Регистрация / Вход
Прислать материал

Использование плазмообработанного аэросила растительного происхождения в полимерных композиционных материалах

Сведения об участнике
ФИО
Фарвазева Айгуль Арнольдовна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Композитные материалы
Тема
Использование плазмообработанного аэросила растительного происхождения в полимерных композиционных материалах
Резюме
Аэросил применяют в качестве наполнителя для увеличения физико-механических характеристик ПКМ. Растительный аэросил по своим свойствам отличается от синтетического. Плазмообработка аэросила активизирует поверхность и улучшает адгезию к полимерам.
Ключевые слова
Растительный аэросил, синтетический аэросил, алюмосиликат, диоксид кремния, индуктивно-связанная плазма, емкостной разряд, адгезия.
Цели и задачи
Целью работы является применение плазмообработанного растительного аэросила в качестве наполнителя в полимерных композиционных материалах.
Задачи исследования:
1. Исследование и сравнение свойств аэросила растительного и синтетического происхождения.
2. Модификация поверхности аэросила плазмохимической обработкой.
3. Анализ и сравнение результатов исследования.
4. Получение наполненного полимерного композиционного материала.
5. Физико-механические испытания образцов ПКМ и анализ результатов.
Введение

Аэросил - пирогенный диоксид кремния, который применяется в качестве нанонаполнителя в полимерных композиционных материалах для улучшения физико-механических свойств получаемого изделия. Аэросил способен предотвратить оседание мелких частиц, улучшает тиксотропию, реологические свойства материалов, позволяет улучшить диэлектрические свойства, повышает устойчивость смесей к перепадам температур, придает эффект сгущения, позволяет увеличить прочность и термоустойчивость. Аэросил абсолютно не окрашивает прозрачные лаки, пожаро- и взрывобезопасен, не токсичен.

Различают синтетический аэросил и аэросил растительного происхождения, добываемый из шелухи риса или гречихи. По своим свойствам и составу они отличаются.

Методы и материалы

Методы исследования: определение дисперсности, экстрагирование в ацетоне и тетрагидрофуране, инфракрасная спектроскопия, элементный анализ, плазмохимическая обработка емкостным и индукционным разрядом. 

Материалы: аэросил растительного происхождения, синтетический аэросил.

Описание и обсуждение результатов

Исследование и сравнение свойств аэросила растительного и синтетического происхождения.

Исследования размеров частиц аэросила на приборе Zeta Sizer показали, что средний размер частиц растительного аэросила – 100-150 нм, синтетического – 200-250 нм. Это связано с тем, что синтетический аэросил склонен к агрегации, что затрудняет точное определение размеров частиц.

Для выявления наличия органических соединений в составе растительного аэросила проведено экстрагирование аэросила в ацетоне и тетрагидрофуране. Методом инфракрасной спектроскопии определен молекулярный состав экстрагированных образцов. Результаты показали, что образцы растительного аэросила содержат в своем составе алюмосиликаты. В составе синтетического аэросила содержится только оксид кремния.

Проведен дополнительный элементный анализ на анализаторе Vario ElCube, где выявлено присутствие небольшого количества серы в составе растительного аэросила, и углерода и азота в составе синтетического аэросила (таблица).Наличие примесей связано со способом получения аэросила.

Таблица. Элементный анализ образцов аэросила.

Наименование

Содержание (масс.%)

C

H

N

S

Растительный аэросил

0,06

0,003

0,00

0,123

Синтетический аэросил

0,23

0,117

0,01

0,00

Плазмохимическая обработка поверхности аэросила

Не смотря на ряд преимуществ, аэросил имеет недостаток. Это плохая адгезия к полимеру. В целях улучшения адгезии наполнителя (аэросила) к полиолефину (полиэтилен/полипропилен) была проведена плазмообработка поверхности синтетического и растительного аэросила емкостным разрядом в среде инертного газа (аргон). Далее провели опыт на гидрофильность/гидрофобность с полученными образцами, который показал, что существенных изменений свойств аэросила не произошло.

Имея в виду, что неорганические твердые вещества плохо подвергаются воздействию емкостной плазмы, что и доказали наши опыты, поэтому целесообразно проводить модификацию аэросила под воздействием индуктивно-связанной плазмы.

Известно также, что на изменение адгезии влияет вид среды плазмохимической обработки. Поэтому плазменное травление проводят при низком давлении и часто в агрессивных газах.

Плазмообработанные образцы растительного и синтетического аэросила исследовали на гидрофильность на анализаторе влажности термогравиметрическом.

Результаты анализа растительного аэросила показали увеличение влагосодержания образцов в несколько раз.

Увеличение поглощающей способности растительного аэросила может быть связано со следующими причинами:

1) плазмообработка очистила микропоры и их поверхность поглощения стала больше;

2) обработка активизировала поверхность аэросила за счет закачки энергии при плазменной обработке.

Результаты анализа синтетического аэросила показали, что влагосодержание после плазмообработки уменьшилось на незначительное число.

Используемые источники
Список использованных источников
1. АО Реахим. Продукция. Аэросил [Электронный ресурс] / АО Реахим. – Режим доступа: http://www.reachem.ru/catalog/a/aerosil/, свободный.
2. Земнухова Л.А., Юдаков А.А., Сергиенко В.И. Патент 2245300 РФ, 2005.
3. Академик. Толкования. Индуктивно-связанная плазма [Электронный ресурс] / Академик. – Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/12023, свободный.
Information about the project
Surname Name
Farvazeva Aygul
Project title
The use of Aerosil plasma of plant origin in polymer composite materials
Summary of the project
Aerosil is used as filler to increase the physico-mechanical characteristics of polymer composite materials. Aerosil of plant origin on the properties differs from synthetic. A plasma processing of Aerosil activates the surface and improves adhesion to polymers.
Keywords
Aerosil of plant origin, synthetic Aerosil, aluminum silicate, silicon dioxide, the inductive-connected plasma, capacitive discharge.