1. Implanturi craniene
Conditii impuse:
Sa se degradeze lent, de la suprafata exterioara catre interior, astfel incat un medicament continut in interior sa se elibereze intr-un mod controlat, in timp.
Polimerul ca intreg, trebuie sa indeparteze apa, protejand medicamentul din interior de o dizolvare prematura

2. 3. Prin varierea raportului intre componenti (x/y) s-au sintetizat bloc-copolimeri cu o suprafata ce se degradeaza intr-un timp de la 1 saptamana pana la cativa ani.

3. NANOCOMPOZITELE-Materialele secolului XXI

4. Evolutia materialelor
10000 i.e.n.
1000 i.e.n.
1800
1900
2000
Polimeri
&
Compozite
Piatra si lemnul
Fierul
Cimentul
Otelul
Nanomateriale
&
Nanocompozite
“Noile clase de materiale compozite nanostructurate vor domina peisajul industrial al secolelor viitoare”
Wolfgang Herrman, U. Munich

5. Probleme generale ale materialelor compozite
Rezistenta la agenti chimici, atmosferici, proprietati mecanice uneori insuficiente pentru aplicatii high-tech
Stabilitate termica si dimensionala uneori nesatisfacatoare, care limiteaza unele aplicatii mai ales in domeniul auto
Proprietati de bariera reduse pentru ambalaje
Flamabilitatea majoritatii compozitelor
Posibilitatea de reciclare a deseurilor provenite din procesele de fabricatie si prelucrare
SOLUTIA: NANOCOMPOZITELE

6. COMPOZITE
(30-40% argila)
NANOCOMPOZITE
(5 % argila)
< 100 nm
1000 nm

7. NANOCOMPOZITE
Materiale constituite din mai multi componenti, dintre care cel putin unul are dimensiunea intre 1 si 100 nm
Proprietati globale superioare componentilor individuali: claritate optica, rezistenta mecanica, rigiditate, permeabilitate.
Abilitatea de a obtine proprietatile dorite

8. Temperatura de destructie termica (oC)
Primul nanocompozit comercializat TOYOTA NYLON CLAY HYBRID (NCH-6) 1991
Tip de material
Argila
(%)
Modulul de intindere
(GPa)
Temperatura de destructie termica (oC)
NCH-6
(nanocompozit)
4.2
2.1
152
Compozit 5 1 89
Nylon-6
1.1 65

9. NANOCOMPOZITE Clasificare
Nanoparticule (3 dimensiuni)
Nanofibre (2 dimensiuni)
Nanoargile (1 dimensiune)

10. Nanoparticule Comune in viata cotidiana
Exemple: filme fotografice, catalizatori, schimbatori de ioni, nanocristale, semiconductori, diode moleculare
Ex: filmele color KODAK pe baza de nanocristale de iodura de argint

11. Materiale compozite armate cu nanotuburi
Inca putine materiale dezvoltate
Matrici ceramice, metalice, de oxizi metalici, toate armate cu nanotuburi
Proces tipic de fabricatie: presarea la cald a matricei pulverulente cu nanotuburile
Compozitele cu matrici polimerice armate cu nanotuburi se obtin prin amestecarea componentelor, urmata de reticularea polimerului

12. Nanocompozite polimerice=nanoargile
Matrici polimerice armate cu argile dispuse nanometric in masa de polimer
Polymer Nanocomposites, the Way of the Future
Journal Club Report, MRS Bulletin 2001
Michael Goldman

13. Nanocompozite polimerice=Polymer Nanocomposites (PNCs)
De regula foloseste montmorillonit ca argila
Back to previous page

14. Caracteristici montmorillonit
Organizat in straturi (care formeaza galerii) cu grosimea de 1 nm si o latime de nm
Masa moleculara a straturilor silicatice (1.3 x 108) este mult mai mare decat a polimerilor comerciali ( )
Straturile silicatice au o suprafata specifica foarte mare ( m2/g !)
Straturile silicatice se caracterizeaza prin capacitatea de schimb cationic (CEC) care poate varia
Argilele sunt specii hidrofile si astfel sunt in stare naturala incompatibile cu polimerii

15. Prin reactii de schimb ionic cu un cation organic:
Conditie necesara pentru formarea nanocompozitelor polimerice este alterarea polaritatii argilei pentru a o face organofilica
Prin reactii de schimb ionic cu un cation organic:
Na+-CLAY + HOOC-R-NH3+Cl- →
NaCl + HOOC-R-NH3+-CLAY
R= C20H40

16. Obtinerea nanocompozitelor polimerice
Straturi silicatice fara polimer
Nanocompozite intercalate
Nanocompozite exfoliate

17. Factori ce influenteaza formarea nanocompozitului
A. Factori ce determina delaminarea argilei
CEC-ul argilei
Polaritatea mediului de reactie
Natura chimica a cationilor de schimb (de ex. ionii amoniu)
-compatibilizarea cu bloc-copolimeri:
HO-(CH2-CH2-)n-(CH2-CH-)m
C6H5

18. Nanocompozite polimerice
Cu matrice polimera termoreactiva (de ex. Rasina epoxidica)
Cu matrice polimera termoplastica (de ex. PE, PP, EVA, PC, etc.)
Se imbunatatesc substantial proprietatile:
Rezistentele mecanice, modul de elasticitate, etc.
Proprietatile de bariera (scaderea permeabilitatii la apa, gaze, etc.)
Stabilitatea termica si HDT
Proprietatile ignifuge si se reduc emisiile de gaze la ardere
Rezistenta la agentii chimici
Conductivitatea electrica
Transparenta

19. Exemple de produse industriale
Furnizor/Denumire comerciala
Matricea polimera
Nano-filler
Aplicatie
Bayer AG/Durethan
Nylon 6
Organoargila
Filme cu bariera
Clariant PP
Ambalaje
Creanova/Vestamid
Nylon 12
Nanotub
Conductori electrici
GE Plastics/Noryl GTX
PPO/Nylon
Parti caroserie auto
Kabelwerk
EVA
Fire si cabluri
Nanocor
Ambalaje bere
Topituri
Polymeric Supply
Poliester
Marina, Transport
Yantai Haili Ind&Commerce of China
UHMWPE
Conducte rezistente la cutremur
Unitika
Aplicatii multiple

20. Utilizari curente si viitoare ale nanocompozitelor polimerice
Noi structuri PNC cu rezistenta la foc, fara aditivi de tip intirzietori de flacara
Utilizarea PNC usoare in situatii de eforturi mari la temperaturi mari, de exemplu sub capota autoturismelor si in invelisul etans al avioanelor, in contrast cu aliajele metalice cu greutate mare si costisitoare

21. Nanocompozite Perspective
In 2005 productia de PNC va fi de 20 milioane tone, cu o valoare a pietei de 195 milioane USD
Utilizarea pe scara larga a PNC de producatorii de autoturisme va economisi 1,5 miliarde litri de benzina annual si va reduce emisiile de CO2 cu aprox. 10 miliarde litri !!
Peste 20 ani vom putea conduce un automobil facut in intregime din PNC (Presedintele TOYOTA)
In constructiile grele (poduri si alte structuri masive) metalele expuse la coroziune vor fi inlocuite cu PNC mai usoare si mai puternice

22. Nanocompozite-investitii
NSF-250 mil. $-crearea a 5 noi NSECs:
Center of Integrated Nanomechanical Systems-University of California-Berkeley
Center for High Rate Nanomanufacturing at Northeastern University
Center for Affordable Nanoengineering of Polymer Biomedical Devices at Ohio State University
Center for Probing the Nanoscale at Stanford University
Center for Templated Synthesis and Assembly at the Nanoscale at the University of Wisconsin
Nanotoday, December 2004

23. Nanocomposites are cool !!
CONCLUZIA FINALA
Nanocomposites are cool !!