عنوان فارسی مقاله:	مروری بر نانوکامپوزیتهای پلیمری با سیلیکات لایه ای
عنوان انگلیسی مقاله:	Polymer Layered Silicate Nanocomposites: A Review
دانلود مقاله انگلیسی:	برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf اینجا کلیک نمائید
خرید ترجمه آماده:

سال انتشار	2011
تعداد صفحات مقاله انگلیسی	66 صفحه
تعداد صفحات ترجمه مقاله	80 صفحه
مجله	مجله مهندسی مواد
دانشگاه	سوئیس
کلمات کلیدی	نانوکامپوزیتها، سیلیکات های لایه ای، ورقه ای شدن، نفوذ میان لایه ای یا میان افزایی، نفوذ میان لایه ای مذاب، پلیمری شدن میان لایه ای درجا، پایداری گرمایی، مانع گاز، عملکرد مکانیکی، بازدارندگی از اشتعال، بلورینگی یا قابلیت تبلور.
نشریه MDPI

فهرست مطالب:

چکیده

۱ مقدمه

۲ سیلیکات های لایه ای

۳ ساختارهای نانوکامپوزیت و مشخصات آنها

۴ تهیه و آماده سازی نانوکامپوزیت

۱ ۴ سنتز الگو
۲ ۴ میان افزایی یا جایگیری میان لایه ای پلیمر یا پیش پلیمر از محلول
۳ ۴ پلیمری شدن میان لایه ای درجا
۴ ۴ جایگیری میان لایه ای (میان افزایی) مذاب

۵ خصوصیات نانوکامپوزیت

۱ ۵ خصوصیات مکانیکی
۲ ۵ خصوصیات سد
۳ ۵ پایداری گرمایی و بازدارندگی اشتعال
۴ ۵ بلورینگی (قابلیت تبلور)

بخشی از ترجمه:

مقدمه

پلیمرها در سطح سنتی با پرکننده های غیر آلی تقویت شده اند تا بدین طریق خصوصیات آنها بهبود و هزینه ها کاهش یابد. پرکننده های معمولی عبارتنداز: تالک، کربنات کلسیم، فیبرها و… بهبود قابل توجه خصوصیات کامپوزیت اغلب مستلزم استفاده از مقدار زیادی پرکننده در مواد پلیمری می باشد که این امر منجر به ازدست رفتن شفافیت کامپوزیتها و همچنین افزایش حجم مواد کامپوزیت می گردد. این نوع پلیمرهای پرشده ذره ای براساس ابعاد فازهای درگیر، اغلب در گروه میکروکامپوزیتها طبقه بندی می شوند. اما برای تامین نیازهای رو به افزایش کاربردهای مواد مختلف، و ترکیب هر چه بهتر خصوصیات مفید مواد تشکیل دهنده یا القاء خصوصیات جدید، هیبریدهای عاملی از پرکننده های غیر آلی و مواد پلیمری دائماً توسعه یافته اند. نانوکامپوزیتهای پلیمری کلاس جدیدی از مواد هیبریدی در این طبقه می باشند. نانوکامپوزیتهای پلیمری موادی در مقیاس نانو هستند که حداقل یکی از مولفه ها و اجزای سازنده دارای اندازه کمتر از ۱۰۰nm می باشد. آنها فرصتی برای کشف رفتارها و عاملیت های جدید فراتر از حد مواد معمولی عرضه می کنند. نانوذرات در کسرهای حجمی بسیار پائین، تاثیر قوی بر خصوصیات کامپوزیتها می گذارند. این امر عمدتاً ناشی از فواصل میان ذره ای کوچک آنها و تبدیل کسر بزرگی از ماتریس پلیمری نزدیک سطح به فاز میانی خصوصیات مختلف و همچنین تغییر در مورفولوژی(ریخت شناسی)می باشد. در نتیجه، خصوصیات مطلوب معمولاً در کسر حجمی پائین پرکننده حاصل می گردند که به نانوکامپوزیتها امکان حفظ همگی میکروسکوپی و چگالی پائین پلیمر را می دهند. به علاوه، شکل هندسی ذرات نقش مهمی در تعیین خصوصیات کامپوزیتها ایفا می کند. نانوکامپوزیتها می توانند حاوی پرکننده های غیر آلی باشند که بر حسب ابعاد اصلی ذره، به سه طبقه مختلف تقسیم می شوند. زمانی که هر سه بعد ذره در مقیاس نانومتر باشد، آنگاه پرکننده های غیر آلی به شکل ذرات کروی نظیر ذرات سیلیکا دیده می شوند. پرکننده هایی با دو بعد در مقیاس نانومتر و یک بعد در رنج میکرومتر، عبارتنداز: نانوتیوب های کربنی یا الیاف ریز. زمانی که پرکننده دارای دو بعد متنهای در رنج میکرومتر باشد، اما بعد سوم در مقیاس نانومتر، آنگاه پرکننده ها شامل مواد سیلیکات لایه ای ( یا آلومینوسیلیکات) می شوند. اگرچه نانوکامپوزیتهایی با مواد غیر آلی در سه طبقه سنتز و از آنها تا حدی استفاده شده است، اما مخصوصاً نانوکامپوزیتهایی با بنیان سیلیکات لایه ای هستند که به خاطر بسیاری از محاسن استفاده از مواد سیلیکات لایه ای به عنوان پرکننده ها، حداکثر توجه تحقیقاتی را به خود جلب کرده اند.

6. خلاصه
نانوکامپوزیتها دردو دهه گذشته به خاطر بهبود قابل توجه خصوصیات کامپوزیت در کسر حجمی بسیار پائین پرکننده، تلاش پژوهش چشمگیری را به خود جلب کرده اند. محققین تویوتا در مطالعات خوددر اوایل دهه 90 از شیوه پلیمری شدن میان لایه ای درجا برای سنتز نانوکامپوزیتهای پلی آمید استفاده کردند. ازآن پس، تعدادی روش سنتز توسعه یافته و نانوکامپوزیتهایی با تعداد بزرگ ماتریس های پلیمری گزارش شده اند.   و همکاران از جایگیری یا میان افزایی مذاب برای سنتز نانوکامپوزیت  پلیمر خبر دادند که برای تولید کامپوزیت حضور حلال الزامی می باشد. سایر روشهای سنتز عبارتنداز: جایگیری میان لایه ای پلیمر یا پیش پلیمر از محلول و سنتز الگو. براساس شکل کامپوزیت ، نانوکامپوزیتها عموماً به دو گروه میان لایه ای یا ورقه ورقه تقسیم می شوند، اما چنین طبقه بندی ایده آلی در بسیاری از موارد به خاطر حضور شکل میان لایه ای و ورقه ورقه در کامپوزیتها، اختیاری می باشد. اصلی ترین عوامل برای بهبود خصوصیات کامپوزیت ، پلاکت های ورقه ورقه می باشند، زیرا پلاکت های میان لایه ای نسبت دید پلاکت ها را افزایش نمی دهند. برهم کنش های سطح سیلیکات، اصلاح سطحی و همچنین پلیمر با یکدیگر ورقه ورقه بودن یا نبودن پر کننده در ماتریس را مشخص می کنند. صرف نظر از این مسئله، برای برهم کنش های بهینه ، به اصلاح سطحی گرمایی پایدار و آزاد شدن هر گونه اصلاح سطحی اضافی نیاز می باشد. در مورد پلیمرهای قطبی، زنجیره های پلیمری می توانند با سطح سیلیکات قطبی برهم کنش دهند که این مسئله منجر به ورقه ورقه شدن وسیع پرکننده در پلیمر می گردد. این برهم کنش ها بر برهم کنش های غیر جذاب بین زنجیره های پلیمری قطبی و زنجیره های اصلاح سطحی غیر قطبی نیز غلبه می کنند. اما در مورد پلیمرهای غیر قطبی، هیچ گونه برهم کنشی بین فازهای کامپوزیتها وجود ندارد. پلیمری شدن جزئی ماتریس عموماً از طریق اضافه شدن سازگارکننده ای دومحیط دوست با وزن مولکولی پائین حاصل می گردد. مسیر دیگر افزایش فاصله بین لایه ای پرکننده با استفاده از روشهای اصلاح سطحی پیشرفته می باشد. این امر منجر به کاهش نیروهای الکترواستاتیکی جاذبه می گردد که پلاکت ها را در کنارهم نگه داشته و در نتیجه از طریق برش در ترکیب کننده، امکان ورقه ورقه شدن پلاکت ها فراهم می آید. به خاطر استفاده از رس مدول کامپوزیتها عموماً افزایش می یابد، اما برای مقاومت کششی و ضربه ای نتایج متناقضی بدست آمده و این خصوصیات بیشتر به شکل کامپوزیت حاصله بستگی دارند.خصوصیات سد نانوکامپوزیتها نیز به طور قابل توجهی بهبود یافته است، اما لازم است سازگاری فازهای آلی و غیر آلی در سطح میانی در نظر گرفته شود. پایداری گرمایی و همچنین بازدارندگی از شعله مواد پلیمری نیز به محض استفاده از مقدار اندکی پرکننده، افزایش می یابد. استفاده از مواد سیلیکاتی به عنوان بازدارنده های شعله در کامپوزیتهای پلیمری، شیوه ای محیط پسندتر از بازدارنده های شعله معمولاً استفاده شده می باشد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

Introduction

Polymers are traditionally reinforced with inorganic fillers to improve their properties as well as toreduce costs. These conventional fillers include talc, calcium carbonate, fibers, etc. The achievementof a significant improvement in the composite properties often requires incorporation of a largeamount of the filler in the polymer materials, which consequently leads to the loss of transparency ofthe composites, as well as increase in the bulkiness of the composite materials. Such particulate filledpolymers are often classified as microcomposites, based on the dimensions of the phases involved.However, to meet the rising demands of applications of the various materials, functional hybrids ofinorganic fillers and polymeric materials are being continuously developed so as to better combinetheir constituent’s beneficial properties or to induce new ones [1,2]. Polymer nanocomposites are thenew class of hybrid materials in this category. Polymer nanocomposites are nanoscale materials, inwhich at least one of the components has a dimension smaller than 100 nm. They offer an opportunityto explore new behaviors and functionalities beyond those of conventional materials. Nanoparticlesoften strongly influence the properties of the composites at very low volume fractions. This is mainlydue to their small interparticle distances and the conversion of a large fraction of the polymer matrixnear their surfaces into an interphase of different properties as well as to the consequent change in morphology [3]. As a result, the desired properties are usually reached at low filler volume fraction,which allows the nanocomposites to retain the macroscopic homogeneity and low density of thepolymer. Besides, the geometrical shape of the particles plays an important role in determining theproperties of the composites. The nanocomposites can contain inorganic fillers falling into threedifferent categories by the virtue of their primary particle dimensions [4]. When all the threedimensions of the particles are in the nanometer scale, the inorganic fillers have the form of sphericalparticles like silica particles [5,6]. Fillers with two dimensions in the nanometer scale whereas the thirdone is in the range of micrometers include carbon nanotubes or whiskers [7,8]. When the filler has twofinite dimensions in the range of micrometers, whereas the third dimension is in nanometer scale, thefillers include layered silicate (or aluminosilicate) materials [9]. Though nanocomposites with all theinorganic materials in the three categories have been synthesized and commercially applied to someextent, it is specially the layered silicate based nanocomposites which have attained maximumresearch attention owing to many advantages of using layered silicate materials as fillers.Though layered silicate materials are easily available and have also low cost, however, their nanoscale incorporation in the polymer matrices is not straightforward. In most of the instances,surface modification of these materials is required to obtain organically modified silicates or claywhich then is more compatible with the organic polymer matrices. The incorporation of the layeredsilicate materials into the polymer materials has been already known for half a century. In 1950, Carteret al. used the organically modified layered silicates for the reinforcement of elastomers [10].Greenland also showed the incorporation of clays into polyvinyl alcohol in the aqueous solution [11].Similarly, a number of other studies confirming the potential of the layered silicates in the compositestechnology were reported. However, it was the work of Toyota researchers for the development ofpolymeric nanocomposites in early nineties [12,13], in which electrostatically held 1 nm thick layers ofthe layered aluminosilicates were dispersed in the polyamide matrix on a nanometer level, which led toan exponential growth in the research in these layered-silicate nanocomposites. The route suggested by Toyota researchers was in-situ generation of polymer nanocomposites by using monomers.Subsequently, Giannelis and co-workers [14,15] also reported the route of melt intercalation for thesynthesis of polymer nanocomposites. In this route of nanocomposite synthesis, high molecular weightpolymers were melted at high temperature and the filler was added to the melt. This route became themost preferred way for the generation of nanocomposites, especially with commercially importantpolymers like polyolefins. Since then, nanocomposites with practically all the polymer matrices havebeen reported and a number of different manufacturing routes for the delamination of the filler in thepolymer matrices have been developed. Substantial improvements in properties like strength, modulus,thermal stability, flame retardency and decrease in gas permeability at very low filler contents ascompared to the conventional composites [16-24] have been reported. In the aluminosilicate familymontmorillonite, which can be easily exfoliated to 1 nm thick platelets in water, has been frequentlyused to prepare polymer nanocomposites. Though the generation of nanocomposites with nanoscaledispersion of filler in various polymer matrices has been achieved with varying degrees of success, thecommercial applications of these nanocomposites are still in infancy and some of the fundamentalquestions facing nanocomposite technology still need to be answered in order to better control theproperties and behavior of these nanocomposites.

عنوان فارسی مقاله:	مروری بر نانوکامپوزیتهای پلیمری با سیلیکات لایه ای
عنوان انگلیسی مقاله:	Polymer Layered Silicate Nanocomposites: A Review
دانلود مقاله انگلیسی:	برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf اینجا کلیک نمائید
خرید ترجمه آماده: