Μοριακή δυναμική και αλάγες φάσης σε νανοσύνθετα Poly-L-lactic acid/graphene oxide

Abstract

Στη παρούσα εργασία μελετώνται οι φυσίκες ιδιότητες του PLA(Poly-lactic acid) και οι αλληλεπιδράσεις του με τα νανοσωματίδια οξειδίου του γραφενίου.Το PLA είναι ένα ημικρυσταλλικό πολυμερές το οποίο είναι και βιοσυμβατό. Πραγατοποιήθηκαν μετρήσεις θερμιδομετρίας, διηλεκτρίκες μετρήσεις και μετρήσεις εκρόφησης νερού. Η παρούσα εργασία πραγματοποίηθηκε στα πλαίσια του γενικότερου ενδιάφεροντος για την περιοχή των νανοσύνθετων υλίκων. Πιο συγκεκριμένα χρησιμοποίθηκαν 7 δοκίμια, ένα με καθαρό πολυμερές, 3 με 0,5 wt%, 1 wt%, 2.5 wt% graphene oxide και 3 με 0,5 wt%, 1 wt%, 2.5 wt% graphene oxide organic modified. Αρχικά έγιναν μετρήσεις θερμιδομετρίας με τη μέθοδο DSC απο όπου έγιναν υπολογισμοί για την θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης Τg, για τα ποσοστά κρυσταλλικότητας και για την τήξη της κρυσταλλικότητας. Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις με διάφορα πρωτόκολλα και εξήχθησαν συμπεράσματα για την επίδραση πολυμερούς εγκλείσματος. Στην συνέχεια έγιναν διηλεκτρικές μετρήσεις με τις μεθόδους των θερμορευμάτων αποπόλωσης (TSDC) και την μέθοδο της διηλεκτρίκης αποκατάστασης (DRS). Στην μεθοδο TSDC οι μετρήσεις που έγιναν κυρίως ειχαν θερμοκρασιακό εύρος απο -150 – +100οC και με ρυθμό θέρμανσης 3 οC/min. Στην μέθοδο DRS έγιναν μετρήσεις στο “παράθυρο” συχνοτήτων 10-1- 106 και θερμοκρασιακό εύρος -150 - +150 οC. Ωστόσο και για τις 2 μεθόδους έγιναν κάποιες μετρήσεις έπειτα απο ανόπτηση κρυσταλλικότητας. Τέλος, έλαβαν χώρα και κάποιες μετρήσεις με την μέθοδο της ισόθερμης δυναμικής εκρόφησης (DDI). Στην συγκεκριμένη μέθοδο τα δοκίμια τοποθετήθηκαν σε περιβάλλον σχετίκης υγρασίας 98%. Τα κυριότερα συμπεράσματα που μπορούν να προκύψουν είναι η αύξηση του ποσοστού κρυσταλλικότητας στα νανοσύνθετα (>70%) καθώς και η επιτάχυνση της κρυσταλλικότητας. Τα ποσοστά κρυσταλλικότητας είναι μεγαλύτερα στα δοκίμια με οργανίκη τροποποίηση. Ακόμα παρατήρουμε επίδραση των εγκλεισμάτων στους μηχανισμούς διηλεκτρικής αποκατάστασης, καθώς και στη διηλεκτρική ισχυ των μηχανισμών αυτων. Τέλος, για την αλληλεπίδραση του εγκλείσματος με το νερό δεν εξήχθη κάποιο συστηματικό αποτέλεσμα αν και φαίνεται αύξηση του συντελεστή διάχυσης με την αύξηση του εγκλείσματος. Προτείνονται νεές μετρήσεις με παχύτερα δοκίμια για ασφαλέστερο συμπέρασμα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν ήταν πολύ ενδιαφέροντα. Όμως, λογω έλλειψης μελέτης του οξείδιου του γραφενίου ως έγκλεισμα σε διάφορες πολυμερικές μήτρες, υπάρχει ανάγκη περαιτέρω μελέτης του συγκεκριμένου εγκλείσματος.

In this project, physical properties of PLA(poly-lactic acid) are studied, as well as the interactions with graphene oxide nanoparticles. PLA is a semicrystalline polymer which is also biocompatible. Measurements of calorimetry. dielectric and desorption of water were carried out. This project was accomplished in the context of general interest in nanocomposite materials. More specifically 7 samples were used, 1 neat polymer,3 with 0,5 wt%, 1 wt%, 2.5 wt% graphene oxide and 3 with 0,5 wt%, 1 wt%, 2.5 wt% graphene oxide organic modified. At the beginning, calorimetry measurements were conducted using the DSC method and as a result we calculated the glass transition temperature Tg, the percentages of crystallization and the melting temperature. Measurements with various protocols were conducted and conclusions were exported for polymer-filler interaction. Afterwards dielectric measurements were executed using the TSDC and dielectric relaxation spectroscopy (DRS) methods. In TSDC method the range of the temperature was -150-100 oC and the heating rate was 3 οC/min. In DRS method the frequency range was 10-1- 106 and the temperature range was -150 - +150 οC. However, measurements were conducted after crystallization annealing for both methods. Finally, measurements took place, exploiting the dynamic desorption isothermal (DDI) method. In this specific method, the specimens were placed in environment with 98% relative humidity (RH). The main conclusion, which can be extracted is an increase to the percentage of crystallization in nanocomposites (>70%) as well as an acceleration of crystallization. The percentage of crystallization is greater in samples with organic modification. In addition, we observe the effect of fillers in dielectric relaxation, as well as dielectric strength of mechanisms. In the end no systematic result were exported for the affection of filler with water, however, an increase of diffusion coefficient is occurred while we increase the amount of filler. New measurements with thicker samples are proposed for safer inferations. The results were very interesting. Though, due to lack of studying of graphene oxide as a filler in various polymer matrixes, it is necessary to focus more in the study of