Исследование поляризации интерфейса нанокомпозитного материала TiO2 из полистирола / карликового типа выявило механизм связи между наполнителем и матрицей

В исследовании, опубликованном в Journal of Applied Polymer Science, рассматривается диэлектрическая релаксация и стабильность термического разложения наноматериалов из полистирола (PS) и диоксида титана типа TiO2. В ходе исследования были подготовлены образцы пленки с использованием смеси растворов и термокомпрессионного формования, и было установлено, что оптимальной концентрацией для получения равномерной дисперсии является добавление TiO2 в размере 5 Вт. Хотя соответствующие результаты основаны на PS, их физические изображения связи между неорганическим наполнителем и полимерным интерфейсом имеют справочную ценность для понимания интерфейса, такого как белый уголь и черная добавка в резиновой системе.

диэлектрическое поведение и поляризация интерфейса

Исследование спектральных испытаний сопротивления в диапазоне от 90°C до 150°C наблюдало поляризацию интерфейса Maxwell – Wagner – Sillars (MWS) типа Fedbay и смоделировало экспериментальные данные с помощью эквивалентной схемы, которая соответствует примерно 4,95×10 ⁻. Анализ Arrhenius позволяет получить активацию зарядового перехода интерфейса 13,46 кДж / моль. Авторы считают, что нековалентная электростатическая связь между центром Ti4 + и электронным облаком стирола создает неглубокую ловушку, способствуя локальному переходу заряда при низкой энергии активации, что является важным условием поляризации MWS.

Теплоустойчивость и движение сегмента цепи

Дифференциальное сканирование тепла (DSC) и анализ теплового веса (TGA) показывают, что температура преобразования стеклования композита (Tg) повышается, а стабильность разложения повышается. После динамического моделирования с использованием метода Coats – Redfern исследование подтвердило, что введение TiO2 одновременно увеличивает энергию активации реакции термического разложения (Ea) и энергии активации Gibbs (дельта G). Спектр Рамана далее идентифицирует локальное взаимодействие между точкой Ti4 + и полимерной системой π, указывая на то, что ограниченное движение сегмента цепи на интерфейсе влияет как на передачу заряда, так и на динамику термического разложения. Автор обобщает этот механизм как « интерфейс двойного эффекта»: с одной стороны, формирование неглубоких ловушек для содействия поляризации, с другой стороны, ограничение движения сегмента цепи для повышения тепловой стабильности.

Откровение для исследований и разработок резиновых и шинных материалов

В шинах и резиновых формулах существует также сложное взаимодействие интерфейса между наполнителями, такими как белый уголь и черный, и резиновой матрицей, структура интерфейса напрямую влияет на дисперсионное состояние наполнителя, формирование сети наполнителей в системе вулканизации и динамические и механические свойства конечного клея. Аналитическая структура « Электронная связь интерфейса – ограниченный сегмент цепи – реакция на производительность», предложенная в этом исследовании, предполагает, что при оценке добавочного наполнителя, в дополнение к уделению внимания удельной площади поверхности и структурным измерениям, влияние наполнителя на тепловую стабильность и динамические действия клея может быть понято с точки зрения поляризации интерфейса и ограниченного движения сегмента цепи. Для проектирования систем антиоксидантов и антиоксидантов взаимодействие между поверхностью наполнителя и полимерной цепью может изменить среду миграции и распределения малых молекулярных ускорителей, и эта идея заслуживает дальнейшей проверки в исследованиях по старению и погодоустойчивости каучука.

Требуемые границы

Исследование основано на полистироле, а не на резиновой формуле, и не включает в себя системы вулканизации, антивозрастные или антиоксидантные добавки. Обсуждение применения шин и каучука в статье является разумной экстраполяцией, основанной на механизме интерфейса, и все еще нуждается в экспериментальной проверке в реальной резиновой базе и системе черного усиления белого угля.

Источник: Dielectric Relaxation and Interfacial Polarization in Polystyrene/Rutile TiO2 Nanocomposites: Interfacial Electronic Coupling and Structure–Property Relationships， Обработано химикатами Herun.