用超临界二氧化碳建造更好的纳米复合塑料

 

纳米复合塑料是一种很有前途的一类材料具有广泛的应用，尤其是在汽车工业中。通过将纳米尺寸的无机材料，批量塑料，如强度，热稳定性，和阻燃性的机械性能，被大幅度地改善，很少在其他有利的性质，例如低重量没有影响。在这些复合材料，在整个聚合物基质中的无机填料的均匀分散（剥落）是一个关键因素。然而，这是平凡的，由于无机粘土矿物与塑料和强大的内部力量维系的硅酸盐片组成这些粘土的密集堆叠的有机聚合物的固有化学不相容。提高分散可以使用有机粘土来完成。这里，粘土矿物的层积结构是通过与有机离子（表面活性剂），并使用小的有机聚合物（增容剂），能够与所述亲水性粘土和疏水性塑料相互作用更换内部的无机离子展开。这些措施对增强填料脱落了一定的成功，但可以实现更完整的去角质是必要的技术。

 

几种技术最近已经提出了在文献中使用超临界CO 2（SCCO 2），以提高在聚烯烃中的有机粘土剥落。1-5 SCCO 2可以渗透的复合物或它的组件在处理过程中，作为溶剂，使更有效的去角质，并且是现成的，对环境无害。所提出的方法之间的主要区别是它的纳米复合材料部件（有机黏土，增容剂，或聚合物基质）的存在与SCCO 2在处理过程。每一种方法的有效性取决于SCCO的影响2对材料或材料。但是，CO的功能2在这些方法中还没有进行研究，直至现在。

 

与SCCO详细批次的研究2和聚烯烃纳米复合材料的成分表明，气体的作用是增塑材料的存在。6-8对于单独的有机粘土，这种增塑作用导致过量的表面活性剂捕集在硅酸盐片的周边动员和成为更均匀地分布在该矿物的所有内表面，但不改变它的堆叠结构。SCCO这种塑化影响2使官能化聚合物（该增容剂），以更深地进入到堆叠的片材之间的间隙。但由于没有在以前的研究剪切应力的测量限制了我们它的实际应用的理解。在27mm的同向旋转双螺杆挤出机（Leistritz的）中进行了更近期的工作。这使我们能够采取的剪切应力考虑，因为我们评估三种方法改变成分的存在与SCCO 2，从而来评估每种方法的有效性。9

 

 

图1。

X-射线衍射图案为三个不同的使用超临界二氧化碳的方法2（SCCO 2）与常规制备的纳米复合材料的热塑性烯烃（nTPO）和整齐的有机粘土。9 DI：直接注射。PO：预处理有机粘土。MS：色母粒-SCCO 2注。2θ：衍射度的角度。非盟：任意单位。

最简单的方法，由于其相似的聚合物发泡，被称为直接气注入（DI），其中SCCO 2被注入到挤出机中的复合材料的所有组分之后，已熔融混合在一起。5 X-射线衍射（XRD）分析有机粘土剥离在得到的热塑性聚烯烃（TPO）纳米复合材料的状态（5：5：90％= 粘土：增容：矩阵），发现在结构上没有变化（见图1）。透射电子显微镜（TEM）发现的粘土已经简单地破碎成更小的片段：参见图2（a）所示。因此，它是不令人惊讶地发现，对储能模量，硬度的量度，从常规制备样品，nTPO（见图相差很小3）。因此，当基体树脂是目前SCCO的增塑效果2太高度稀释的任何有益的变化发生在粘土剥落的状态。

 

 

图2。

示出在制备通过（a）去离子的纳米复合材料的粘土分散液的透射电子显微镜图像，（B）PO，（三）MS与SCCO 2在挤出机中，以及（d）MS不SCCO 2在挤出机中。9

显而易见的是，采用SCCO这三种方法2，以帮助粘土剥落不改善在以往的方法（nTPO）。不过，把注意力集中在粘土相容剂界面上，如在MS方法的情况下，似乎是最有利的方法来开发的一种技术。我们相信这是可能的MS方法，以其高度剥离的粘土，以建立一个更硬的纳米复合材料的比nTPO如果SCCO下的退火期间发生的增容剂的广泛的热降解2可以被防止。未来的工作将集中在方法熔融混合在SCCO存在的有机粘土和增容2，避免与长时间加热退 ​​化问题。

 

 

迈克尔·汤普森

麦克马斯特大学

 

迈克尔·汤普森是在化学工程系副教授，麦克马斯特大学制造工程研究生课程主任。他的研究主要集中在挤压过程。在此之前他目前的位置，他是一位高级工艺工程师在戴维斯-标准公司。

 

紫金庄

麦克马斯特大学

 

金陵刘

新能源汽车工程中心同济大学

 

威廉·罗杰斯

通用汽车公司研发实验室