- Tytuł:
-
Thermal stability and mechanical properties of hybrid materials based on nitrocellulose grafted by aminopropylisobutyl polyhedral oligomeric silsesquioxane
Stabilność termiczna i właściwości mechaniczne materiałów hybrydowych na bazie nitrocelulozy szczepionej oligomerycznym wielofunkcyjnym aminopropyloizobutylosilseskwioksanem - Autorzy:
-
Yang, X.
Wang, Y.
Li, Y.
Li, Z.
Song, T.
Liu, X.
Hao, J. - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/945783.pdf
- Data publikacji:
- 2017
- Wydawca:
- Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Chemii Przemysłowej
- Tematy:
-
nitrocellulose
hybrid material
aminopropylisobutyl polyhedral oligomeric silsesquioxane
thermal stability
mechanical properties
nitroceluloza
materiał hybrydowy
oligomeryczny wielofunkcyjny aminopropyloizobutylosilseskwioksan
stabilność termiczna
właściwości mechaniczne - Opis:
-
The need for improvement in nitrocellulose (NC) storage safety and convenience of application requires an increase in NC thermal stability and enhancement of its mechanical properties. To this aim, hybrid materials were synthesized by grafting NC with aminopropylisobutyl polyhedral oligomeric silsesquioxane (amino-POSS) using isophorone diisocyanate (IPDI) as a crosslinking agent. The structure and elemental composition of the resulting products were confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), nuclear magnetic resonance (1H NMR and 29Si NMR), X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). It was found, based on the silicon mapping using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), that amino-POSS was well dispersed in NC matrix. Differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA) studies showed that hybrid amino-POSS-NC materials have higher thermal decomposition activation energy (Ea) compared to NC control sample. According to TGA results, the temperatures of 5 % weight loss (T5 %) and 50 % weight loss (T50 %) as well as the residual masses at 240 °C (CR240 °C), were increased as a result of NC modification with amino-POSS. As can be seen from the digital and scanning electron microscopy (SEM) images, the char layers of amino-POSS-NC hybrid materials after burning in air became more compact with increasing amino-POSS content. XPS studies have shown an increased content of the graphitized carbon in the char residues of the modified samples. The results of DSC, TGA, SEM and XPS studies have directly proved the enhancement of the thermal stability of amino-POSS-NC hybrid materials. In addition, tensile strengths and Young's moduli of amino-POSS-NC hybrid materials were increased gradually with the amino-POSS content in the uniaxial tensile tests. All these results show that the proposed modification of nitrocellulose improves the safety of manufacture and use of this material.
Poprawa bezpieczeństwa przechowywania nitrocelulozy (NC) wymaga zwiększenia jej stabilności termicznej, a wygoda używania poprawy właściwości mechanicznych. W tym celu zsyntetyzowano materiały hybrydowe, w których NC szczepiono oligomerycznym wielofunkcyjnym aminopropyloizobutylosilseskwioksanem (amino-POSS) stosując jako środek sieciujący izoforonodiizocyjanian (IPDI). Strukturę i skład otrzymanych materiałów potwierdzono za pomocą spektroskopii w podczerwieni z transformatą Fouriera (FT-IR), jądrowego rezonansu magnetycznego (1H NMR i 29SiNMR), dyfraktometrii rentgenowskiej (XRD) oraz spektroskopii fotoelektronów rentgenowskich (XPS). Na podstawie wyników badań mapowania Si, otrzymanych metodą spektroskopii dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego (EDS), stwierdzono, że amino-POSS został dobrze zdyspergowany w matrycy NC. Badania stabilności termicznej przeprowadzone za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) wykazały, że materiały hybrydowe typu amino-POSS-NC charakteryzują się większymi wartościami energii aktywacji rozkładu termicznego (Ea) niż próbka kontrolna NC. Zgodnie z wynikami analizy termograwimetrycznej (TGA) wartości temperatury ubytku 5 % (T5 %) i 50% (T50 %) masy próbki oraz pozostałości masy w temperaturze 240 °C (CR240 °C) zwiększały się na skutek modyfikacji NC za pomocą amino-POSS. Według fotografii cyfrowych i fotografii wykonanych metodą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) warstwy węglowe powstałe po spaleniu materiałów hybrydowych w powietrzu wraz ze zwiększeniem zawartości amino-POSS stawały się coraz bardziej zwarte, a wyniki badań XPS wykazały, że tworzyło się coraz więcej węgla w postaci grafitu. Wszystkie wyniki DSC, TGA, SEM i XPS dowodzą poprawy stabilności termicznej materiałów hybrydowych amino-POSS-NC. Stwierdzono także, że wytrzymałość na rozciąganie i moduł Young'a podczas prób jednoosiowego rozciągania materiałów hybrydowych rosną ze zwiększaniem się zawartości amino-POSS. Wyniki wszystkich przeprowadzonych badań dowodzą, że zaproponowana modyfikacja NC poprawia bezpieczeństwo wytwarzania i użytkowania tych materiałów w porównaniu z niemodyfikowanym NC. - Źródło:
-
Polimery; 2017, 62, 7-8; 576-587
0032-2725 - Pojawia się w:
- Polimery
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł