Μελέτη των ιδιοτήτων φράγματος σε νανοσύνθετα πολυαμίδια PA - TiN

Μαματσής, Δημήτριος; Mamatsis, Dimitrios

dc.contributor.author	Μαματσής, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Mamatsis, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2016-09-12T11:27:11Z
dc.date.available	2016-09-12T11:27:11Z
dc.date.issued	2016-09-12
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43483
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12973
dc.rights	Default License
dc.subject	Πολυμερή	el
dc.subject	Πλαστικά	el
dc.subject	Νανοσύνθετα	el
dc.subject	Πολυαμίδια	el
dc.subject	Polymers	en
dc.subject	Polyamides	en
dc.subject	Nanocomposites	en
dc.subject	Permeability	en
dc.subject	Diffusion	en
dc.title	Μελέτη των ιδιοτήτων φράγματος σε νανοσύνθετα πολυαμίδια PA - TiN	el
dc.title	Study of barrier properties into nanocomposites polyamides PA - TiN	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πολυμερή	el
heal.classification	Polymers	en
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/f96eaecad7005b860741ecc59d4835f7428015fd
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-07-04
heal.abstract	Τα πολυαμίδια αποτελούν υλικά τα οποία βρίσκουν ευρεία εφαρμογή σε διάφορους τομείς της βιομηχανίας. Το χαμηλό τους κόστος, η καλή χημική τους αντίσταση, η ευκολία τους στην μορφοποίηση και η δυνατότητα ανακύκλωσή τους αποτελούν πλεονεκτήματα που καθιστούν τα πολυαμιδικά υλικά ικανά να αντικαταστήσουν μεταλλικά είδη. Τα πολυαμίδια είναι μηχανολογικά θερμοπλαστικά (engineeringthermoplastics) και παρουσιάζουν ευρύτατο πεδίο εφαρμογών τόσο στην σύνθεση ινών όσο και στην κατασκευή χυτών προϊόντων. Σημαντικά πλεονεκτήματά τους είναι το χαμηλό κόστος, η διαθεσιμότητα των πρώτων υλών και των ενδιάμεσων τους και οι ικανοποιητικές φυσικές και χημικές ιδιότητες τους.H παρούσα εργασία εστιάζει στα γραμμικά πολυαμίδια, τα οποία είναι γνωστά με την εμπορική ονομασία νάϋλον (nylon). Τα νάϋλον είναι πολυμερή συμπύκνωσης αμινοξέωνή διαμινών και διβασικών οξέων, τα οποία περιέχουν επαναλαμβανόμενους αμιδικούς δεσμούς στη γραμμική τους αλυσίδα και έχουν την ικανότητα να σχηματίζουν ίνες των οποίων τα δομικά συστατικά είναι προσανατολισμένα κατά την κατεύθυνση του άξονα.Τα γραμμικά πολυαμίδια παρουσιάζουν υψηλή κρυσταλλικότητα, η οποία σχετίζεται με τις καλές μηχανικές τους ιδιότητες. Η τάση θραύσης, το σημείο διαρροής, το μέτρο ελαστικότητας και η σκληρότητα αυξάνονται, αυξανόμενης της κρυσταλλικότητας. Αντίθετα, η απορρόφηση υγρασίας και η αντοχή στην κρούση μειώνονται ελάχιστα με αύξηση της κρυσταλλικότητας. Τα νανοσύνθετα πολυμερή είναι συστήματα δύο φάσεων που αποτελούνται από την πολυμερική μήτρα και διάσπαρτα ανόργανα μόρια της τάξεως των nm (10-9m)και το εύρος τους συνήθως ποικίλει από το 1 nm έως τα 50 nm. Τα νανοσύνθετα έχουν εξαιρετικές ιδιότητες σε σχέση με τα παραδοσιακά μακροσύνθετα, όπως αυξημένες αντοχές σε περισσότερες διευθύνσεις καθώς και μειωμένο κόστος πρώτων υλών, καθώς χρειάζεται πολύ μικρή ποσότητα ακριβών συστατικών για την πλήρωση της πολυμερικής μήτρας προς ενίσχυσή της. Ο μηχανισμός μεταφοράς μάζας αερίων διαμέσου νανοενισχυμένου πολυμερούς είναι παρόμοιος με τον μηχανισμό που εξηγεί την μεταφορά μάζας σε ημοκρυσταλλικά πολυμερή. Σκοπός των πειραμάτων της παρούσας εργασίας αποτελεί η μέτρηση της απορρόφησης της υγρασίας και κατά συνέπεια και του συντελεστή διαπερατότητας τόσο των παρθένων PA 6, PA 66 όσο και των νανoενυσχιμένων με Νιτρίδιο του Τιτανίου (TiN) PA6 και PA 66 σε διάφορες συγκεντώσεις και με διαφορετικές αναλογίες. Tα διαχεόμενα μόρια δύναται να προσροφηθούν με διάφορους τρόπους στην ίδια πολυμερική μεμβράνη. Συνεπώς, η κατανομή του μολυντή μπορεί να μεταβληθεί ανάλογα με την θερμοκρασία, την συγκέντρωση των ροφημένων μορίων, τον χρόνο, καθώς και την συμπεριφορά διόγκωσης του πολυμερούς. Η τάση που έχουν τα διάφορα χημικά είδη να επιστρέφουν σε μια κατάσταση ισορροπίας, αποτελεί την δύναμη που οδηγεί τα μόρια να μεταφέρονται από μια θέση σε μια άλλη. Τα διεισδυτικά μόρια θα πρέπει να αποκτήσουν την δυνατότητα να κινούνται μέσα στην δομή του πολυμερούς για να μεταφερθούν διαμέσου της μάζας του. Αλλάζοντας όμως την φύση του πολυμερούς επηρεάζεται μια σειρά από τα χαρακτηριστικά του, επομένως είναι δύσκολο να συσχετιστεί η αλλαγή αυτή με την ευκολία διάχυσης των μολυντών. Για τον λόγο αυτό πραγματοποιήθηκαν δοκιμές ρόφησης υγρασίας δύο διαφορετικών πολυαμιδίων (ΡΑ 6 και ΡΑ 66) σε τρία διαφορετικά περιβάλλοντα υγρασίας, τόσο για τα παρθένα πολυαμίδια, τόσο και για τα αντίστοιχα νανοσύνθετά τους σε διάφορες συγκεντρώσεις του ανόργανου νανοενισχυτικού. Αρχικά δημιουργήθηκαν τα δοκίμια με κατά το δυνατό σταθερότερο πάχος και αφού ζυγίστηκαν τοποθετήθηκαν σε 3 διαφορετικά περιβάλλοντα σχετικής υγρασίας 50%, 75% και 100%. Στην συνέχεια και κατά τακτά χρονικά διαστήματα, τα διάφορα δοκίμια ζυγίστηκαν με σκοπό την μέτρηση της μεταβολής του βάρους τους προς μελέτη της απορρόφησης της υγρασίας. Καθώς ο χρόνος αυξάνει, παρατηρείται σταθεροποιήση της απορρόφησης υγρασίας και για τα δυο διαφορετικού τύπου πολυαμίδια και ανεξάρτητα από το περιβάλλον υγρασίας των εκάστοτε πειραματικών μετρήσεων. Από τις δοκιμές αυτές διαπιστώθηκε ότι όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση του ανόργανου νανοενισχυτικού (ΤiN), τόσο χαμηλότερος είναι ο συντελεστής διάχυσης και επομένως τόσο χαμηλότερη και η διαλυτότητα στο νερό. Για την επίδραση της παρουσίας του νανοενισχυτικού στο σημείο υαλώδους μετάπτωσης και στην κρυσταλλικότητα, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC). Συγκριτικά με το παρθένα πολυαμίδια παρατηρείται αύξηση του βαθμού κρυσταλλικότητας στα νανοσύνθετα, εν γένει, και στις 3 διαφορετικές αναλογίες. Στα νανοσύνθετα πολυμερή παρατηρείται αύξηση του σημείου υαλώδους μετάπτωσης (Tg) και οφείλεται στην ανύψωση της ενέργειας ενεργοποιήσεως που χρειάζεται για τη μετάπτωση. Οι αλληλεπιδράσεις των αλυσίδων του πολυμερούς που έχουν διεισδύσει στο ΤiN με τα πλακίδια του ΤiN μειώνουν πάρα πολύ την περιστροφική και μεταφορική ευκινησία τους. Προκύπτει λοιπόν ότι, η προσθήκη ανόργανων αδιαπέραστων νανοσωματιδίων βελτιώνει τις ιδιότητες φράγματος των πολυμερών. Το γεγονός αυτό αποδίδεταιως επί το πλείστον με την επιμήκυνση της διαδρομής διάχυσης τουδιαπερνώντος μορίων του αερίου λόγω της αύξησης της μαιανδρότητας. Η αύξηση της αναλογίας των νανοσωματιδίων και του κλάσματος όγκου τους, βελτιώνει αυτές τις ιδιότητες. Η προσθήκη της διαλυμένης ουσίας ενισχύει αυτές τις ιδιότητες, τουλάχιστον παρατείνοντας την περίοδο επαγωγής για να να διαπεράσουν το νανοενισχυμένο πολυαμίδιο. Οι ιδιότητες φράγματος μπορούν να βελτιωθούν περαιτέρω χρησιμοποιόντας νανοσωματίδια τα οποία παρουσιάζουν ποικιλομορφία στο μέγεθος και την δομή τους ή/και δραστικά πρόσθετα τα οποία έχουν την δυνατότητα να παρεμποδίζουν την διαδικασία διάχυσης, τουλάχιστον στα αρχικά στάδια.	el
heal.abstract	Polyamides are materials which find wide application in various sectors of industry. Their low cost, good chemical resistance, ease of molding and the possibility of recycling are advantages wich make polyamide materials ideal of replacing metal materials. Polyamides are engineering thermoplastics and have wide range of applications in both fiber composition and in the manufacture of molded products. Significant advantages are its low cost, availability of raw materials and their intermediate and satisfactory physical and chemical properties. This paper focuses on linear polyamides, which are known by the trade name nylon. Nylons are polymers of amino - acids or condensation of diamines and dibasic acids, which contain recurring amide bonds in the linear chain and have the ability to form fibers whose structural components are oriented in the direction of the axis. Linear polyamides exhibit high crystallinity, which is associated with good mechanical properties. The breaking stress, the yield point, elastic modulus and hardness increase with increasing crystallinity. In contrast, moisture absorption and impact resistance slightly decreased with increasing crystallinity. The nanocomposite polymers are two-phase systems consisting of a polymeric matrix and inorganic particles dispersed in the order of nm (10-9 m) and the width typically ranges from 1 nm up to 50 nm. The nanocomposites have excellent properties compared with traditional macrocomposites, such as increased resistance to several addresses and reduced raw material costs, as it requires a very small amount of expensive ingredients for the filling of the polymeric matrix to strengthen it. The mass transfer mechanism of gases through nanocomposite polymer is similar to the mechanism which explains the mass transfer in semicrystalline polymers. The purpose of the present study tests is to measure the absorption of moisture and consequently the permeability factor both of virgin PA 6, PA 66 and the nanocomposite with titanium nitride (TiN) PA6 and PA 66 at different concentration and in different proportions. The diffusing particles may be adsorbed in various ways to the same polymeric film. Therefore, the distribution of contaminant may change depending on the temperature, the concentration of the adsorbed molecules, the time and the swelling behavior of the polymer. The tendency of the different chemical species to return to a state of equilibrium, is the force that drives the molecules to be transported from one location to another. The penetrant molecules should acquire the ability to move within the structure of the polymer to be transported through the mass. When changing the nature of the polymer, a number of characteristics are influenced, so it is difficult to correlate this change with the ease of diffusion of the contaminants. For this reason, moisture sorption tests were performed in two different polyamides (PA 6 and PA 66) in three different moisture environments, both in virgin polyamides, and nanocomposites in various concentrations of TiN. Originally the essays are created with constant thickness as possible are weighed ard placed in three different relative humidity environments of 50%, 75% and 100%. Subsequently, and at regular intervals, various specimens were weighed to measure the weight change in order to study the absorption of moisture. As time increases, the moisture absorption is stabilized in both of the two different type polyamides regardless of the environment humidity of individual experimental measurements. From these experimental tests it was found that the higher the concentration of the inorganic TiN, the lower the diffusion coefficient and hence the lower the solubility in water. In order to measure the influence of the presence of TiN in the glass transition temperature and the crystallinity, the method of differential scanning calorimetry (DSC) was used. An increase in the degree of crystallinity in the nanocomposites is observed - compared with virgin polyamides - generally in both three different TiN ratios. In the nanocomposite polymer there is an increase of glass transition temperature (Tg) due to the elevation of the activation energy necessary for the transition. The interactions between the polymer chains that have infiltrated the TiN with tiles of TiN greatly reduce their rotational and translational agility. So that, the addition of inorganic nanoparticles improves the impermeable barrier properties of polymers. This is attributed mostly to the elongation of the diffusion path of the gas molecules permeate by rising meandrocity. These properties are improved by increasing the proportion of nanoparticles and volume fraction. Adding more solute enhances these properties, at least prolonging the induction period to penetrate nanocomposite polyamide. The barrier properties can be further improved by using nanoparticles which show variability in their size and structure and / or reactive additives which are able to inhibit the diffusion process at least in the initial stages.	en
heal.advisorName	Παπασπυρίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παπασπυρίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Μουτσάτσου, Αγγελική	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	139 σ.
heal.fullTextAvailability	true
heal.fullTextAvailability	true