Clay-containing polymeric nanocomposites

Joint Authors

Utracki, L. A.
Kamal, M. R.

Source

The Arabian Journal for Science and Engineering. Section C, Theme issues

Issue

Vol. 27, Issue 1C(s) (30 Jun. 2002), pp.43-67, 25 p.

Publisher

King Fahd University of Petroleum and Minerals

Publication Date

2002-06-30

Country of Publication

Saudi Arabia

No. of Pages

25

Main Subjects

Materials Science , Minerals

Topics

Abstract AR

تناقش هذه الورقة مركبات البوليمر المدعمة بالطين.

و من مزايا استخدام الطين في البوليمر, تـوفـره و قلة كلفته, ونسبة الطول للعرض, بينما تتضمن مساوئه خواصه الاسترطابية.

و يعد نشر حبيبات الطين في مذيبات مائية من أحادي أو متضاعف المونومر مهمة سهله نسبيا, غير أن تحضير مواد البوليمرالمركبة الطاردة للماء ذات الوزن الجزيئي المرتفع مثل البولي بروبلين يعد من العمليات الصعبة.

و للتغلب على هذه المشكلة, يتوجب التعامل مع مكونات عديمة الذوبان التي تتطلب مزجا قويا لنشر الحبيبات الطينية.

و من المواد الطينية المفضلة في هذا المجال المونت مورلونايت (MMT) الذي يـعـد أفضلها لاحتوائه على حبيبات صغيرة مكونة من مئات البلورات الطبيقية ذات سماكة (0,96) نانومتر, و قطر (100 – 2000) نانومتر.

و تقدم خلية MMT الواحدة موقعين للتفاعل بالأيون السلبي على سطح السليكات و الهيدروكسيل على الأطراف.

و تتطلب عملية مواءمة البوليمر مع المادة الطينية تشكيل رابط أيوني قوي بين سطح المادة و العنصر العضوي من خلال الأيون الموجب, مثل أونيوم أو الأمونيوم.

و لقد تضمنت عملية المواءمة مؤخرا مادة الإيبوكسي على مجمعات الأنهيدريد التي تتفاعل مع مجموعات الهيدروكسيل الطرفية.

و نظرا لأن الترابط الداخلي للطبقات الصلبة في (MMT) هي أقوى (100) مرة من الترابط الداخلي للطبقات السائلة, فإنه يتوجب عمل رابط جيد بين الجزئيات الطينية و العضوية.

و تتضمن الاستراتيجية الأفضل لتحضير البوليمرات المركبة مع المادة الطينية المقشرة اتباع عدة خطوات هي : مزج (MMT) بالماء لزيادة المسافات بين الطبقات الداخلية إلى (1,3) نانومتر مقارنة بـ (0,96) في المادة الجافة, و المزج بالجزيئيات العضوية ذات الأيونات موجبة الملاءمة الأونيوم أو نوع لويس (Lewis) مما يزيد المسافات إلى (4) نانومتر.

و تؤدي المواءمة التفاعلية بين المادة العضوية و الطينية و البولييمر عند عوامل دفقية إلى تقشر الحبيبات مما يزيد المسافات الداخلية إلى أكثر من(8,8) نانومتر.

Abstract EN

-In this review we discuss clay-reinforced polymeric nano-composites (PNC).

The advantages of using clays are availability, cost, and aspect ratio; the main disadvantage is their hygroscopic character.

It is a relatively simple task to disperse cl ay platelets in water-soluble solvents, monomers, or oligomers.

However, preparation of PNC in a hydrophobic, high molecular weight, polymer (e.g., polypropylene) is di ffi cult.

The way to approach the problem is to consider the process from the perspective of compatibilization of antagonistically immiscible components and diffusion-cont rolled mixing.

The preferred cl ay is montmorillonite (MMT) with micron-sized particl es formed by stacks of hundreds of layered crystals, each of 0.96 nm thickness and an average diamet er of 100–2000 nm.

The MMT unit cell offers two types of reactive sites: anions on the silicate fl at surfaces and hydroxyl (–OH) groups on the edges.

Historically, “ compatibilization” involved forming an ionic bond between the cl ay surface and organophilic onium cation, e.g., ammonium.

More recently, “ compatibilizers” containing epoxy or acid anhydride groups were reacted with the side –OH groups.

Since the solid–solid interactions between MMT layers are about 100 times stronger than liquid–liquid ones, good bonding between clay particl e and the matrix is imperative.

To prepare PNC with well-exfoliated clay, the best strategy is to do it in multiple steps.

Initial swelling of MMT in water may expand the interlayer spacing from the initially dry state of 0.96 to about 1.3 nm.

Intercalation with suitable organophilic molecules, onium or Lewis-base type increases it to about 4 nm.

Reactive compatibilization of the organo–clay/matrix polymer system under flow results in exfoliation of the clay platelets (interlayer spacing larger than 8.8 nm).

American Psychological Association (APA)

Utracki, L. A.& Kamal, M. R.. 2002. Clay-containing polymeric nanocomposites. The Arabian Journal for Science and Engineering. Section C, Theme issues،Vol. 27, no. 1C(s), pp.43-67.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-360032

Modern Language Association (MLA)

Utracki, L. A.& Kamal, M. R.. Clay-containing polymeric nanocomposites. The Arabian Journal for Science and Engineering. Section C, Theme issues Vol. 27, no. 1C(s) (Jun. 2002), pp.43-67.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-360032

American Medical Association (AMA)

Utracki, L. A.& Kamal, M. R.. Clay-containing polymeric nanocomposites. The Arabian Journal for Science and Engineering. Section C, Theme issues. 2002. Vol. 27, no. 1C(s), pp.43-67.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-360032

Data Type

Journal Articles

Language

English

Notes

Includes appendices : p. 65-67

Record ID

BIM-360032