную к системе, и теплоемкость полипропилена стремится к бесконечности.

Теплоемкость вещества зависит от числа внутренних степеней свободы, то есть от возможных видов движения молекул. Различие между расчетной и экспериментальной теплоемкостью обусловлено снижением степеней свободы поступательного и вращательного движения сегментов макромолекул полипропилена за счет адгезионной связи с глобулярным наноуглеродом.

На рисунке 9 представлена зависимость ударной вязкости по Шарпи с надрезом от содержания углеродного наполнителя



Рис. 9. Зависимость ударной вязкости по Шарпи с надрезом

от содержания углеродного наполнителя

Зависимость ударной вязкости по Шарпи с надрезом от содержания углеродного наполнителя определяется размером частиц. В случае наноразмерного наполнителя зависимость имеет экстремальный характер, причем для обоих исследованных типов нанокомпозитов. Максимальное значение ударной вязкости по Шарпи с надрезом несколько выше у полипропилена, наполненного глобулярным наноуглеродом, чем при наполнении таунитом. У композитов полипропилен/ацетиленовая сажа наблюдается монотонное снижение ударной вязкости по Шарпи с надрезом с ростом содержания наполнителя.

Наибольшая ударная вязкость по Шарпи с надрезом наблюдается у композитов с содержанием углеродного наноразмерного наполнителя 0,75-1 % масс. и превышает этот показатель по сравнению исходным полипропиленом и композитами с микроразмерными наполнителями на всем исследованном диапазоне концентраций. Таким образом, можно сделать вывод, что наличие наноразмерных частиц оказывает значительное влияние на условия ударного разрушения материала. Во время ударного воздействия в композитах в зоне удара действуют значительные локальные напряжения, разрушающие полимер матрицы. Однако этому поведению ударной нагрузки препятствует наличие углеродных наноразмерных частиц. Увеличению ударной вязкости в присутствии углеродных наноразмерных частиц способствует рассеивание энергии удара на отслоение полимера матрицы от нанонаполнителя и увеличение пути микротрещин до их слияния в магистральные.

О наличии адгезионной связи между макромолекулами полипропилена и наночастицами углеродных трубок «таунит» можно судить по РЭМ изображению. В качестве образца выбран композит полипропилен +0,5 % масс.

На рисунке 10 представлено РЭМ изображение нанокомпозита на основе полипропилена, наполненного 0,5 % масс. таунит.



Рис. 10. РЭМ изображение композита полипропилен + 0,5 % масс. таунит.


Из рисунка 10 видно, что нанотрубки окружены молекулами полипропилена. Причем не видно ни одной гладкой поверхности нанотрубок. Это может свидетельствовать о высокой прочности адгезионной связи полипропилен – таунит. Хотя количественно оценить подобную связь не представляется возможным из-за отсутствия соответствующих методов измерения, можно заключить, что она прочнее связей между макромолекулами полипропилена. Принимая во внимание более высокую удельную поверхность наноразмерных наполнителей, по сравнению с микроразмерными, а, следовательно, и большую поверхность контакта между полимером и наполнителем, модуль упругости нанокомпозитов растет быстрее, чем у композитов с микроразмерным наполнителем.

Показатель текучести расплава композитов полипропилен/таунит несколько вырос, что может облегчить переработку композита в готовые изделия. Твердость нанокомпозитов незначительно отличается от твердости исходного полипропилена.

В третьей части третьей главы рассматриваются свойства нанокомпозитов на основе полипропилена, наполненных модифицированными слоистыми силикатами.

Исходя из анализа литературы было выбрано оптимальное содержание слоистого силиката в полипропилене 5 % масс. Модифицированию подверглись как обычный очищенный бентонит, так и органофильный бентонит, содержащий катион Na⁺ на поверхности.

В результате введения модифицированного бентонита в полипропилен получена интеркалированная структура. О наличии пластин толщиной в единицы нанометров говорит изменение механических свойств, а наличие не расслоенных пачек видно на РЭМ изображениях.

Свойства нанокомпозитов полипропилен/природный бентонит приведены в таблице 2.

Таблица 2

Свойства нанокомпозитов

полипропилен /природный бентонит

Модификатор		АГ 5 %	АГ 10 %	МАГ 5 %	МАГ 10 %	МАГ 20 %	Меламин 5 %	Меламин 60 %
Модуль упругости, ГПа	0,98	1,24	1,25	1,23	1,14	1,13	1,17	1,36
Предел текучести, МПа	31,6	33,0	32,9	31,3	31,5	31,8	32,0	33,1
Ударная вязкость по Шарпи с надрезом кДж/м2	6,2	7,8	7,5	7,7	6,3	7,7	7,6	8,3
Твердость по Шору Д (1 секунда измерения)	72	75	74	75	74	74	75	75
Твердость по Шору Д (15 секунда измерения)	68	71	70	70	69	70	70	71

Исходя из анализа физико-механических свойств можно сделать вывод, что эффект от введения в полипропилен бентонита зависит от адгезионного взаимодействия между наполнителем и матрицей, а наиболее предпочтительным модификатором представляется меламин с содержанием 60 % масс.

На рисунке 11 представлено РЭМ изображение скола композита на основе полипропилена, наполненного 5 % масс. природного бентонита, наполненного 60 % масс. меламина.



Рис. 11. РЭМ изображение скола композита на основе полипропилена, наполненного 5 % масс. природного бентонита, модифицированного 60 % масс. меламина


Рисунок 11 свидетельствует о наличии высокой адгезии между полипропиленом и модифицированным природным бентонитом. Можно констатировать, что скол композита произошел по полипропиленовой матрице, следовательно, сила адгезионного взаимодействия в граничном слое выше, чем адгезионное взаимодействие макромолекул полипропилена.


Выводы

1. В результате проведенных исследований разработаны новые нанокомпозиционные материалы на основе изотактического полипропилена, карбоната кальция, глобулярного наноуглерода, углеродных нанотрубок (таунит), ограномодифицированных слоистых силикатов. Изучены структура и физико-механические свойства полимерных нанокомпозитов.
   
2. Изучены морфологические и физико-механические характеристики полипропилена, наполненного наноразмерным карбонатом кальция. Установлено, что наибольше влияние на модуль упругости, предел текучести при растяжении и ударную вязкость по Шарпи достигается при степени наполнения 3 % масс.
   
3. Исследовано влияние углеродных нанонаполнителей на структуру и свойства полипропилена. Показано, что создание прочной адгезионной связи полипропилена с равномерно распределенными углеродными наночастицами позволяет получать материалы с высокими физико-механическими характеристиками при малых содержаниях наполнителя (0,5–1 % масс.)
   
4. Показано влияние морфологии углеродных нанонаполнителей различной природы на физико-механические свойства полипропилена. Так, наполнение полипропилена углеродными нанотрубками оказывает более существенное влияние на модуль упругости, чем глобулярным наноуглеродом.
   
5. Проанализировано влияние химического строения органомодификатора слоистого силиката на свойства нанокомпозитов. Лучшие физико-механические свойства, обеспечивает меламин, с содержанием 60 % в слоистом силикате.
   
6. На основе ДСК и РЭМ предложены модели взаимодействия полипропилена с нанонаполнителями, объясняющие высокие физико - механические характеристики разработанных материалов.
   
7. Полученные результаты при изучении физико-механических свойств нанокомпозитных материалов на основе изотактического полипропилена позволяют предположить возможность их применения в производстве труб, упаковки, автомобилестроении и других направлениях традиционного применения полипропилена.
   

Основные результаты диссертации изложены

в следующих публикациях


1. Чуков Н.А., Данилова-Волковская Г.М., Микитаев А.К. Исследование показателя текучести расплава и твердости композитовна основе полипропилена и наноразмерных частиц мела //Cборник тезисов докладов научно-технологических секций Международного Форума по нанотехнологиям «Rusnanotech-08». Том 1. – Москва. - 2008. – ­ С. 318-319.

2. Чуков Н.А., Данилова-Волковская Г.М., Микитаев А.К. Исследование ударной вязкости и предела текучести композиционных материалов на основе полипропилена и углеродных многослойных нановолокон //Всероссийская конференция по физической химии и нанотехнологиям «НИФХИ-90» (с международным участием), посвященная 90-летию Карповского института. Сборник тезисов. – Москва, 2008. – С. 82-23.

3. Чуков Н.А., Данилова-Волковская Г.М., Микитаев А. К. Исследование твердости композитов на основе полипропилена наполненного наночастицами мела и глобулярным наноуглеродом // Материалы IV Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы». – Нальчик. Каб.-Балк. Ун-т, 2008. – С. 356-357.

4. Чуков Н.А., Молоканов Г.О., Джангуразов Б.Ж., Данилова-Волковская Г.М., Хаширова С.Ю., Микитаев А.К. Исследование механических свойств нанокомпозитов полипропилен/многослойные углеродные нановолокна //Материалы V Международной научно-практической конференции «Наноструктуры в полимерах и нанокомпозиты». – Нальчик: Каб.-Балк. Ун-т, 2009. - С. 160-162.

5. Чуков Н.А., Джангуразов Б.Ж., Данилова-Волковская Г.М., Микитаев А.К. Некоторые механические свойства композитов полипропилен / многослойные углеродные нанотрубки //Второй Международный Форум по нанотехнологиям «Rusnanotech-09». Cборник тезисов секционных докладов, стендовых докладов и докладов участников конкурса научных работ молодых ученых. – Москва, 2009. – С. 461-463.

6. Шоранова Л.О., Чуков Н.А., Микитаев А.К. Нанокомпозиты на основе простейших полиолефинов //Наукоемкие технологии. - № 2. - Т. 12. – 2011. – С. 61-71.

7. Чуков Н.А, Микитаев А.К. Физико-механические свойства нанокомпозитов на основе полипропилена и наноразмерного карбоната кальция //Наукоемкие технологии. - № 3. - Т.12. - 2011. - С. 23-28.