DOI: 10.17586/2226-1494-2018-18-6-982-989


УДК541.183.2.678

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИУРЕТАНОВЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ФУЛЛЕРЕНОМ С60 И НАНОАЛМАЗАМИ

Гусева Е. Н., Пихуров Д. В., Зуев В. В.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Гусева Е.Н., Пихуров Д.В., Зуев В.В. Диэлектрические свойства полиуретановых нанокомпозитов, модифицированных фуллереном С60 и наноалмазами // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 6. С. 982–989. doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-6-982-989

Аннотация

Методом полимеризации in situ получены полиуретановые композиты, содержащие равномерно диспергированные нано- и макроразмерные углеродные наполнители с различной природой поверхности (с гидрофобной поверхностью –фуллерен С60 и фуллереновая сажа, с гидрофильной поверхностью – наноалмазы и наноалмазная шихта) с уровнем наполнения от 0,1 до 0,5 мас.%. Полученные нанокомпозиты исследованы методом диэлектрической спектроскопии для определения характера влияния природы поверхности и размера частиц на структуру и свойства готового материала. Выявлено, что введение наполнителей приводит к уменьшению энергии активации (Еа) процесса α-релаксации по сравнению с исходным полиуретаном. Показано, что неспецифическое π–π-взаимодействие для наноразмерных наполнителей доминирует над специфическим образованием водородных связей, которое может быть связано с наличием кислородсодержащих групп на поверхности наноалмазов. Диэлектрическая спектроскопия показала, что значения температуры стеклования (Tg) нанокомпозитов увеличиваются по сравнению с чистым полиуретанами, проявляя так называемый «антипластифицирующий эффект», в то время как композиты с макроразмерным наполнителем проявляют типичный для традиционных наполнителей пластифицирующий эффект.Наибольшее значение параметра D(хрупкости) соответствует образцу с фуллереновой сажей. Совпадение энергий активации поляризации Максвелла–Вагнера–Силларса для разных наполнителей говорит о том, что размеры жестких доменов в полимере не изменились.


Ключевые слова: полиуретановые нанокомпозиты, диэлектрические свойства, температура стеклования, наноалмазы, фуллерен С60, антипластифицирующий эффект

Благодарности. Все измерения диэлектрических свойств проводились в Центре диагностики функциональных материалов для медицины, фармакологии и наноэлектроники исследовательского парка СПбГУ.

Список литературы
  1. Yilgor I., Yilgor E., Wilkes G.L. Critical parameters in
    designing segmented polyurethanes and their effect on the morphology and properties: a comprehensive review // Polymer. 2015. V. 58. P. A1–A36. doi: 10.1016/j.polymer.2014.12.014
  2. Treacy M.M.J., Ebesen T.W., Gibson J.M. Exceptionally high Young's modulus observed for individual carbon nanotubes // Nature (London). 1996.V. 381.P. 678–680. doi: 10.1038/381678a0
  3. Chen X., Wu L., Zhou S., You B.In situpolymerization and characterization of polyester-based polyurethane/nano-silica composites // Polymer International. 2003. V. 52. N 6. P. 993–998. doi: 10.1002/pi.1176
  4. Swain S., Sharma R. ., Bhattacharya S., Chaudhary L. Effects of nano-silica/nano-alumina on mechanical and physical properties of polyurethane composites and coatings //
    Transactions on Electrical and Electronic Materials. 2013. V. 14. N 1. P. 1–8. doi: 10.4313/TEEM.2013.14.1.1
  5. Sabzi M., Mirabedini S.M., Zohuriaan-Mehr J., Atai M. Surfacemodification of TiO2 nano-particles with silane coupling agent and investigation of its effect on the properties of polyurethane composite coating // Progress in Organic Coatings.2009. V. 65. N 2. P. 222–228. doi: 10.1016/j.porgcoat.2008.11.006
  6. Tien Y.I., Wei K.H. The effect of nano-sized silicate layers from montmorillonite on glass transition, dynamic mechanical, and thermal degradation properties of segmented polyurethane //Journal of Applied Polymer Science. 2002. V. 86.
    P. 1741–1748. doi: 10.1002/app.11086
  7. Bistricic L., Baranovic, Leskovac G.M., Bajsic E.G. Hydrogenbonding and mechanical properties of thin films of polyether-based polyurethane-silica nanocomposites // European
    Polymer Journal. 2010. V. 46. P. 1975–1987. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2010.08.001
  8. Verma G., Kaushik A., Ghosh A.K. Preparation, characterizationand properties of organoclay reinforced polyurethane nanocomposite coatings // Journal of Plastic Film and Sheeting. 2013. V. 29. N 1. P. 56–77.
    doi: 10.1177/8756087912448183
  9. Cai D., Jin J., Yusoh K., Rafiq R., Song M. High performance polyurethane/functionalized graphene nanocomposites with improved mechanical and thermal properties // Composites Science and Technology. 2012.V. 72. P. 702–707.
    doi: 10.1016/j.compscitech.2012.01.020
  10. Yadav S.K., Cho J.W. Functionalized graphene nanoplatelets for enhanced mechanical and thermal properties of polyurethanenanocomposites // Applied Surface Science. 2013. V. 266. P. 360–367.doi: 10.1016/j.apsusc.2012.12.028
  11. Jomaa M.H., Seveyrat L., Lebrun L., Masenelli-Varlot K., Cavaill J.Y. Dielectric properties of segmented polyurethanes for electromechanical applications // Polymer. 2015. V. 63. P. 214–221.doi: 10.1016/j.polymer.2015.03.008
  12. Wu C., Huang X., Wang G., Wu X., Yang K., Li S., Jiang P. Hyperbranched-polymer functionalization of graphene sheets for enhanced mechanical and dielectric properties of polyurethane composites // Journal of Materials Chemistry. 2012. V. 22. N 14. P. 7010–7019. doi: 10.1039/c2jm16901k
  13. Sadasivuni K.K., Ponnamma D., Kumar B., Strankowski M., Cardinaels R., Moldenaers P., Thomas S., Grohens Y. Dielectric properties of modified graphene oxide filled polyurethane nanocomposites and its correlation with rheology // Composites Science and Technology. 2014. V. 104. P. 18–25.
    doi: 10.1016/j.compscitech.2014.08.025
  14. Tantis I., Psarras G.C., Tasis D.Functionalized graphene – poly(vinyl alcohol) nanocomposites: Physical and dielectric properties // Express Polymer Letters. 2012. V. 6. N 4. P. 283–292. doi: 10.3144/expresspolymlett.2012.31
  15. Kanapitsas A., Pissis S. Dielectric relaxation spectroscopy in cross-linked polyurethane ased on polymer polyol // European Polymer Journal. 2000. V. 36. N 6. P. 1241–1250. doi: 10.1016/s0014-3057(99)00167-6
  16. Sinitsin A.N., Zuev V.V. Dielectric relaxation of fulleroid materials filled PA 6 composites andthe study of its mechanical and tribological performance // Materials Chemistry
    and Physics. 2016. V. 176. P. 152–160. doi: 10.1016/j.matchemphys.2016.04.007
  17. Martinez-Rugerio G., Alegria A., Daniloska V., Tomovska R., Paulis M., Colmenero J. Dielectric relaxation of acrylic- polyurethane hybrid materials // Polymer. 2015. V. 74. P. 21–29. doi: 10.1016/j.polymer.2015.07.055
  18.  Castagna A.M., Fragiadakis D., Lee H.K., Choi T., Runt J. The role of hard segment content on the molecular dynamics of poly(tetramethyleneoxide) – based polyurethane copolymers // Macromolecules. 2011.V. 44.N 19.P. 7831–7836. doi: 10.1021/ma2017138
  19. Starkweather H.W., Avakian P. Conductivity and the electric modulus in polymers // Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 1992.V. 30.N 6.P. 637–641. doi: 10.1002/polb.1992.090300614
  20. Havriliak S., Negami S. A complex plane analysis of
    α-dispersions in some polymer systems // Journal of Polymer Science Part C. 1966. V. 14. P. 99–117.
  21. Havriliak S., Negami S. A complex plane representation of dielectric and mechanical relaxation processes in some
    polymers // Polymer. 1967. V. 8. P. 161–210.
  22. Hedvig P. Dielectric Spectroscopy of Polymers. Hilger,
    Bristol, 1977. 430 p.
  23. Angell C.A., Ngai K.L., McKenna G.B., P McMillan.F., Martin S.W. Relaxation in glassforming liquids and amorphous solids // Journal of Applied Physics. 2000. P. 3113–3157.
    doi: 10.1063/1.1286035
  24. Plazek D.J., Magil J.H. Physical properties of aromatic
    hydrocarbons. I. Viscous and viscoelastic behavior of 1:3:5‐Tri‐α‐naphthyl benzene // Journal of Chemical Physics. 1966. V. 45. P. 3038–3050. doi: 10.1063/1.1728059
  25. Bureau E., Cabot C., Marais S., Saiter J.M.Study of the
    α-relaxation of PVC, EVA and 50/50 EVA70/PVC blend // European Polymer Journal.2005. V. 41. N 5. P. 1152–1158. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2004.11.004
  26. Mokeev M.V., Zuev V.V. Rigid phase domain sizes
    determinationfor poly(urethane-urea)s by solid-state NMR
    spectroscopy. Correlation with mechanical properties //
    European Polymer Journal. 2015. V. 71. P. 372–379. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2015.08.003
  27. Nunn N., Torelli M., McGuire G., Shenderova O. Nanodiamond: a high impact nanomaterial // Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2017. V. 21. P. 1–9. doi: 10.1016/j.cossms.2016.06.008


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика