| Περίληψη |
Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή μελετά τη δομή και τη δυναμική νανοσύνθετων υλικών που βασίζονται σε υπερδιακλαδισμένα πολυμερή και ανόργανους πολυστρωματικούς
πηλούς. Γενικά, τα νανοσύνθετα υλικά που αποτελούνται από πολυμερή και ανόργανους
πηλούς θεωρούνται σύνθετα υλικά νέας γενιάς λόγω των μοναδικών τους ιδιοτήτων. Τα
τελευταία χρόνια έχουν προσελκύσει το επιστημονικό και τεχνολογικό ενδιαφέρον, λόγω των
βελτιωμένων ιδιοτήτων τους όπως η αυξημένη αντοχή, η μεγάλη θερμική αντίσταση, η
μειωμένη διαπερατότητα από αέρια, η μειωμένη αναφλεξιμότητα κ.ά. οι οποίες τα καθιστούν
υποψήφια για πολυάριθμες εφαρμογές. Επιπλέον, τα νανοϋβρίδια που εμφανίζουν δομή
παρεμβολής παρέχουν εξαιρετικής σημασίας δυνατότητα στη μελέτη της συμπεριφοράς των
μακρομορίων όταν βρίσκονται περιορισμένα σχηματίζοντας υμένια πάχους λίγων
νανομέτρων.
Πρόσφατα ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα υπερδιακλαδισμένα πολυμερή,
νανομετρικών διαστάσεων. Το πλεονέκτημα που τα διακρίνει έγκειται στον εξαιρετικά
μεγάλο αριθμό δραστικών ομάδων που διαθέτουν, δίνοντας τη δυνατότητα για πληθώρα
εφαρμογών. Σε συνδυασμό με τη χαμηλού κόστους σύνθεση τους συγκριτικά με τα
δενδριμερή, μπορούν να αξιοποιηθούν σε βιομηχανικές εφαρμογές όπως στα επιχρίσματα,
τις μεμβράνες, τις μπαταρίες αλλά και για τον εγκλεισμό ουσιών στη φαρμακοβιομηχανία
και στην ιατρική. Για το λόγο αυτό επιδιώκουμε τη διασαφήνιση της δομής και της
δυναμικής των συστημάτων ελεύθερου πολυμερούς όπως και των περιορισμένων, που
δημιουργούνται μέσα στις γαλαρίες του ανόργανου υλικού όταν υπάρχει η δομή παρεμβολής
στα νανοϋβρίδια.
Για την παρούσα μελέτη παρασκευάστηκαν νανοσύνθετα υλικά των τριών γενεών του
υπερδιακλαδισμένου πολυεστέρα Boltorn με τον φυσικό μοντμοριλλονίτη νατρίου, των
οποίων μελετήθηκε η δομή και η δυναμική. Για τα τρία παραπάνω συστήματα νανοϋβριδίων
παρασκευάστηκε ευρύ φάσμα δειγμάτων με συστάσεις από καθαρό πολυμερές έως καθαρό
ανόργανο πολυστρωματικό πηλό. Η μέθοδος παρασκευής που χρησιμοποιήθηκε ήταν η
ανάμιξη μέσω διαλύματος, με διαλύτες απιονισμένο νερό και μεθανόλη.
Αρχικά μελετήθηκε η δομή των τριών γενεών του πολυμερούς και των αντίστοιχων
νανοσύνθετων για τις διάφορες συστάσεις, ενώ ταυτόχρονα μελετήθηκε η επίδραση του
διαλύτη στη δομή των νανοϋβριδίων. Η μελέτη της δομής εξετάστηκε με πειράματα
περίθλασης ακτίνων Χ και φασματοσκοπία υπερύθρου, ενώ για τη μελέτη των θερμικών
ιδιοτήτων χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης. Ιδιαίτερα
για τα νανοϋβρίδια εξετάστηκε ο σχηματισμός μονής ή διπλής στοιβάδας πολυμερούς, στο
εσωτερικό των γαλαριών του ανόργανου, ανάλογα με τη σύσταση. Επιπρόσθετα μελετήθηκε
η συμβολή της ανόπτησης των δειγμάτων, στην επίτευξη της δομής ισορροπίας. Με την
διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης υπολογίστηκε η θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης, Tg,
των καθαρών πολυμερών. Ακόμη μελετήθηκε η επίδραση της γενεάς στην Tg, όπως και η
επίδραση του περιορισμού των μακρομορίων σε αυτή.
Πραγματοποιήθηκε επίσης η μελέτη της δυναμικής των υπερδιακλαδισμένων πολυεστέρων
Boltorn τόσο για το ελεύθερο πολυμερές, όσο και για το περιορισμένο. Σκοπός ήταν να
μελετηθούν οι διαδικασίες χαλάρωσης που εμφανίζουν τα πολυμερή και να εξεταστούν οι
τοπικές αλλά και οι τμηματικές κινήσεις των μακρομοριακών αλυσίδων για τις τρεις
διαφορετικές γενεές. Καθώς είναι γνωστό ότι η συμπεριφορά ενός πολυμερούς κοντά σε
επιφάνειες, ιδιαίτερα όταν βρίσκεται περιορισμένο σε νανομετρικές διαστάσεις, διαφοροποιείται από αυτή του ελεύθερου πολυμερούς. Οι δομές παρεμβολής, αποτελούν
ιδανικά συστήματα για τη μελέτη των ιδιοτήτων των μακρομορίων υπό ισχυρό χωρικό
περιορισμό (σε χώρο συγκρίσιμο με τις διαστάσεις τους), χρησιμοποιώντας παρόλα αυτά
μακροσκοπικά δείγματα και συμβατικές τεχνικές χαρακτηρισμού.
Για την μελέτη της δυναμικής των πολυμερών για τις τρεις γενεές στα περιορισμένα
συστήματα, χρησιμοποιήθηκαν τα νανοσύνθετα σύστασης γύρω στο 50% κ.β. πολυμερούς,
όπου όλες οι μακρομοριακές αλυσίδες βρίσκονται περιορισμένες στις γαλαρίες του
ανόργανου. Η μελέτη της δυναμικής έγινε με πειράματα διηλεκτρικής φασματοσκοπίας
ευρέος φάσματος, τα οποία πραγματοποιήθηκαν στο Institute for Chemical and Physical
Processes, IPCF-CNR, στην Πίζα, στην Ιταλία.
|
Δομή και Δυναμική Νανοσύνθετων Υλικών Βασισμένων σε Υπερδιακλαδισμένα Πολυμερή
