Збірник наукових праць Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Рік 2025 Том 23, Випуск 4
Завантажити повну версію статті (PDF, Англійською / In English) Open Access

V. G. REZANOVA and N. M. REZANOVA

Kyiv National University of Technologies and Design, 2, Mala Shiyanovs’ka Str., UA-01011 Kyiv, Ukraine

Structure Formation and Macrorheology of Nanofilled Composites of Polypropylene/Co-polyamide/Mixed Oxide

1239–1255 (2025)

PACS numbers: 61.41.+e, 66.20.Ej, 82.35.Jk, 82.35.Np, 83.60.Fg, 83.60.Rs, 83.80.Tc

Надійшла 31 березня 2025 р.

Досліджено вплив вмісту домішки нанорозмірної комбінованої речовини оксид Алюмінію/кремнезем на формування мікрофібрилярної структури в термодинамічно несумісній суміші поліпропілен/співполіамід (ПП/СПА). Встановлено, що наночастинки (НЧ) Al2O3/SiO2 є ефективним модифікатором в усьому дослідженому діяпазоні їхніх концентрацій (0,1–3,0 мас.%). Змішаний оксид проявляє синергічну дію: середній діяметер ПП-мікрофібрил (đ) понижується у ~2 рази. Водночас вміст нанонаповнювача складає всього 0,1 мас.%, що на порядок менше, ніж за використання НЧ окремих його складових. Найбільш тонка й однорідна морфологія формується у композиції, що містить 1,0 мас.% модифікатора: величина đ має мінімальне значення (1,2 мкм проти 4,0 мкм для вихідної суміші), доля мікрофібрил є максимальною (97,0%), а величина показника варіябельности (дисперсії) зменшується у ~5 разів. Показано, що зміна мікрореологічних процесів у присутності нанодомішки значною мірою впливає на макрореологічні характеристики розтопів наповнених полімерних дисперсій. Наночастинки змішаного оксиду підвищують ступінь відхилу від Ньютонового режиму течії трикомпонентних систем. Формування анізотропних структур (ПП-мікрофібрил) у сумішах ПП/СПА/змішаний оксид зумовлює падіння ефективної в’язкости порівняно з розтопами вихідних компонентів. Водночас еластичність розтопів модифікованих композицій підвищується і величини коефіцієнта розширення екструдату (В) сягають значень, вищих за адитивні. Зростають також показники максимальної деформації струменя розтопу нанонаповнених систем у поздовжньому розтягувальному полі (Fmax). Залежності величин В і Fmax від складу композиції мають екстремум за вмісту змішаного оксиду у 1,0 мас.%, що зумовлено формуванням ПП-мікрофібрил з найвищим ступенем анізотропії.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: поліпропілен, співполіамід, змішаний оксид, суміш, розтоп, морфологія, в’язкість, еластичність, деформація

Цитування:
V. G. Rezanova and N. M. Rezanova, Structure Formation and Macrorheology of Nanofilled Composites of Polypropylene/Co-polyamide/Mixed Oxide, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 23, No. 4: 1239–1255 (2025); https://doi.org/10.15407/nnn.23.04.1239
ЛІТЕРАТУРА
  1. Nanofillers for Binary Polymer Blends (Micro and Nano Technologies) (Eds. Sabu Thomas, Soney C. George, and Sharika T. Nair) (Elsevier: 2024).
  2. Ajitha A. R, Lovely P. Mathew, and Sabu Thomas, Compatibilization of Polymer Blends: Micro and Nano Scale Phase Morphologies, Interphase Characterization, and Properties (Elsevier: 2020), p. 179–203; https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816006-0.00006-2
  3. Tanyaradzwa S. Muzata, Jagadeshvaran P. L, and Suryasarathi Bose, Phys. Chem. Chem. Phys., 22, Iss. 36: 20167 (2020); https://doi.org/10.1039/D0CP01814G
  4. Hossein Nazockdast, Encyclopedia of Polymer Blends. Volume 3: Structure (Wiley: 2016), Ch. 7, p. 401; https://doi.org/10.1002/9783527653966.ch7
  5. A. Taguet, P. Cassagnau, and J.-M. Lopez-Cuesta, Progress in Polymer Science, 39, Iss. 8: 1526 (2014); https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2014.04.002
  6. Tingting Zhang, Xuhui Chen, Zhenyou Guo, Youbo Zhao, Hao Xiu, Hongwei Bai, Qin Zhang, and Qiang Fu, Composites Communications, 25: 100737 (2021); https://doi.org/10.1016/j.coco.2021.100737
  7. Nariman Rajabifar and Amir Rostami, Polymers, 15, Iss. 12: 2708 (2023); https://doi.org/10.3390/polym15122708
  8. Reza Salehiyan, Hyeong Yong Song, Mingeun Kim, Woo Jin Choi, and Kyu Hyun, Macromolecules, 49, Iss. 8: 3148 (2016); https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6b00268
  9. Pankaj Agrawal, Aylanna P. M. Araújo, Gustavo F. Brito, Shirley N. Cavalcanti, Amanda M. Alves, Daniel M. G. Freitas, and Tomás J. A. Mélo, Journ. of Polym. and the Envir., 29: 1777 (2021); https://doi.org/10.1007/s10924-020-02015-z
  10. Gabriela Escobar Hochmuller da Silva, Jonas Eichelberger Granada, Caio César Nogueira de Melo, Juliano Marini, and Amanda Dantas de Oliveira, Macromolecular Symposia, 394, Iss. 1: 2000145 (2020); https://doi.org/10.1002/masy.202000145
  11. Anna Nuzzo, Serena Coiai, Sabrina C. Carroccio, Nadka Tz. Dintcheva, Cristian Gambarotti, and Giovanni Filippone, Macromol. Mater. Eng., 299, Iss. 1: 31 (2014); https://doi.org/10.1002/mame.201300051
  12. Jung Hyun Ahn, Joung Sook Hong, and Kyung Hyun Ahn, Polym. Composites, 42, Iss. 2: 1021 (2020); https://doi.org/10.1002/pc.25883
  13. Vu Anh Doan and Masayuki Yamaguchi, Recent Res. Devel. Mat. Sci., 10: 59 (2013).
  14. Natalia Rezanova, Yurii Budash, Viktoriia Plavan, Olena Ishchenko, and Viktoriia Bulakh, Revista de Materiale Plastice, 54, Iss. 4: 735 (2017); https://doi.org/10.37358/MP.17.4.4934
  15. Micro and Nano Fibrillar Composites (MFCs and NFCs) from Polymer Blends. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering (Eds. Raghvendra Kumar Mishra, Sabu Thomas, and Nandakumar Kalarikkal) (Woodhead Publishing: 2017), p. i–iii; https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101991-7.09989-1
  16. Wenjing Li, Alois K. Schlarb, and Michael Evstatiev, Journal of Applied Polymer Science, 113, Iss. 3: 1471 (2009); https://doi.org/10.1002/app.29993
  17. Mariya Vasilyevna Tsebrenko, Victoriya Georgiyevna Rezanova, and Irina Aleksandrovna Tsebrenko, Journal of Materials Science and Engineering, 4, Iss. 6: 36 (2010); https://doi.org/10.17265/2161-6213/2010.06.006
  18. N. M. Rezanova, M. V. Tsebrenko, I. A. Melnik, A. V. Korshun, and G. P. Danilova, Polimernyy Zhurnal, 36, No. 3: 282 (2014) (in Ukrainian); http://nbuv.gov.ua/UJRN/Polimer_2014_36_3_11
  19. N. M. Rezanova, M. V. Tsebrenko, I. A. Melnik, I. A. Tsebrenko, L. S. Dzubenko, and O. O. Sapyanenko, Him., Fiz. ta Tehn. Poverhni., 6, No. 3: 354 (2015) (in Ukrainian); https://doi.org/10.15407/hftp06.03.354
  20. Victor Beloshenko, Vyacheslav Chishko, Viktoria Plavan, Natalia Rezanova, Bogdan Savchenko, Nadiya Sova, and Iurii Vozniak, 3D Printing and Additive Manufacturing, 8, No. 4: 253 (2021); https://doi.org/10.1089/3dp.2020.0195
  21. V. P. Plavan, V. G. Rezanova, Yu. O. Budash, O. V. Ishchenko, and N. M. Rezanova, Mechanics of Composite Materials, 56, Iss. 3: 319 (2020); https://doi.org/10.1007/s11029-020-09883-5
  22. N. M. Rezanova, Yu. O. Budash, V. P. Plavan, and V. I. Bessarabov, Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 1: 71 (2021); https://doi.org/10.32434/0321-4095-2021-134-1-71-78
  23. N. M. Rezanova, V. G. Rezanova, V. P. Plavan, and O. O. Viltsaniuk, Vlakna a Textil., 2: 37 (2017); http://vat.ft.tul.cz/Archive/VaT_2017_2.pdf
  24. N. M. Rezanova, V. P. Plavan, L. S. Dzubenko, O. O. Sapianenko, P. P. Gorbyk, and A. V. Korshun, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 16, Iss. 1: 55 (2018) (in Ukrainian); https://doi.org/10.15407/nnn.16.01.055
  25. N. M. Rezanova, V. G. Rezanova, V. P. Plavan, and O. O. Viltsaniuk, Functional Materials, 26, No. 2: 389 (2019); https://doi.org/10.15407/fm26.02.389
  26. N. M. Rezanova, V. P. Plavan, V. G. Rezanova, and V. M. Bohatyryov, Vlakna a Textil., 4: 3 (2016); http://vat.ft.tul.cz/Archive/VaT_2016_4.pdf
  27. Yurii Budash, Natalia Rezanova, Viktoriia Plavan, and Viktoriia Rezanova, Polym. and Polym. Composites, 30: 1 (2022); https://doi.org/10.1177/09673911221093991
  28. V. G. Rezanova and N. M. Rezanova, Komputerna programa ‘Vyznachennia Reologichnykh Vlastyvostey Rozplaviv Polimeriv ta Ikh Sumishey’ [Computer Program ‘Determination of Rheological Properties of Polymer Blends and Their Mixtures’] (Authors’ Certificate No. 115712. Date of Registration 12.01.2023) (in Ukrainian); https://sis.nipo.gov.ua/uk/search/detail/1730790/
  29. L. A. Utracki, Z. Bakerdjian, and Musa R. Kamal, J. Appl. Polymer Sci., 19, No. 2: 481 (1975); https://doi.org/10.1002/app.1975.070190213
  30. Polymer Blends: Formulation and Performance (Eds. Donald R. Paul and Clive B. Bucknall) (New York: John Wiley & Sons, Inc.: 2000).
  31. Yuri S. Lipatov, Prog. Polym. Sci., 27, Iss. 9: 1721 (2002); https://doi.org/10.1016/S0079-6700(02)00021-7
  32. Sonja Krause, Pure and Applied Chem., 58, No. 12: 1553 (1986); https://doi.org/10.1351/pac198658121553
  33. M. V. Borysenko, V. M. Gun’ko, A. G. Dyachenko, I. Y. Sulim, R. Leboda, J. Skubiszewska-Zięba, and J. Ryczkowski, Applied Surface Science, 242, Iss. 1–2: 1 (2005); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2004.07.064