Wat zijn nanokomposieten van polymeerklei?
Polymeerklei nanocomposieten zijn materialen gemaakt door polymeren, zoals kunststoffen, te synthetiseren met klei nanodeeltjes. Dit proces produceert een materiaal dat de eigenschappen van deze twee stoffen op nieuwe manieren combineert. Nanocomposieten hebben verschillende eigenschappen die uniek zijn voor hun samenstelling, en het veld van nanowetenschap produceert ze om materialen nuttiger te maken. Het is bijvoorbeeld aangetoond dat polymeren gemengd met nanodeeltjes van klei verspreid over hun structuur een hoge vlamweerstand hebben. Deze ontwikkeling kan de vlamvertragende producten die al op de markt zijn verbeteren.
Reguliere composieten bestaan meestal uit bulkpolymeer met de introductie van een tweede vulmateriaal en een derde grensvlakmateriaal, dat de eerste twee materiaalcomponenten helpt bij het aan elkaar hechten. Deze composieten produceren echter meestal zwakke bindingen. In nanokomposieten van polymeerklei op nanoschaal hoeft het vulmateriaal slechts één tot vijf procent van het totale volume van de materialen te zijn. Wanneer gelijkmatig verspreid door het gastheerpolymeer, verandert het het polymeer in zijn eigen grensvlakcomponent en veroorzaakt een vergroting van de eigenschappen van elk. Een effectief ontwerp van nanokomposieten van polymeerklei omvat zorgvuldige keuzes van organische klei en polymeren en de optimalisatie van het syntheseproces om het grootste voordeel te leveren.
Er zijn verschillende gelaagde minerale silicaten die typisch worden gebruikt bij het produceren van nanokomposieten van polymeerklei. Sommige zijn strikt organische kleien en andere zijn gemodificeerde of gecombineerde organische / anorganische kleien, gemanipuleerd om goede nanomaterialen te produceren. Van de kleien die zijn goedgekeurd door de Food and Drug Administration (FDA) - zoals montmorillonite en bentoniet - heeft eerder onderzoek kennis opgeleverd van de resultaten die ze produceren, hun effectiviteit bij het verminderen van gas- en zuurstofabsorptie en hun goedgekeurde gebruik als medicijnafgifte systemen of voedsel- en drankcontainers. In zijn natuurlijke staat is montmorilloniet hydrofiel, wat betekent dat zijn moleculen gemakkelijk oplossen in water, waardoor het gemakkelijk te mengen is met een in water oplosbaar polymeer zoals vinylalcohol. Wanneer het gewenste polymeer-nanocomposiet het combineren met een niet-oplosbaar polymeer omvat, kan het gemodificeerde montmorilloniet dat bij de modificatie hydrofoob is gemaakt de keuze van de klei zijn.
Polymeren die zijn gecombineerd met klei zijn op verschillende manieren gewijzigd. Hun barrière-eigenschappen zijn versterkt in slagsterkte en mechanisch hebben ze meer elasticiteit. Bovendien zijn nanokomposieten van polymeerklei niet zo permeabel voor gassen en vertonen ze meer thermische stabiliteit onder hoge hitte. De thermoplastische industrie gebruikt nanokomposieten van polymeerklei om industriële banden te versterken en polypropyleenzakken te produceren die een enorm gewicht kunnen dragen zonder te barsten. In een heel andere toepassing wordt polyethyleentereftalaat (PET), een polymeer klei nanocomposiet thermoplastische hars, gebruikt om de frisdrankflessen te produceren die men in de supermarkt ziet.