Drukuj

Rola i znaczenie nanokompozytów polimerowych

W tekście wspomniano już o takim materiale jak montmorylonit (MMT). To krzemian warstwowy.

Montmorylonit (MMT) stanowi 60-95 proc. minerału o nazwie bentonit. Może on absorbować wodę w ilości odpowiadającej 6-krotności jego wagi. Montmorylonit zmodyfikowany za pomocą czwartorzędowych soli amoniowych staje się hydrofobowy i organofilowy, co umożliwia absorpcję takiej samej ilości cieczy organicznych, np. olejów. Zmodyfikowany MMT jest kompatybilny w stosunku do polimerów i stosowany jako ich napełniacz.

Pomiędzy hydrofilowe warstwy montmorylonitu łatwo penetruje woda. Dlatego może on być zdyspergowany w wodzie w postaci płytek o grubości rzędu 1 nm. Można wyobrazić sobie, że 1 g płytek MMT ułożonych obok siebie utworzy linię do długości równej obwodowi kuli ziemskiej.

Jeśli chodzi o wytwarzanie kompozytów polimerowych na bazie mmt kompozytów, to trzeba zauważyć, że do wrabiania MMT mogą być wykorzystane takie maszyny jak wytłaczarki dwuślimakowe ze współbieżnymi ślimakami oraz mieszarki zamknięte zapewniające przykładanie sił ścinających wystarczających dla osiągnięcia koniecznej dyspersji składników. Jeżeli nie można zagwarantować równomiernego dozowania 2-5 proc. napełniacza, to można użyć go w postaci 20-30 proc. koncentratu w polimerze.

Jeśli chodzi o konkretne sposoby użycia wspomnianego materiału, to Eastman rozwinął już produkcję kompozytów PET, dla butelek na piwo i soki owocowe. Wysoko barierowa warstwa preformy, znajdująca się pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną warstwą PET, składa się z aromatycznego poliamidu napełnionego kilkoma procentami MMT.

Innym przykładem są nanokompozyty E/VAL, które również mogą być wykorzystane do produkcji wielowarstwowych opakowań, odpornych na przenikanie gazów. Dzieje się tak, gdyż występująca tam redukcja przepuszczalności tlenu o ok. 75 proc. Nanokompozyty E/VAL stanowią barierę także dla węglowodorów, co jest ważne przy produkcji zbiorników na paliwo.

Toyota stosuje nanokompozyty na bazie PA do produkcji zbiorników paliwowych jako wewnętrzną ich warstwę w rozdmuchu wielowarstwowym. Zewnętrzne warstwy wykonane są z polietylenu wysokiej gęstości.

Opakowania to nie jedyny zakres, w którym montmorylonit znajduje uznanie.

Folie zawierające 3-5 proc. MMT wykazują ograniczoną przenikalność tlenu i pary wodnej. MMT powoduje, że molekuły gazu muszą przebyć dłuższą drogę. Jest to tzw. efekt labiryntu. Równoległa orientacja warstw krzemianowych zostaje zachowana w procesie przetwórczym.

Warto wspomnieć w tym kontekście, że koncerny Bayer AG i UBE oferują granulaty PA 6 do produkcji folii opakowaniowych o przenikalność tlenu bliskiej zera. Honeywell oferuje wielowarstwową folię napełnioną MMT o współczynniku kształtu 1000 –15 000. Znajduje ona zastosowanie przy pakowaniu serów i mięsa.

Obecnie nanokompozyty polimerowe oferowane są już w ilościach handlowych. Dlatego możliwości jakie stwarzają są istotne zarówno dla przetwórców tworzyw jak i użytkowników. Wprowadzenie kilku procent lub mniej nanonapełniacza do polimerów umożliwia poprawę ich właściwości mechanicznych, barierowych czy optycznych. Prognozy rozszerzenia rynku takich kompozytów są obiecujące. Kilka firm planuje uruchomienie dużej produkcji w tym zakresie. Co ważne dodatkową zaletą przemawiającą za nanokompozytami polimerowymi jest możliwość wykorzystania przy nich istniejących już maszyn przetwórczych.