Nanokompozyty polimerowe

Nanokompozyty polimerowe – materiały kompozytowe, w których co najmniej jeden składnik ma wymiar w skali nanometrowej (10⁻⁹ m). W przypadku kompozytów polimerowych składnikiem tym najczęściej jest wypełniacz, nazywany wówczas nanonapełniaczem. Osnowa polimerowa (inaczej spoiwo polimerowe) i nanonapełniacz oddziałują z sobą na poziomie cząsteczkowym. Dzięki temu nanonapełniacz, o wymiarach poniżej 100 nm, dodany w niewielkiej ilości (zwykle kilka procent) do osnowy może znacznie zmienić wybrane właściwości kompozytu.

Klasyfikacja nanonapełniaczy

Nanonapełniacze można sklasyfikować ze względu na charakter chemiczny lub rodzaj struktury fizycznej, jednak najczęściej są one klasyfikowane pod względem kształtu cząstek. Wyróżnia się nanonapełniacze:

• 1D – liniowe (np. nanorurki węglowe)
• 2D – płytkowe (np. montmorylonit)
• 3D – proszkowe (np. nanocząstki srebra).

Rola osnowy i nanonapełniacza

Osnowa jest lepiszczem: spaja wzmocnienie (czyli włókna, zwane też zbrojeniem, do którego niekiedy zalicza się nanonapełniacz), silnie się z nim wiążąc. Nadaje ona pożądany kształt oraz właściwości chemiczne i cieplne. Dzięki osnowie naprężenia są przenoszone na włókna.

Materiały kompozytowe wzmacniane włóknami najczęściej są stosowane w celu zapewnienia zwiększonej wytrzymałości statycznej i zmęczeniowej oraz sztywności. Uzyskuje się to przez wprowadzenie włókien wytrzymałych, sztywnych, lecz zwykle kruchych, do miękkiej i ciągliwej osnowy. Osnowa jedynie przekazuje przyłożone obciążenie do włókien, które w większości je przenoszą, dzięki czemu materiały kompozytowe wykazują dobre właściwości wytrzymałościowe (zarówno w temperaturze pokojowej, jak i podwyższonej).

Metody otrzymywania

Metody otrzymywania nanokompozytów zawierających montmorylonit można podzielić na dwie grupy:

1. spęcznienie minerału monomerami:

• ciekłymi (w temperaturze pokojowej lub podwyższonej)
• stopionymi (w temperaturze podwyższonej)
• w roztworze lub zawiesinie

We wszystkich trzech metodach po wprowadzeniu monomeru w przestrzenie międzypakietowe minerału przeprowadza się proces jego polimeryzacji.

2. wprowadzenie polimeru w przestrzenie międzypakietowe minerału:

• w roztworze lub zawiesinie
• w stanie stopionym

W tych metodach nanokompozyt otrzymuje się bezpośrednio po zakończeniu procesu.

Zastosowanie

Nanokompozyty polimerowe z nanorurkami węglowymi to idealne tworzywo jeśli wymagana jest wysoka czystość (napędy dyskowe), elementy antystatyczne w motoryzacji (zbiorniki paliwowe i elementy układu paliwowego w postaci obudowy filtrów czy modułów pomp), barierowość ograniczająca emisję z układów paliwowych. Zastosowanie przewodzących tworzyw umożliwia elektrostatyczne lakierowanie wielu części samochodowych (zderzaków, kołpaków, obudowy lusterek, uchwytów drzwiowych, elementów wyposażenia kabiny).

Nanowłókna mogą mieć w przyszłości wiele nowych zastosowań, między innymi w technice, inżynierii materiałowej, jak również w medycynie. Wiele ośrodków badawczych prowadzi intensywne badania nad wykorzystaniem ich w leczeniu tkanek miękkich, jako nośników leków lub materiałów opatrunkowych, jako podłoży dla inżynierii tkankowej.

Bibliografia

• Joanna Barton, Arkadiusz Niemczyk, Krystyna Czaja, Łukasz Korach, Beata Sacher-Majewska. Kompozyty, biokompozyty i nanokompozyty polimerowe. Otrzymywanie, skład, właściwości i kierunki zastosowań. „Chemik”. 68 (4), s. 280–283, 2014. [dostęp 2017-02-04]. [zarchiwizowane z adresu]. 
• Michał Kacperski. Nanokompozyty polimerowe. „Kompozyty (Composites)”. 3 (7), s. 225–232, 2003. [dostęp 2017-02-04]. [zarchiwizowane z adresu]. 
• Janusz German. Materiały kompozytowe w budownictwie. Cz. I. „Kalejdoskop Budowlany”. 6, s. 14–17, czerwiec 2000. [zarchiwizowane z adresu]. 
• Janusz F. Rabek: Współczesna wiedza o polimerach. Warszawa: PWN, 2008, s. ?. ISBN 978-83-01-15569-8.