CC BY
10УДК 624:6-022.532
В.Г. ХОЗИН, д-р техн. наук (Khozin@kgasu.ru), Р.К. НИЗАМОВ, д-р техн. наук (Nizamov@kgasu.ru), Л.А. АБДРАХМАНОВА, д-р техн. наук (laa@kgasu.ru)
Казанский государственный архитектурно-строительный университет (420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1)
Закономерности совмещения поливинилхлоридных композиций с дисперсиями углеродных нанотрубок
Рассмотрены закономерности совмещения с поливинилхлоридными композициями углеродных наноструктур в зависимости от вида диспергирующей среды. Использованы базовые рецептуры поливинилхлоридных пластифицированных и жестких композиций. В качестве углеродных наноструктур изучены одно- и многослойные нанотрубки. Углеродные наноструктурные добавки вводились в поливинилхлоридные композиции в виде агломерированных сухих порошков и различных дисперсий на основе органических, в том числе полимерных, сред. В работе представлены данные, отражающие общность и различия влияния наноразмерных добавок на свойства и структуру модифицированных композитов. Установлено, что концентрация углеродных нанотрубок в дисперсии, а также природа дисперсионной среды оказывают различное влияние в зависимости от рецептуры поливинилхлоридных (пластифицированных или жестких) композиций и способов их получения.
Ключевые слова: углеродные нанотрубки, пластифицированные и жесткие поливинилхлоридные композиты, микроструктура.
Для цитирования: Хозин В.Г., Низамов Р.К., Абдрахманова Л.А. Закономерности совмещения поливинилхлоридных композиций с дисперсиями углеродных нанотрубок // Строительные материалы. 2018. № 1-2. С. 33-38.
V.G. KHOZIN, Doctor of Science (Engineering) (Khozin@kgasu.ru), R.K. NIZAMOV, Doctor of Science (Engineering) (Nizamov@kgasu.ru), L.A. ABDRAKHMANOVA, Doctor of Science (Engineering) (laa@kgasu.ru)
Kazan State University of Architecture and Engineering (1, Zelenaya Street, Kazan, 420043, Russian Federation)
Regularities of Combining Polyvinyl Chloride Composites with Carbon Nanotubes Dispersions
The article deals with the regularities of combining carbon nanostructures with polyvinyl chloride composites depending on the type of dispersion medium. The basic formulations of plasticized and rigid polyvinyl chloride composites were used. Single- and multi-wall carbon nanotubes were studied as carbon nanostructures. Carbon nanostructured additives were introduced into the formulation of polyvinyl chloride composites in the form of agglomerated dry powders and various dispersions based on organic, polymer media. The research includes the data reflecting similarities and differences in their effect on the properties and structure of modified composites. It is found that the concentration of carbon nanotubes in the dispersion, as well as the nature of the dispersion medium, have a different effect depending on the formulation (plasticized or rigid) of polyvinyl chloride composites and production process.
Keywords: carbon nanotubes, plasticized and rigid polyvinyl chloride composites, microstructure.
For citation: Khozin V.G., Nizamov R.K., Abdrakhmanova L.A. Regularities of combining polyvinyl chloride composites with carbon nanotubes dispersions. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2018. No. 1-2, pp. 33-38. (In Russian).
По ассортименту полимерных материалов и изделий, объему их применения в строительной отрасли ведущая роль принадлежит поливинилхлориду (ПВХ), который используется в производстве широкой номенклатуры профильно погонажных изделий, рулонных покрытий полов, кровельных материалов и др. ПВХ является одним из самых востребованных полимеров, его трудно заменить другими термопластами, более удобными и менее проблемными в переработке.
При разработке композитов на основе ПВХ, в том числе нанокомпозитов, решаются следующие основные задачи: повышение термостабильности композиций, снижение вязкости их расплавов. Но при этом придание специфических функциональных свойств не должно приводить к снижению механических свойств композитов. Глобулярная структура, присущая зернам ПВХ размером 1—2 мкм, имеет достаточную прочность при переработке через расплав, и при различных способах переработки может быть достигнута разная степень гомогенизации расплава, что принципиально важно для понимания эффекта модификации малыми количествами добавок, особенно наноструктурных [1, 2].
Авторами исследуется эффективность наномодифи-кации поливинилхлоридных композитов многослойными и однослойными углеродными нанотрубками (УНТ) компании «Arkema Group Co.» (Франция) и компании ООО OCSiAl (г. Новосибирск) [3—6]. В настоящей статье дается сравнительный анализ влияния природы среды-носителя углеродных нанотрубок в зависимости
According to the range of products and materials, volume of their application in the construction industry the leading role belongs to polyvinyl chloride (PVC), which is used in the production of a wide range of shaped and linear articles, materials for flooring and roofing, etc. PVC is one of the most popular polymers; it is difficult to replace them with other thermoplastics, more convenient and less problematic in processing.
When creating composites based on PVC, including na-no-composites, the main tasks are: to increase thermal resistance of the compositions, to reduce the viscosity of their hot melts. However, adding specific functional properties should not affect the reduction of the composites' mechanical properties. The globular structure inherent in PVC grains of 1—2 ^m in size has sufficient durability during the processing through the melt and various degrees of homogenization of the melt can be achieved using various methods of processing, this is of crucial importance for understanding the effect of modifying with small amounts of additives, especially nanostructured ones [1, 2].
The efficiency of nanomodification of polyvinylchloride composites by single- and multi-wall carbon nanotubes (MWCNT) by Arkema Group Co. (France) and OCSiAl company (Novosibirsk) was considered in our works [3—6]. This research provides the comparative analysis of the nanomodification results in terms of assessing the influence of the carbon nanotubes carrier medium nature, depending on the composition of basic PVC composites for construction purposes.
от компонентного состава базовых ПВХ-композиций строительного назначения.
Номенклатура используемых для модификации ПВХ-композиций наноуглеродных добавок достаточно широкая:
1. Многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ).
1.1. Сухие агломерированные порошки МУНТ GrapЫstrength™-Ш.
1.2. Дисперсии Graphistrength™-100 в диоктилфта-лате.
1.3. Дисперсии Graphistrength™-100 в воде.
2. Однослойные углеродные нанотрубки (ОУНТ).
2.1. Сухие агломерированные порошки ТиВАКЬя.
2.2. Дисперсии TUBALLR в диоктилфталате.
2.3. Суперконцентрат TUBALLR в эфирах жирных карбоновых кислот.
2.4. Дисперсия TUBALLR в водном растворе суль-фанола.
В данной работе остановимся на результатах исследований в двух аспектах: 1 — сравнение эффективности наномодификации ПВХ одно- и многослойными сухими нанотрубками; 2 — влияние вида среды-носителя УНТ, в частности диоктилфталата — пластификатора ПВХ, на структуру и свойства жестких и пластифицированных композиций.
Далее представлены результаты сравнительного анализа влияния многослойных и однослойных УНТ на свойства ПВХ-композиций. Для этой цели использовались базовые продукты двух компаний-производителей УНТ в виде сухих агломерированных порошков. Характеристика УНТ дана в работах [3, 5], и для введения их микродоз использован принцип получения концентратов с ПВХ. Рецептура содержит достаточно высокую концентрацию нанодобавки, почти на несколько порядков больше, чем в рецептуре конечного наноком-позита, и потому достичь гомогенности распределения УНТ в процессе переработки в расплаве значительно легче. Концентраты готовили путем смешения зерен ПВХ с нанотрубками в планетарно-шаровой мельнице. В таблице представлены сравнительные данные по влиянию на показатели ПВХ многослойных и однослойных нанотрубок.
Так как по аспектному соотношению диаметра и длины УНТ в принципе подобны макромолекулам, очевидно, они могут образовывать совместные структуры, что, возможно, и обусловливает упрочнение композита. Очевидно, что меньшая фрактальная размерность УНТ дает возможность физически взаимодействовать с ПВХ на макромолекулярном уровне. Такого же мнения придерживаются и авторы других работ [7, 8], считая, что большая длина и малый диаметр, присущие УНТ, «роднят» их с линейными макромолекулами полимеров.
В обоих случаях использования УНТ выявлено значительное повышение термостабильности ПВХ (таблица). Нанотрубки образуют скрученные между собой разнообразным образом спиралевидные структуры, которые приводят к возникновению внутри материала значительного количества полостей на-нометрового размера, доступных для «гостевых» молекул [9]: жидкостей (ацетон, метанол, этанол, линейно-цепочечные алканы, жирные кислоты, бензол и циклические углеводороды, некоторые амины) или газов (Н20, СО, С02, СН4, С2Н2, N0, N0^ CF4, СС14, SF6, Н2, N2, 02, С12) [9, 10]. Следовательно, возможна сорбция и хлористого водорода, выделяющегося при высокотемпературной переработке ПВХ и катализирую-
при
at a
Nomenclature of nanocarbon additives used by us for modification of PVC-compositions is quite wide:
1. Multi-wall carbon nanotubes (MWCNT):
1.1. dry agglomerated powders MWCNT Graphistrength™-100;
1.2. dispersions Graphistrength™-100 in dioctylphthal-
ate;
1.3. dispersions GraphistrengthTM-100 in water;
2. Single-wall carbon nanotubes (SWCNT):
1.1. dry agglomerated powders TUBALLr;
1.2. dispersions TUBALLR in dioctylphthalate;
1.3. master batch TUBALLR in the ethers of oily carbox-ylic acids;
1.4. dispersion TUBALLR in aqua solution of sulphanole. This article deals with the results of our research in two
aspects: 1 — comparison PVC nanomodification efficiency with single- and multiwall nanotubes; 2 — influence of the medium type of CNT carrier, in particular, the PVC plasti-cizer dioctylphthalate on the structure and properties of rigid and plasticized PVC-compositions.
The results of multi- and single-wall carbon nanotubes comparative effect analysis on the properties of PVC compositions are presented below. For this purpose, the basic products of two companies producing CNT were used in the form of dry agglomerated powders. The characteristic of CNT is given in works [3, 5]. For the introduction of microdoses, the principle of creating preliminary concentrates with PVC was used. Their formulation contains a sufficiently high concentration of nanoadditives, almost several times higher than in the final nanocomposite formulation, and therefore it is much easier to achieve homogeneity of CNT distribution while processing in melting. Concentrates were prepared by processing PVC grains with nanotubes in a planetary ball mill. Table presents comparative data on the effect of multi- and single-wall nanotubes on PVC parameters.
Since according to the aspect ratio the diameter and the length of CNT are similar to macromolecules, it is obvious that they can form joint structures, which causes the composite to harden. Obviously, the smaller fractal dimension of CNT makes it possible to interact with PVC at the macro-molecular level. The authors of the works [7, 8] share the same opinion, considering that the large length and small diameter inherent in CNT are related to linear polymer macromolecules.
In all cases where CNT was used, a significant increase in thermal stability is indicated. Nanotubes form spiral structures, twisted in various ways; leading to the emergence of a significant number of nanometer-sized cavities inside the material, that are available for "guest" [9] molecules of: liquids (acetone, methanol, ethanol, linear chain alkanes, fatty acids, benzene and cyclic hydrocarbons,
Сравнительные показатели образцов ПВХ концентрации 0,001 мас. ч. УНТ на 100 мас. ч. ПВХ
Comparative parameters of PVC samples concentration of 0,001 phr of CNT for 100 phr of PVC
Показатели Parameters Исходный ПВХ Initial PVC Graphistrength™-100 Graphistrength™-100 TUBALLr TuballR
Прочность при растяжении (ар), МПа Tensile strength (at), MPa 36 41 44
Показатель текучести расплавов (ПТР), г/10 мин Melt flow rate (MFR), g/10 min 0,28 0,31 0,25
Термостабильность (т), мин Thermal stability (т), min 64 189 142
Водопоглощение (W), мас. % Water absorption (W), % wt. 0,21 0,15 0,04
научно-технический и производственный журнал
щего его распад. Этот факт, очевидно, является определяющим при объяснении повышения термостабильности ПВХ, хотя могут быть реализованы и другие механизмы. Одновременно авторами выявлено и повышение теплостойкости композитов (почти на 15оС в случае МУНТ), что расширяет диапазон рабочей температуры благодаря повышению температуры перехода в стеклообразное состояние за счет образования плотно-упакованного межфазного слоя матрица — УНТ. Следует отметить, что оптимум свойств по ряду показателей в случае применения ОУНТ наблюдается при больших концентрациях, чем в случае МУНТ.
Следующая серия экспериментов касается эффективности и механизма модификации углеродными на-нотрубками ПВХ-композиций в зависимости от природы основных компонентов рецептуры. ПВХ-ком-позиции — это многокомпонентные системы, содержащие различные функциональные (целевые) добавки для повышения упругопрочностных свойств, снижения вязкости расплавов, расширения температурных интервалов применения, уменьшения стоимости изделий и придания им специальных свойств. Ранее [11] были предложены различные способы введения УНТ в состав ПВХ-композиций, в частности используя возможность предварительного совмещения их с некоторыми целевыми добавками.
В частности, пластификатор, который составляет большую долю в рецептурах мягких и эластичных ПВХ-материалов, оказывает значительное влияние на все показатели свойств. Наличие пластификатора приводит к изменению условий взаимодействия полимера и других компонентов, в частности наполнителей. Введение УНТ в составе пластификатора в полимерную композицию представляется наиболее эффективным, так как пластификатор может быть носителем нанодобавок для распределения их в матрице полимера — ПВХ. При молекулярной пластификации ослабляются межмолекулярные связи в полимере и достигается большая степень гомогенизации расплава при переработке. Наиболее эффективными молекулярными пластификаторами ПВХ являются эфиры жирных карбоновых кислот, в частности диоктилфталат.
В связи с этим рассмотрено влияние на структуру и свойства ПВХ-композиций двух дисперсий УНТ в ди-октилфталате (ДОФ) (концентрации 0,1 и 10% УНТ). Дисперсии, содержащие 0,1% УНТ, устойчивы при хранении, но оказалось, что их эффективность в ПВХ-композициях незначительна.
В дисперсиях, содержащих 10% УНТ в пластификаторе (суперконцентрат TUBALLR в эфирах жирных карбоновых кислот МаМхТиЬаИ), наблюдается их переход от жидкотекучей до вязкотекучей консистенции. Распределение трубок в пластификаторе показано на СЭМ-фотографии тонких пленок, полученных из дисперсий УНТ в ДОФ, высушенных в течение 18 ч при 100оС с непрерывной конвекцией. На эти пленки наносился проводящий слой методом катодного напыления в высоковакуумной установке Q-150TES. Препараты исследовались на сканирующем электронном микроскопе Merlin компании Carl Zeiss (рис. 1).
Из полученных данных следует:
— трубки распределены в пластификаторе в виде отдельных жгутов, или пачек, различной степени агрегации и уплотнения;
— молекулы пластификатора адсорбируются на поверхности трубок, приобретая определенную ориентацию, уплотняются и, естественно, теряют подвижность.
Результатом второго фактора является увеличение вязкости расплава пластифицированных образцов ПВХ в присутствии дисперсий УНТ. При введении в рецептуру пластифицированного ПВХ (100 мас. ч. ПВХ,
some amines), gases (H2O, CO, CO2, CH4, C2H2, NO, NO2, CF4, CCI4, SF6, H2, N2, O2, CI2) [9, 10]. Consequently, it is possible the sorption of hydrogen chloride, which is emitted at high-temperature processing of PVC, thus catalyzing the PVC decay. This fact must be the major one in explanation of PVC thermal stability increase, although there can be another mechanism of this thermal stabilization. At the same time, the increase of composites heat resistance is revealed (almost by 150C for MLCNT), which extends the range of operating temperatures, due to the increase in the temperature of transition to the viscous state by the formation of the densely packed interphase layer between matrix and CNT. It should be noted that in case SLCNT is applied, the optimum properties in a number of indicators are observed at larger concentrations in comparison with MLCNT.
The next series of experiments deals with the efficiency and mechanism of carbon nanotubes addition to PVC compositions, depending on features of main ingredients of a compound. PVC compositions are multicomponent systems, containing various functional (target) additives for the increase of the elastic-strength properties, reduction of melt viscosity, expansion of working temperature intervals, reduction of cost, and endowing them with special properties. Earlier [11] we offered various ways of introducing CNT to PVC compositions, in particular, using the possibility of a preliminary combining of CNT's with some designed target additives.
In particular, the plasticizer, which comprises the major part of soft and elastic PVC materials, has a significant impact on all material properties. The presence of a plasticizer results in a change in the interaction conditions of the polymer and other components, particularly fillers. Introduction of CNT as a part of the plasticizer to the polymer composition is the most effective because the plasticizer can be a carrier of nano-additives for their distribution within PVC matrix. When molecular plasticization is taking place, the intermolecular connections in a polymer are weakened, and a higher degree of homogenization of a melt at the processing is reached. The most effective molecular plasticizers of PVC are ethers of fatty carbonic acids (dioctyl phthalate).
In this regard, the influence on the structure and properties of PVC compositions of CNT dispersions in dioctyl phthalate (DOP) is considered. Compositions containing 0.1% and 10% of CNT in plasticizer were studied. The dispersions, containing 0.1% of CNT, are stable while stored but it turned out that their efficiency in PVC compositions is not realized in scales, sufficient for practical recommendations.
The structuring of the dispersion occurs in compositions holding 10% CNT in plasticizers (master batch TUBALLR in the ester of fatty carboxylic acids MatrixTuball), and it gets viscous-flow. The tubes distribution in the plasticizer is illustrated in the Fig. 1. SEM-photographs are got from lightweight films crystalized dried for 18 hours at the temperature of 1000C with the continuous convection. The conducting layer was applied to the dried agents by the method of cathode sputtering in the high-vacuum unit Q-150TES. The agents were examined at the scanning electric microscope Merlin by Carl Zeiss (fig. 1).
It means:
— first, the tubes are distributed in the plasticizer as separate binders or packs of different degree of aggregation and compaction;
— second, molecules of the plasticizer near the surface of tubes get the certain orientation while the crystallizing.
We detected some viscosity increase in the plasticized samples while the CNT dispersion in the plasticizer. In case of adding of plasticized PVC (100 phr PVC, 50 phr DOP, 1 phr dibasic lead stearate) MatrixTuball the rate of viscos-
Рис. 1. Изображение пленки в сканирующем электронном микроскопе, полученной высушиванием концентрированной дисперсии ОУНТ в пластификаторе, при различном увеличении. Масштаб 200 нм
Fig. 1. A film image in a scanning electron microscope obtained by drying a concentrated SWCNT dispersion in a plasticizer at different magnification: a 200 nm scale
Рис. 2. Микрофотографии поверхности хрупкого скола экструдатов жестких ПВХ-образцов: а - без модификатора; b - содержащих 0,01 мас. ч. ОУНТ. Масштаб 300 нм
Fig. 2. Microphotographie of the brittle fracture surface of extrudates of rigid PVC samples: а - without a modifier; b - containing 0.01 phr. of SWCNT. Scale of 300 nm
50 мас. ч. ДОФ, 1 мас. ч. двухосновного стеарата свинца) МаЫхТиЬаИ показатель текучести расплавов снижается с 15,3 г/10 мин до 12 г/10 мин. Очевидно, что часть молекул пластификатора, адсорбированного на поверхности УНТ, теряет пластифицирующую способность. Существует концентрация, которая является критической (порядка 0,05 мас. ч. ОУНТ в ПВХ), выше которой текучесть расплава снова начинает расти. Вероятно, начиная с этой концентрации поверхность нанотрубок уже недоступна молекулам пластификатора.
В жестких композициях такой специфический характер взаимодействия УНТ с дисперсионной средой, наоборот, оказывает благоприятное действие на снижение вязкости расплавов при переработке. Наблюдается увеличение ПТР до трех раз по сравнению с немодифици-рованной композицией. Уменьшение вязкости расплавов, очевидно, связано с соразмерностью частиц модификатора и глобулярных образований в ПВХ [12, 13]. Нанотрубки обладают высокой адсорбционной способностью, очевидно, располагаются в первую очередь в межглобулярных зонах. В жестких полимерных композициях, таким образом, средой-носителем являются уже углеродные нанотрубки, на которых адсорбированы молекулы пластификатора. В данном случае проявляется
ity of hot melts decreases from 15.3 g/10 min to 12 g/10 min. It is obvious that a part of plasticizer goes out of the sphere of its "activity" — the decrease of viscosity by means of polymer macromolecules loosening as they are in the condition of the linked layer on the surface of CNT. There is a concentration that is "critical" (0.05 phr SWCNT in PVC), if it becomes higher the viscosity grows with the increase of nanotubes. Probably, starting at this concentration the surface of nanotubes is not available for the molecules of the plasticizer any more.
In rigid compositions, not holding the plasticizer, the specific character of CNT interaction with the dispersion phase, conversely, makes positive influence at the decrease of viscosity of hot melts while recycling. Melt flow index increases up to three times comparing to non-modified composition. The decrease of viscosity of hot melts is likely connected with the equality of the modifier particles and the globular units in PVC [12, 13]. Nanotubes having high absorbing ability are located, first, in inter-globular zones. In rigid polymer compositions are on carbon nanotubes where the molecules of the plasticizer are adsorbed. In this case the role of the structural plasticizer is activated. It is possible that the decrease of viscosity is also determined by the appearance of layerwise flow by means of stable supermolecular features
научно-технический и производственный журнал 36 январь/февраль 2018 е
их роль структурного пластификатора. Возможно также, что снижение вязкости обусловлено и возникновением послойного течения за счет устойчивых надмолекулярных образований полимера вокруг наночастиц, что естественно приведет к облегчению течения расплава.
При охлаждении расплавов после экструдирования формируется структура композита, представленная на микрофотографиях (рис. 2). Съемка морфологии поверхности проводилась при ускоряющем напряжении первичных электронов 5 кВ и зондовом токе 300 пА для минимального воздействия на объект исследования. Образцы ПВХ помещались в жидкий азот, после чего производился продольный скол. Сколы образцов ПВХ фиксировались на держателе и помещались в камеру вакуумной установки Quorum Q 150TES. Нанесение проводящего слоя проводилось методом катодного распыления сплавом Au/Pd в соотношении 80/20.Толщина нанесенного слоя составляет 15 нм.
Во-первых, при сравнении с немодифицированны-ми образцами (рис. 2, а) видно, что сохраняются участки, не затронутые модификацией (рис. 2, b). Однако эти участки являются более однородными (с меньшей степенью гетерогенности), что, может быть, обусловлено ориентирующим влиянием молекул пластификатора. ОУНТ локализуются в межструктурных областях ПВХ-матрицы, обусловливая тем самым достаточно высокие показатели механических свойств. Механические свойства носят экстремальный характер, имея максимум при 0,01 мас. ч. ОУНТ (или 0,1 мас. ч. суперконцентрата) на 100 мас. ч. ПВХ.
Таким образом, использование стабильных высококонцентрированных дисперсий УНТ в органических носителях целесообразно при различных концентрациях: в жестких — до 0,01 мас. ч. ОУНТ на 100 мас. ч. ПВХ, а в пластифицированных — выше 0,05 мас. ч. ОУНТ. Для практического использования УНТ целесообразно оптимизировать составы различных полимерных композитов, опираясь на установленные закономерности.
Авторы благодарят:
компании «Arkema Group Со.»(Франция), ООО OCSiAl (г. Новосибирск) за предоставленные образцы углеродных наноматериалов;
междисциплинарный центр «Аналитическая микроскопия» (КФУ) за проведение исследований микроструктуры образцов.
Список литературы
1. Гузеев В.В. Рациональный выбор добавок для композиций ПВХ // Полимерные материалы. 2010. № 7-8. С. 38-48.
2. Гузеев В.В., Шулаткина Л.А. Исследование диспергирования и структуры нанонаполнителей в композициях ПВХ // Пластические массы. 2008. № 4. С. 23-27.
3. Ашрапов А.Х., Абдрахманова Л. А., Низамов Р.К., Хозин В.Г. Исследование поливинилхлоридных композиций с углеродными нанотрубками // Нанотехнологии в строительстве: Научный интернет-журнал. 2011. № 3. С. 13-24.
4. Хозин В.Г., Абдрахманова Л.А., Низамов Р.К. Общая концентрационная закономерность эффектов нано-модифицирования строительных материалов // Строительныематериалы. 2015. № 2. С. 25-33.
5. Хозин В.Г., Низамов Р.К., Абдрахманова Л.А. Модификация строительных полимеров (поливи-нилхлорида и эпоксидных) однослойными углеродными трубками // Строительные материалы. 2017. № 1-2. С. 55-61.
of polymer around nanoparticles that leads to the easing of hot melting.
At the hot melts cooling after the extrusion, the composite structure is formed (fig. 2). The survey of morphology of the surface was held at the speeding tension of the primary electron 5 kV and probe current 300 pA for the minimal influence at the studying object.
PVC samples were placed in liquid nitrogen after which was made linear spalls. The spalls of the PVC samples were fixed at the holder and placed to the camera of Quorum Q 150TES vacuum installation. The applying of conducting layer was made by the method of cathode spraying of the Au/Pd alloy in proportion 80/20. The thickness of the applied layer is 15 nm.
Firstly, comparing with unmodified samples (fig. 2, a), it is seen that there are parts which are not influenced by the modification (fig. 2, b). However, these parts are homogeneous and have lower degree of heterogeneity which may be explained by orienting influence of plasticizer molecules. Single-wall carbon nanotubes in the PVC-matrix structure localize in interstructural zones providing rather high rates of mechanical properties. Mechanical properties have extreme character showing their maximum at 0.01 phr. of single-wall carbon nanotubes (or 0.1 phr. of master batch) per 100 phr. of PVC.
Thus, application of CNT highly-concentrated dispersions on organic base, which are stable in time, have different concentration ratio for rigid and plasticized compositions: in rigid compositions it is up to 0.01 phr. of SWCNT per 100 phr. of PVC, and in plasticized compositions -more than 0.5 phr. of SWCNT. For CNT practical use it is necessary to optimize the composition of different polymer composites taking into account the established consistent patterns.
The authors thank:
«Arkema Group Co.» companies (France), ООО OCSiAl (city of Nivisibirsk) for providing the samples of carbon nano-materials;
Interdisciplinary centre "Analytical microscopy" (Kazan Federal University) for carrying out the study of samples microstructure.
Reference
1. Guzeev V.V. Rational choice of additives for PVC composites. Polimernye materialy. 2010. No. 7-8, pp. 38-48. (In Russian).
2. Guzeev V.V., Shulatkina L.A. Investigation of dispersion and structure of nano-fillers in PVC compounds. Plasticheskie massy. 2008. No. 4, pp. 23-27. (In Russian).
3. Ashrapov A.Kh., Abdrakhmanova L.A., Nizamov R.K., Khozin V.G. Research of PVC compound with carbon nanotubes. Nanotekhnologii v stroitel'stve: scientific Internet-journal. 2011. No. 3, рр. 13-24. (In Russian).
4. Khozin V.G., Abdrakhmanova L.A., Nizamov R.K. Common concentration pattern of effects of construction materials nanomodification. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 2, рр. 25-33. (In Russian).
5. Khozin V.G., Nizamov R.K., Abdrakhmanova L.A. Modification of construction polymers (polyvinylchloride and epoxy) by single-wall carbon nanotube. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 1-2, pp. 55-61. (In Russian).
6. Abdrahmanova L.A., Burnashev A.I., Nizamov R.K., Khozin V.G. Nanomodifified wood-polymer composites on the basis of polyvinylchloride. The III International Conference NTC-2011 «Nano-technology for eco-friendly
6. Abdrahmanova L.A., Burnashev A.I., Nizamov R.K. , Khozin V.G. Nanomodifified wood-polymer composites on the basis of polyvinylchloride. The III International Conference NTC-2011 «Nano-technology for eco-friendly and durable construction. Cairo. 2011. С. 23—27.
7. Микитаев А. К., Козлов Г. В. Зависимость степени усиления нанокомпозитов полимер/углеродные на-нотрубки от размерности нанонаполнителя // Доклады Академии наук. 2015. Т. 462. № 1. С. 41—44.
8. Иржак В.И. Эпоксидные композиционные материалы с углеродными нанотрубками // Успехи химии. 2011. № 80 (8). С. 821-840.
9. Раков Э.Г. Химия и применение углеродных нано-трубок // Успехи химии. 2001. № 70 (10). С. 934-973.
10. Suzuki S., Tomita М. Observation of potassium-intercalated carbon nanotubes and their valence-band excitation spectra // Journal of Applied Physics. 1996. Vol. 79. No. 7, pp. 3739-3743.
11. Ашрапов А.Х., Абдрахманова Л.А., Низамов Р.К., Хозин В.Г. Разработка эффективных способов введения наномодификаторов в ПВХ композиции // МатериалыXV академических чтений РААСН. Казань. 2010. Т. 1. С. 272-278.
12. Гузеев B.B. Рафиков М.Н., Малинский Ю.М. О влиянии дисперсности наполнителей на вязкость расплавов поливинилхлорида // Высокомолекулярные соединения. 1975. А 17. № 4. С. 804-806.
13. Гузеев В.В., Рафиков М.Н., Малинский Ю.М. О вязкости расплавов композиций на основе поливинил-хлорида, содержащих белую сажу // Высокомолекулярные соединения. 1978. Б20. № 5. С. 387-388.
and durable construction. Cairo. 2011, pp. 23—27. (In Russian).
7. Mikitaev A.K., Kozlov G.V. Dependence of the reinforcement degree of polymer/carbon nanotubes nano-composites on nanofiller dimension. Reports of the Academy of Sciences. 2015. Vol. 462. No. 1, pp. 41-44. (In Russian).
8. Irzhak V.I. Epoxy composite materials with carbon nanotubes. Uspekhi khimii. 2011. No. 80 (8), pp. 821-840. (In Russian).
9. Rakov E.G. Chemistry and carbon nanotubes application. Uspekhi Khimii. 2001. No. 70 (10), pp. 934-973. (In Russian).
10. Suzuki S., Tomita M. Observation of potassium-intercalated carbon nanotubes and their valence-band excitation spectra. Journal of Applied Physics. 1996. Vol. 79. No. 7, pp. 3739-3743.
11. Ashrapov A.Kh., Abdrakhmanova L.A., Nizamov, R.K., Khozin V.G. Development of effective ways of introducing nanomodifiers to PVC composites. Materials of RAACSXV workshop. Kazan. 2010. Vol. 1, pp. 272-278. (In Russian).
12. Guzeev V.V., Rafikov M.N., Malinsky Yu.M. On the effect of fillers dispersity on the viscosity of lithium chloride melts. Vysokomolekoulyarnye soedineniya. 1975. A17. No. 4, pp. 804-806. (In Russian).
13. Guzeev V.V., Rafikov M.N., Malinsky Yu.M. On the viscosity of melts of polyvinyl chloride compositions containing white soot. Vysokomolekoulyarnye soedineniya. 1978. B20. No. 5, pp. 387-388. (In Russian).
II Международный симпозиум по долговечности и устойчивому развитию конструкционного бетона ОБСЗ 2018
Москва, 6-8 июня 2018 г.
Организаторы:
Итальянское отделение американского института бетона (ACI IC) и Российская инженерная академия (РИА) При участии Российской академии наук (РАН) и Российской академии архитектуры и строительных наук
(РААСН)
Спонсоры конференции:
Американский институт бетона (ACI) и его комитеты: C130 (Sustainability of Concrete), C201 (Durability of Concrete), C544 (Fiber Reinforced Concrete), C549 (Thin Reinforced Cementitious Products and Ferrocement); Международная федерация по конструкционному бетону (fib); Международный союз экспертов и лабораторий в области испытаний строительных материалов, систем и конструкций (RILEM)
Тематика симпозиума
Сокращение парниковых газов в цементной и бетонной промышленности
Рециклирование и организация удаления отходов в производстве бетонов и растворов Сульфоалюминатные цементы как альтернатива портландцементу и смешанным цементам Щелочеактивированные материалы и геополимеры для устойчивого строительства
Долговечность железобетонных конструкций Оценка жизненного цикла в строительстве из бетона Повторное использование и восстановление функциональности железобетонных конструкций Ремонт и эксплуатация Контроль, инспектирование и мониторинг Примеры из практики
Место проведения конференции: Измайлово Конгресс Центр, Москва, Россия
http://www.aciitaly.com/events/dscs2018 Секретариат симпозиума: ACI Italy Chapter Secretary (aciitalychapter@gmail.com) Российский секретариат: Леонид Иванов, региональная группа РИЛЕМ (l.a.ivanov@mail.ru).
