Show simple item record

Effect of sub-micrometer structural features on rheology of polymer nanocomposites

dc.contributor.advisorJančář, Josefen
dc.contributor.authorLepcio, Petren
dc.date.accessioned2019-06-14T11:01:23Z
dc.date.available2019-06-14T11:01:23Z
dc.date.created2018cs
dc.identifier.citationLEPCIO, P. Efekt submikrometrických rysů na reologii polymerních nanokompozitů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. 2018.cs
dc.identifier.other113342cs
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11012/137457
dc.description.abstractPolymerní nanokompozity (PNCs) mají slibnou budoucnost jako lehké funkční materiály zpracovatelné aditivními výrobními technologiemi. Jejich rychlému rozšíření však brání silná závislost jejich užitných vlastností na prostorovém uspořádání nanočástic (NP). Schopnost řídit disperzi nanočástic je tak klíčovým předpokladem pro jejich uplatnění ve funkčních kompozitech. Tato práce zkoumá přípravu polymerních nanokompozitů v modelové sklotvorné polymerní matrici roztokovou metodou, technikou schopnou vytvářet prostorové uspořádání nanočástic řízené strukturními a kinetickými parametry přípravného procesu. Prezentované výsledky popisují rozdíly mezi změnami rheologického chování roztoku polystyrenu při oscilačním smyku s vysokou amplitudou (LAOS) vyvolanými nanočásticemi. Výsledky vedou k závěru, že vysoce-afinní OP-POSS nanočástice při nízkých koncentracích dobře interagují s PS a tvoří tuhé agregáty, zatímco nízko-afinní OM-POSS nanočástice za těchto podmínek neovlivňují deformační chování polymerních řetězců. Dále byla pozornost zaměřena na vliv použitého rozpouštědla na uspořádání nanočástic v SiO2/PMMA a SiO2/PS nanokompozitech, který je v literatuře prezentován jako parametr řídící prostorové uspořádání nanočástic v pevném stavu. Důraz byl kladen na kvalitativní rozdíly mezi „špatně dispergovanými“ shluky nanočástic, které byly na základě rheologie a strukturální analýzy (TEM, USAXS) identifikovány jako polymerními řetězci vázané nanočásticové klastry a dva typy agregátů, jeden termodynamického a druhý kinetického původu. Jednotlivé druhy agregátů se vyznačují odlišnými kinetikami vzniku a rozdílnými vlastnostmi jak mezi sebou, tak v porovnání s dispergovanými nanočásticemi. Pozorované typy disperze nanočástic byly kvantitativně posouzeny podle svých rheologických vlastností během roztokové přípravy, podle kterých byla vyhodnocena míra adsorpce polymeru na povrch nanočástic a atrakce ve vypuzeném objemu. Výsledky byly porovnány s teorií PRISM. Důležitost uspořádání nanočástic byla demonstrována na porovnání teplot skelných přechodů různých struktur při stejném chemickém složení.en
dc.description.abstractPolymer nanocomposites (PNCs) hold a great promise as future lightweight functional materials processable by additive manufacturing technologies. However, their rapid deployment is hindered by their performance depending strongly on the nanoparticle (NP) spatial organization. Therefore, the ability to control the nanoparticle dispersion in the process of PNCs preparation is a crucial prerequisite for utilizing their potential in functional composites. This work investigates solution blending of PNCs in a model glass forming polymer matrix, a bulk processing technique of a tailored NP spatial organization controlled by structural and kinetic variables of the preparation protocol. The presented results describe the differences between nanoparticle induced changes on the rheological behavior of a polystyrene solution under large amplitude oscillation shear (LAOS). High-affinity OP-POSS NPs seem to interact with the PS at low filler loadings and form stiffened aggregates, whereas low-affinity OM-POSS NPs remained rather uninvolved in the polymer deformation at these conditions. Furthermore, an interest was focused on the impact of the blending solvent on the NP spatial arrangement in silica/PMMA and silica/PS nanocomposites, which has already been suggested as the controlling parameter of the solid-state structure. An emphasis was put on the qualitative differences between “poorly dispersed” NP arrays which, by combination of rheological assessment and structural analysis (TEM, USAXS), were identified as chain bound clusters and two types of aggregates, one of thermodynamic and the other of a kinetic origin, which are characterized by substantially distinct formation kinetics and mismatched properties compared to individually dispersed NPs and each other. The currently observed types of NP dispersion were quantitatively linked with their rheological properties during the solution blending step and the amount of polymer adsorption and depletion attraction. The results were compared to the PRISM theory. Finally, the importance of NP spatial organization was demonstrated on the comparison of glass transition temperatures of various structures at constant chemical composition.cs
dc.language.isoencs
dc.publisherVysoké učení technické v Brně. CEITEC VUTcs
dc.rightsStandardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezenícs
dc.subjectPolymerní nanokompoziten
dc.subjectnanočásticeen
dc.subjectstrukturaen
dc.subjectprostorové uspořádáníen
dc.subjectdisperzeen
dc.subjectagregáten
dc.subjectklastren
dc.subjectatrakce ve vypuzeném objemuen
dc.subjectadsorpceen
dc.subjectacidobazická interakceen
dc.subjectroztokové mícháníen
dc.subjectrheologieen
dc.subjectoscilační smyk s vysokou amplitudou (LAOS)en
dc.subjecttransmisní elektronová mikroskopie (TEM)en
dc.subjectrentgenový rozptyl v ultra-malých úhlech (USAXS)en
dc.subjectpolystyrene (PS)en
dc.subjectpoly(methyl methakrylát) (PMMA)en
dc.subjectsilikaen
dc.subjectpolyhedrální oligomerní silsesquioxan (POSS)en
dc.subjectPolymer nanocomposite (PNC)cs
dc.subjectnanoparticle (NP)cs
dc.subjectstructurecs
dc.subjectspatial organizationcs
dc.subjectdispersioncs
dc.subjectaggregatecs
dc.subjectchain bound clustercs
dc.subjectdepletion attractioncs
dc.subjectadsorptioncs
dc.subjectacid-base interactioncs
dc.subjectsolution blendingcs
dc.subjectrheologycs
dc.subjectlarge amplitude oscillatory shear (LAOS)cs
dc.subjecttransmission electron microscopy (TEM)cs
dc.subjectultra-small angle X-ray scattering (USAXS)cs
dc.subjectpolystyrene (PS)cs
dc.subjectpoly(methyl methacrylate) (PMMA)cs
dc.subjectsilicacs
dc.subjectpolyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS)cs
dc.titleEfekt submikrometrických rysů na reologii polymerních nanokompozitůen
dc.title.alternativeEffect of sub-micrometer structural features on rheology of polymer nanocompositescs
dc.typeTextcs
dcterms.dateAccepted2018-12-11cs
dcterms.modified2019-02-04-09:07:46cs
thesis.disciplinePokročilé materiálycs
thesis.grantorVysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. Středoevropský technologický institut VUTcs
thesis.levelDoktorskýcs
thesis.namePh.D.cs
sync.item.dbid113342en
sync.item.dbtypeZPen
sync.item.insts2019.06.21 22:51:59en
sync.item.modts2019.05.19 02:03:37en
dc.contributor.refereeChodák,, Ivanen
dc.contributor.refereedoc.Ing.Marián Lehocký, Ph.D.en
dc.description.markPcs
dc.type.driverdoctoralThesisen
dc.type.evskpdizertační prácecs


Files in this item

Thumbnail
Thumbnail
Thumbnail
Thumbnail
Thumbnail
Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record