Vliv podmínek míchání na mechanické vlastnosti nanokompozitů na bázi polyvinylchlorid/organojíl

Abstract

PVC nanokompozity byly připraveny interkalací v tavenině polymeru za použití jednošnekového kompoundačního zařízení, kdy jako nanoplnivo byl použit sodný typ montmorillonitu modifikovaný různými typy organických látek na bázi aminů. Ko-interkalační činidla, jmenovitě nízkomolekulární a vysokomolekulární změkčovadla byla použita z důvodu nahrazení části interkalačního činidla. Důvodem použití více látek pro modifikaci povrchu nanoplniva bylo nalezení nejvhodnější kombinace látek nejen pro dosažení největší mezirovinné vzdálenosti mezi jednotlivými vrstvami nanoplniva jako výchozího materiálu pro následnou exfoliaci nanoplniva v polymerní matrici, ale také největší pozitivní vliv na mechanické vlastnosti nanokompozitů. Navíc byl zkoumán vliv podmínek míchání, jmenovitě tři druhy rychlosti otáčení šneku v kombinaci s dobou zdržení směsi v kompoundéru, na rozvrstvení nanoplniva v polymerní matrici. Dále byl testován vliv různých typů změkčovadel, konkrétně dioktyflalát, dioktyladipát a vysokomolekulární změkčovadlo Lankroflex, na mechanické vlastnosti výsledných směsí. DMA analýza a tahové vlastnosti tenkých fólií připravených válcováním byly testovány v kombinaci s rentgenovou difrakcí a transmisní elektronovou mikroskopií za účelem vyhodnocení struktury vzniklých materiálů. Výše uvedené metody ukázaly, že v případě směsi PVC/přírodní sodný typ MMT byly připraveny kompozity obsahující interkalovanou neuspořádanou strukturu, zatímco v případě směsí PVC/organojíl byla dosažena jemná disperze částečně exfóliovaných částic montmorillonitu. Nakonec je důležité zmínit že, pro směsi obsahující 5% nanoplniva byla dosažena téměř třikrát větší hodnota modulu v tahu za předpokladu, že byly zvoleny vhodné podmínky přípravy směsí.

Polyvinylchloride compositions have been prepared by the melt intercalation method using single screw extruder. The different types of nanofiller based on the sodium type of montmorillonite were tested. It especially means that intercalating agent containing amine groups combined with co-intercalating agent (low or high molecular weight plasticizer) were examined to find which is the most suitable not only for obtaining the largest basal spacing and subsequently the best exfoliation of clay tactoids in polymer matrix, but also for the highest positive influence on mechanical properties. In the case of better exfoliation the effect of compounding was investigated. Therefore, three values of screw speed were studied and some blends were compounded twice to study retention time in single screw extruder and influence on orientation, dispersion and exfoliation of clay particles in PVC matrix. Moreover, the effect of different types of plasticizer on mechanical properties was determined as well. Bis(2-ethylhexyl) phthalate, Bis(2-ethylhexyl) adipates and epoxy plasticizer Lankroflex were tested. Following properties were examined: dynamical thermo-mechanical properties and tensile properties of thin PVC sheets prepared by calendaring. Using X-ray diffraction and transmission electron microscopy was found that partially intercalated and disordered structure arose in polyvinylchloride composites containing sodium type of montmorillonite, while a fine dispersion of partial exfoliation of individual montmorillonite layers in polyvinylchloride matrix was observed in case this clay was organically modified. Finally, almost three times higher value of tensile modulus for PVC nanocomposites containing as little as 5 wt. % montmorillonite provided that the convenient melt processing conditions were used is worth noticing.