PL211362B1 - Sposób wytwarzania kompozytów polimerowych z dodatkiem nanonapełniaczy na bazie żelaza i węgla - Google Patents
Sposób wytwarzania kompozytów polimerowych z dodatkiem nanonapełniaczy na bazie żelaza i węglaInfo
- Publication number
- PL211362B1 PL211362B1 PL385202A PL38520208A PL211362B1 PL 211362 B1 PL211362 B1 PL 211362B1 PL 385202 A PL385202 A PL 385202A PL 38520208 A PL38520208 A PL 38520208A PL 211362 B1 PL211362 B1 PL 211362B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- carried out
- nanofillers
- synthesis
- iron
- temperature
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 49
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims description 25
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims description 24
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 title 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 17
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 16
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920003224 poly(trimethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 8
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 claims description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 6
- WOZVHXUHUFLZGK-UHFFFAOYSA-N dimethyl terephthalate Chemical compound COC(=O)C1=CC=C(C(=O)OC)C=C1 WOZVHXUHUFLZGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 6
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N antimony trioxide Chemical compound O=[Sb]O[Sb]=O ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 claims description 5
- -1 polyoxobutylene Polymers 0.000 claims description 5
- 238000005809 transesterification reaction Methods 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 claims description 4
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 4
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 4
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 3
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 claims description 3
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical compound [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 claims description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 4
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000001725 laser pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002707 nanocrystalline material Substances 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001241 arc-discharge method Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000002872 contrast media Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011019 hematite Substances 0.000 description 1
- 239000007970 homogeneous dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 1
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 description 1
- 239000013528 metallic particle Substances 0.000 description 1
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920000909 polytetrahydrofuran Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211362 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 385202 (22) Data zgłoszenia: 16.05.2008 (51) Int.Cl.
C08L 67/06 (2006.01) C08L 67/02 (2006.01) C08K 3/04 (2006.01) C08K 3/08 (2006.01) C08K 9/02 (2006.01)
Sposób wytwarzania kompozytów polimerowych z dodatkiem nanonapełniaczy na bazie żelaza i węgla (73) Uprawniony z patentu:
ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY W SZCZECINIE, Szczecin, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:
23.11.2009 BUP 24/09 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.05.2012 WUP 05/12 (72) Twórca(y) wynalazku:
WALERIAN ARABCZYK, Szczecin, PL URSZULA NARKIEWICZ, Szczecin, PL IWONA PEŁECH, Szczecin, PL
ZBIGNIEW ROSŁANIEC, Szczecin, PL KONRAD KWIATKOWSKI, Szczecin, PL MAGDALENA KWIATKOWSKA, Szczecin, PL (74) Pełnomocnik:
rzecz. pat. Renata Zawadzka
PL 211 362 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytów polimerowych z dodatkiem nanonapełniaczy na bazie żelaza i węgla (Fe/Fe3C, Fe3C/C, Fe/C) metodą in situ.
Magnetyczne cząstki metali pokryte węglem są niezwykle interesujące ze względu na swoje potencjalne zastosowania jako magnetyczne: nośniki informacji, atramenty, tonery. Warstwy węglowe otaczające cząstki metaliczne mają za zadanie ich izolowanie między innymi od czynników utleniających. Dodatkowo cząstki metalu chronione warstwami węgla, nabierają cech biokompatybilności i stabilnoś ci w wielu mediach organicznych i nieorganicznych. Takie wł aś ciwoś ci stwarzają moż liwość ich dalszych aplikacji tj.: dostarczanie leków, czujniki biologiczne czy środki kontrastujące. Do najczęściej badanych materiałów należą otoczone węglem nanocząstki żelaza, które pozyskuje się w wyniku wyżarzania metalu lub jego związków (tlenków, kompleksów) z różnymi materiałami węglowymi, przez kondensację odparowanego metalu i węgla w łuku elektrycznym lub metodą pirolizy laserowej. Z publikacji H. Tokoro, S. Fujii, T. Oku, Diamond Related Mat., 13 (2004) 1270 znany jest sposób otrzymywania cząstek żelaza o średnicy około 200 nm pokrytych 30 nm warstwą grafitu w wyniku wyżarzania hematytu i węgla w atmosferze azotu w temperaturze 1200°C. W publikacji S. Tomita, M. Hikita, M. Fujii, S. Hayashi, K. Yamamoto, Chem. Phys. Lett., 316 (2000) 361 wskazano, że wygrzewanie w próż ni w temperaturze 1700°C mieszaniny czą stek metalu i diamentu pozwalał o pokryć czą stki metalu jednorodnymi warstwami grafitowymi o grubości około kilku nanometrów. Znana jest z publikacji B. Bokhonov, M. Korchagin, J. Alloys and Compd., 333 (2002) 308 metoda wysokoenergetycznego rozdrabniania i termicznego wyżarzania mieszaniny sadzy i żelaza w wyniku czego otrzymywano cząstki metalu o średnicy 10 - 50 nm w matrycy węglowej. Długotrwała aktywacja mechaniczna układu sadza - żelazo prowadziła do powstawania fazy cementytu. Dodatkowo stwierdzono, że minimalna temperatura, w której następuje krystalizacja amorficznego węgla dla układu sadza - żelazo wynosiła 250 - 300°C. Z publikacji M. Jiang, X.G. Zhang, Y. Liu, G.M. Hao, J. Lin, Mater. Sci. Eng. B, 87 (2001) 66 znana jest modyfikowana metoda wyładowania łukowego, gdzie prowadzono syntezę ferromagnetycznego żelaza i jego związków otoczonych węglem. Metoda ta pozwoliła na otrzymanie wysokiej zawartości żelaza w próbce (do 80% wag.) oraz wysokiej wydajności (95%). Cząstki posiadały sferyczną morfologię, a ich średnice mieściły się w zakresie 10 - 30 nm. Z publikacji X. Bi, B. Ganguly, G.P. Hauffman, F.E. Huggins, M. Endo, P.C. Eklund, J. Mater. Res., 8 (1993) 1666 znany jest sposób, w którym pirolizie laserowej poddawano mieszaninę Fe(CO)5, CO2 i C2H4 otrzymując nanokrystaliczne cząstki α-Fe, Fe3C i Fe7C3. W przypadku zastosowania nadmiaru C2H4 w mieszaninie reakcyjnej, na powierzchni cząstek tworzyło się kilka monowarstw węgla.
Do jednych z najszerzej badanych materiałów węglowych należą nanorurki. Najpopularniejsza metoda otrzymywania nanorurek oparta jest na katalitycznym rozkładzie związków zawierających w swoim składzie węgiel. Otrzymane w ten sposób struktury włókniste zakończone są krystalitami żelaza lub cementytu. W zależności od warunków procesu obserwuje się również zakapsułkowane cząstki metalu w środku kanału rurek. Nanorurki węglowe ze względu na swoje unikatowe właściwości mogą znaleźć zastosowanie między innymi jako napełniacze do kompozytów polimerowych. Bezpośredni cel otrzymania kompozytów stanowi modyfikacja właściwości mechanicznych polimerów konstrukcyjnych, uzyskanie przewodności elektrycznej przy niewielkim stężeniu nanonapełniacza, poprawa stabilności termooksydacyjnej oraz przewodności cieplnej. Głównymi obszarami potencjalnych aplikacji są: przemysł elektroniczny, elektrotechniczny, motoryzacyjny, lotniczy i sportowy. Możliwości zastosowań nanokompozytów polimerowych są dość szerokie, np: osłony zdolne do pochłaniania promieniowania elektromagnetycznego, emitowanego przez sąsiednie urządzenia elektroniczne, osłony zabezpieczające przed wyładowaniami statycznymi, części poszyć samolotów i rakiet, części o wysokiej precyzji, w których odkształcenia cieplne obniżają zdolność trzymania tolerancji wymiarowej (np. opon samochodowych), elementy komputerów (hardware), ogniw fotowoltaicznych, przewodów paliwowych, elementy sprzętu sportowego, również bioinżynieria (np. sztuczne tkanki). Z publikacji F.H. Gojny, M.H.G. Wichmann, U. Kopke, B. Fiedler, K. Schulze, Comp. Sci. Techn., 64 (2004) 2363 oraz J.K.W. Sandler, J.E. Kirk, I.A. Kinloch, M.S.P. Shaffer, A.H. Windle, Polymer, 44 (2003) 5893 znany jest sposób wykorzystywania jako materiału osnowy duroplastów, głównie żywic epoksydowych. Wykorzystywanie termoplastów jako materiału osnowy znane jest z publikacji Z. Jia, Z. Wang, C. Xu, J. Liang, B. Wie, D. Wu, S. Zhu, Mater. Sci. Eng. A, 271 (1999) 395, gdzie użyto PMMA. Wykorzystanie PS znane jest z publikacji Z. Yang, B. Dong, Y. Huang, L. Liu, F-Y. Yan, H-L. Li, Mat. Chem. Phys., 94 (2005) 109, a polyolefin z publikacji M-K. Sec, J-R. Lee, S-J. Park, Mater.
PL 211 362 B1
Sci. Eng. A, 404 (2005) 79 oraz M.O. Lisunova, Y.P. Mamunya, N.I. Lebovka, A.V. Melezhyk, Eur. Polym. J., 43 (2007) 949]. Zastosowanie PC jako osnowy znane jest z publikacji L. Chen, X-J. Pang., Z-L. Yu, Mater. Sci. Eng A, 457 (2007) 287, a PA z publikacji C. Zhao, G. Hu, R. Justice, D.W. Schaefer, S. Zhang, M. Yang, CC. Han, Polymer, 46 (2005) 5125 oraz artykułu H. Zheng, C. Gao, Y. Wang, P.C.P. Watts, H. Kong, X. Ciu, D. Yan, Polymer, 47 (2006) 113. Pod względem właściwości mechanicznych kompozytów, wprowadzenie nanorurek węglowych do polimerów wpływa na wzrost ich wytrzymałości na rozciąganie i podwyższenie modułu sprężystości. Z publikacji D. Qian, E.C. Dickey, R. Andrews, T. Rantell, Appl. Phys. Lett., 76 (2000) 2868 znane jest, że dodatek 1% MWCNT do PS powoduje wzrost wytrzymałości na rozciąganie o ok. 25% i modułu o ok. 40%.
Sposób wytwarzania kompozytów polimerowych z dodatkiem nanonapełniaczy na bazie żelaza i węgla, według wynalazku, metodą in situ, wykorzystujący reakcję transestryfikacji i polikondensacji, przy udziale stabilizatorów charakteryzuje się tym, że nanokrystaliczne żelazo poddaje się procesowi nawęglania, w zakresie temperatur 350-800°C, pod ciśnieniem atmosferycznym. Następnie chłodzi się je do temperatury pokojowej w atmosferze gazu inertnego, tak otrzymane nanonapełniacze dysperguje się w glikolu etylenowym. Dyspersję nanonapełniaczy w glikolu etylenowym wprowadza się do rektora z tereftalanem dimetylu i katalizatorem w postaci octanu cynku. Prowadzi się proces syntezy polimeru w dwóch etapach, przy czy pierwszy etap syntezy - transestryfikację prowadzi się w temperaturze 160-180°C, pod ciśnieniem atmosferycznym. Następnie wprowadza się glikol polioksobutylenowy i prowadzi się drugi etap syntezy - polikondensację w temperaturze 240-260°C, pod obniżonym ciśnieniem, z udziałem tritlenku antymonu jako katalizatora. Nanonapełniacze dodaje się w ilości 0,1-1% masowy. Uzyskuje się kompozyt polimerowy w postaci multiblokowego kopolimeru estrowo eterowego, o stosunku segmentów sztywnych do giętkich 50%/50%. Nanokrystaliczne żelazo otrzymuje się z tlenków żelaza, z dodatkiem niewielkich ilości trudnoredukowalnych tlenków strukturotwórczych, zredukowanych politermicznie w temperaturze 20-500°C pod ciśnieniem atmosferycznym. Jako trudnoredukowalne tlenki strukturotwórcze stosuje się AI2O3, CaO. Jeżeli nawęglanie prowadzi się gazem zawierającym co najmniej jeden atom węgla, np. metan, etan, etylen albo jego mieszaniną z wodorem albo jego mieszaniną z gazem inertnym, to otrzymuje się nanonapełniacze w postaci Fe/Fe3C lub Fe3C/C. Nanonapełniacze w postaci Fe/C uzyskuje się dzięki przeprowadzeniu po procesie nawęglania procesu redukcji w atmosferze wodoru w zakresie temperatur 450-600°C, pod ciśnieniem atmosferycznym. Korzystnie jako gaz inertny stosuje się azot lub argon. Korzystnie drugi etap syntezy polimeru prowadzi się pod ciśnieniem od 20 do 30 Pa. Korzystnie, aby uzyskać jednorodną dyspersję, nanonapełniacze dysperguje się wykorzystując siły ścinające i drgania o częstotliwości ultradźwięków, za pomocą mieszadeł wysokoobrotowych i/lub ultradźwiękowych. Długość czasu mieszania dobierana jest eksperymentalnie, zależnie od stężenia napełniacza. Dyspersję nanonapełniaczy przygotowuje się tuż przed syntezą polimeru, aby zdyspergowana faza nie uległa sedymentacji. Korzystnie w trakcie syntezy miesza się ciągle mieszaninę reakcyjną.
Zaletą wynalazku jest to, że podczas tego samego, nieskomplikowanego procesu można otrzymać trzy rodzaje nanokrystalicznych materiałów żelazo - węgiel: Fe/Fe3C, Fe3C/C, Fe/C. Jednocześnie do ich preparatyki wykorzystuje się tanie surowce. Otrzymane materiały nanokrystaliczne stosuje się jako nanonapełniacze do kompozytu polimerowego, którego osnowę stanowi multiblokowy kopolimer estrowo - eterowy. Segmentem sztywnym jest poli(tereftalan etylenu) (PET), segmentem giętkim zaś polioksytetrametylen (PTMO) (stosunek segmentów sztywnych do giętkich 50%/50%). Zaletą wynalazku jest to, że dodatek nanonapełniaczy o różnym składzie fazowym (Fe/Fe3C, Fe3C/C, Fe/C) i róż nej koncentracji do kopolimeru PET-blok-PTMO powoduje wzrost wytrzyma ł o ś ci mechanicznej tego tworzywa o około 30%.
Sposób według wynalazku opisany jest w poniższych przykładach wykonania.
P r z y k ł a d 1
Nanokrystaliczne tlenki żelaza z dodatkiem trudnoredukowalnych tlenków strukturotwórczych (AI2O3, CaO) redukuje się politermicznie w temperaturze 20-500°C pod ciśnieniem atmosferycznym, następnie nawęgla się mieszaniną etylen - wodór w temperaturze 370°C. Otrzymany materiał chłodzi się do temperatury pokojowej w atmosferze azotu. Próbkę o składzie Fe/Fe3C w ilości 0,1% mas. dysperguje się w 30 g glikolu etylenowego przy wykorzystaniu sił ścinających i drgań o częstotliwości ultradźwięków, działających naprzemiennie. Dyspersję wraz z katalizatorem - octanem cynku w ilości 0,1 g oraz tereftalanem dimetylu w ilości 60 g wprowadza się do reaktora chemicznego w celu przeprowadzenia syntezy. Proces syntezy prowadzi się w dwóch etapach, w obecności nanocząstek, przy ciągłym mieszaniu. Pierwszy etap - transestryfikację prowadzi się w temperaturze 160-180°C, pod
PL 211 362 B1 ciśnieniem atmosferycznym. Drugi etap syntezy -polikondensację prowadzi się w obecności glikolu polioksobutylenowego (PTMEG) w ilości 45 g oraz katalizatora - tritlenku antymonu w ilości 0,05 g, w temperaturze 240-260°C przy obniżonym ciśnieniu równym 20 Pa. Otrzymuje się multiblokowy kopolimer estrowo - eterowy, oparty na poli(tereftalanie etylenu) (PET) oraz polioksotetrametylenie (PTMO) (stosunek segmentów sztywnych do giętkich 50%/50%) z dodatkiem nanocząstek Fe/Fe3C.
P r z y k ł a d 2
Sposób jak w przykładzie 1, przy czym nanomateriał o składzie Fe/Fe3C dodaje się do mieszaniny reakcyjnej w ilości 0,3% mas. Uzyskuje się kompozyt polimerowy PET-blok-PTMO/Fe/Fe3C, którego wytrzymałość na rozciąganie wzrasta o ok. 30% w porównaniu z czystym polimerem.
P r z y k ł a d 3
Sposób jak w przykładzie 1, przy czym jako nanonapełniacz stosuje się materiał o składzie Fe3C/C, który otrzymuje się przez nawęglanie nanokrystalicznych tlenków żelaza z dodatkiem trudnoredukowalnych tlenków strukturotwórczych (AI2O3, CaO) mieszaniną etylenu i argonu w stosunku 1:1, w temperaturze 650°C, pod ciśnieniem atmosferycznym. Proces nawęglania prowadzi się w wysokotemperaturowym piecu rurowym. Otrzymany materiał chłodzi się do temperatury pokojowej w atmosferze argonu. Otrzymuje się kompozyt polimerowy o składzie PET-blok-PTMO/ Fe3C/C.
P r z y k ł a d 4
Sposób jak w przykładzie 3, przy czym nanomateriał o składzie cementyt/węgiel otrzymuje się w wyniku nawę glania nanokrystalicznego ż elaza (ś rednia wielkość krystalitów ż elaza 17 nm) etanem w temperaturze 800°C. Tak przygotowaną próbkę dodaje się w iloś ci 1% mas. do reaktora syntezy polimeru. Otrzymuje się kompozyt polimerowy o składzie PET-blok-PTMO/Fe3C/C.
P r z y k ł a d 5
Sposób jak w przykładzie 1, przy czym jako nanonapełniacz stosuje się materiał o składzie Fe/C. Nanonapełniacz Fe/C otrzymuje się w wyniku nawęglania nanokrystalicznego tlenku żelaza etylenem w temperaturze 600°C, a następnie redukcji w atmosferze wodoru w temperaturze 450°C. Otrzymuje się kompozyt polimerowy o składzie PET-blok-PTMO/ Fe/C o gęstości 1,22 g/cm3.
Claims (12)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób wytwarzania kompozytów polimerowych z dodatkiem nanonapełniaczy na bazie żelaza i węgla metodą in situ, wykorzystujący reakcję transestryfikacji i polikondensacji, przy udziale stabilizatorów, znamienny tym, że nanokrystaliczne żelazo poddaje się procesowi nawęglania, w zakresie temperatur 350 - 800°C, pod ciś nieniem atmosferycznym, następnie chłodzi się do temperatury pokojowej w atmosferze gazu inertnego i tak otrzymane nanonapełniacze dysperguje się w glikolu etylenowym, nastę pnie dyspersj ę wprowadza się do rektora z tereftalanem dimetylu i katalizatorem w postaci octanu cynku, po czym prowadzi się proces syntezy polimeru w dwóch etapach, przy czym pierwszy etap syntezy:- transestryfikację prowadzi się w temperaturze 160-180°C, pod ciśnieniem atmosferycznym, następnie wprowadza się glikol polioksobutylenowy i prowadzi się drugi etap syntezy.- polikondensację w temperaturze 240-260°C pod obniżonym ciś nieniem, z udział em tritlenku antymonu jako katalizatora, przy czym nanonapełniacze dodaje się w ilości 0,1-1% masowy,
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kompozyt polimerowy PET - blok - PTMO posiada stosunek segmentów sztywnych do giętkich 50%/50%.
- 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako nanokrystaliczne żelazo stosuje się nanokrystaliczne tlenki żelaza z dodatkiem niewielkich ilości trudnoredukowalnych tlenków strukturotwórczych zredukowane politermicznie w temperaturze 20-500°C pod ciśnieniem atmosferycznym.
- 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że jako trudnoredukowalne tlenki strukturotwórcze stosuje się AI2O3, CaO.
- 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nawęglanie prowadzi się gazem zawierającym co najmniej jeden atom węgla.
- 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nawęglanie prowadzi się mieszaniną wodoru z gazem zawierają cym co najmniej jeden atom wę gla.
- 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nawęglanie prowadzi się mieszaniną gazu inertnego z gazem zawierającym co najmniej jeden atom węgla.PL 211 362 B1
- 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e po procesie nawęglania prowadzi się proces redukcji w atmosferze wodoru w zakresie temperatur 450-600°C, pod ciśnieniem atmosferycznym.
- 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e jako gaz inertny stosuje się azot lub argon.
- 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że drugi etap syntezy prowadzi się pod ciśnieniem od 20 do 30 Pa.
- 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nanonapełniacze dysperguje się wykorzystując siły ścinające i drgania o częstotliwości ultradźwięków, za pomocą mieszadeł wysokoobrotowych i/lub ultradźwiękowych.
- 12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w trakcie syntezy miesza się ciągle mieszaninę reakcyjną.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL385202A PL211362B1 (pl) | 2008-05-16 | 2008-05-16 | Sposób wytwarzania kompozytów polimerowych z dodatkiem nanonapełniaczy na bazie żelaza i węgla |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL385202A PL211362B1 (pl) | 2008-05-16 | 2008-05-16 | Sposób wytwarzania kompozytów polimerowych z dodatkiem nanonapełniaczy na bazie żelaza i węgla |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL385202A1 PL385202A1 (pl) | 2009-11-23 |
| PL211362B1 true PL211362B1 (pl) | 2012-05-31 |
Family
ID=42987286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL385202A PL211362B1 (pl) | 2008-05-16 | 2008-05-16 | Sposób wytwarzania kompozytów polimerowych z dodatkiem nanonapełniaczy na bazie żelaza i węgla |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL211362B1 (pl) |
-
2008
- 2008-05-16 PL PL385202A patent/PL211362B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL385202A1 (pl) | 2009-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | In-situ pyrolyzed polymethylsilsesquioxane multi-walled carbon nanotubes derived ceramic nanocomposites for electromagnetic wave absorption | |
| Zhu et al. | Flexible Fe3O4/graphene foam/poly dimethylsiloxane composite for high-performance electromagnetic interference shielding | |
| Luo et al. | High-temperature stable and metal-free electromagnetic wave-absorbing SiBCN ceramics derived from carbon-rich hyperbranched polyborosilazanes | |
| KR101414560B1 (ko) | 전도성 필름의 제조방법 | |
| KR101329974B1 (ko) | 복합탄소소재를 포함하는 전자파 차폐용 수지 조성물 | |
| Ramesan | Synthesis, characterization, and properties of new conducting polyaniline/copper sulfide nanocomposites | |
| Akhina et al. | Plasticized PVC graphene nanocomposites: Morphology, mechanical, and dynamic mechanical properties | |
| Zhang et al. | Iron-core carbon-shell nanoparticles reinforced electrically conductive magnetic epoxy resin nanocomposites with reduced flammability | |
| JP5357047B2 (ja) | 導電性熱可塑性樹脂組成物及びプラスチック成形品 | |
| Lin et al. | Effect of polyhedral oligomeric silsesquioxane nanoparticles on thermal decomposition of cyanate ester resin | |
| Hajializadeh et al. | Synthesis and characterization of multiwall carbon nanotube/waterborne polyurethane nanocomposites | |
| Oraby et al. | Optimization of electromagnetic shielding and mechanical properties of reduced graphene oxide/polyurethane composite foam | |
| KR100795876B1 (ko) | 도전성 폴리머, 그 제조 방법 및 용도 | |
| Zhou et al. | Polymer‐derived Fe x Si y/SiC@ SiOC ceramic nanocomposites with tunable microwave absorption behavior | |
| Bakir et al. | Nanofiller-conjugated percolating conductive network modified polymerization reaction characteristics of aromatic thermosetting copolyester resin | |
| KR101327812B1 (ko) | 초저밀도 배향성 번들 구조를 지닌 고전도성 탄소나노튜브 및 이를 이용한 고전도성 고분자 나노복합재 조성물 | |
| Fariha et al. | Advances in PVC-based blend nanocomposites | |
| Yu et al. | The effect of carbon nanotubes/NiFe 2 O 4 on the thermal stability, combustion behavior and mechanical properties of unsaturated polyester resin | |
| Kalita et al. | Hyperbranched polyurethane/triethanolamine functionalized multi‐walled carbon nanotube nanocomposites as remote induced smart materials | |
| WO2007129088A1 (en) | Carbon nanotube enhanced magnets | |
| Zhao et al. | ZrO2 functionalized graphene Oxide/SEBS‐Based nanocomposites for efficient electromagnetic interference shielding applications | |
| Charoeythornkhajhornchai et al. | Effect of graphene treated with cyclohexyl diamine by diazonium reaction on cure kinetics, mechanical, thermal, and physical properties of natural rubber/graphene nanocomposite foam | |
| Zhao et al. | Synthesis of a functionalised phosphazene‐containing nanotube/epoxy nanocomposite with enhanced flame retardancy | |
| Ali et al. | Facile microwave synthesis of multi‐walled carbon nanotubes for modification of elastomer used as heaters | |
| JP2005264134A (ja) | 導電性ポリマー、その製造方法及びその用途 |