พอลิเมอร์ดินนาโนคอมโพสิต: Design & Application

Dr. Alexander B. Morgan

Material Matters Volume 2 Issue 1

ทำไมต้องใช้พอลิเมอร์นาโนคอมโพสิต ?

หนึ่งในเป้าหมายสุดท้ายที่พึงประสงค์ของการวิจัยวิทยาศาสตร์วัสดุคือการพัฒนาวัสดุอเนกประสงค์ วัสดุเหล่านี้ถูกกำหนดให้เป็นองค์ประกอบที่ทำให้การเพิ่มประสิทธิภาพของคุณสมบัติมากกว่าหนึ่งอย่างในการใช้งานเฉพาะดังนั้นจึงช่วยให้วัสดุสามารถแทนที่วัสดุอื่นๆได้มากกว่าหนึ่งชนิดในวัตถุที่ออกแบบทางวิศวกรรมหรือเพื่อแทนที่วัสดุทั้งหมดที่เพียงอย่างเดียวเท่านั้นที่สามารถตอบสนองความต้องการใช้งานขั้นสุดท้ายได้เพียงอย่างเดียว ตัวอย่างหนึ่งคือปีกอากาศยานและลำตัวอากาศยานซึ่งปัจจุบันทำจากโลหะ วัสดุอเนกประสงค์ที่ใช้ในการเปลี่ยนโลหะจะต้องมีน้ำหนักเบาทนทานต่อแรงเค้น/แรงเฉือนสูงทนไฟและสามารถใช้ไฟฟ้าเพื่อแก้ไขปัญหาฟ้าผ่าที่ระดับความสูง คอมโพสิตโพลิเมอร์แบบดั้งเดิมสามารถตอบสนองความต้องการที่มีน้ำหนักเบาและความทนทานและมีการใช้งานในวันนี้บนเครื่องบินแต่พวกเขาจะต้องรวมกับตาข่ายโลหะและ interleaves เพื่อแก้ไขฟ้าผ่าและพวกเขามีแนวโน้มที่จะมีคุณสมบัติการติดไฟที่เลวร้ายยิ่งกว่าโลหะที่พวกเขาแทนที่ การใช้อนุภาคนาโนในเมทริกซ์โพลิเมอร์เหล่านี้จึงสร้างนาโนคอมโพสิตสามารถให้วัสดุอเนกประสงค์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความต้องการด้านการบินและอวกาศและการใช้งานอื่นๆ

พอลิเมอร์ดินนาโนคอมโพสิต

สนามนาโนคอมโพสิตโพลิเมอร์ได้รับการศึกษาอย่างหนักในทศวรรษที่ผ่านมา, การวางไข่การประชุมจำนวนมาก, หนังสือ, และบทความวารสาร. ในระดับหนึ่งมันกลายเป็นสาขาการศึกษาที่สำคัญเนื่องจากเอกสารสำคัญจาก Gianellis และ Vaia ในช่วงกลางทศวรรษ ที่ 90 1 และการเปิดตัวของนาโนคอมโพสิตดินเหนียวเชิงพาณิชย์ 6 โดย Ube/โตโยต้าของญี่ปุ่น² มันสามารถถกเถียงกันได้ว่าเทคโนโลยีโพลิเมอร์นาโนคอมโพสิตได้รับรอบสำหรับค่อนข้างบางเวลาในรูปแบบของสีน้ำยางคาร์บอนสีดำเต็มยางและระบบโพลิเมอร์อื่นๆที่เต็มไปด้วยอนุภาคนาโน อย่างไรก็ตามลักษณะของอินเทอร์เฟซแบบนาโนสเกลของวัสดุเหล่านี้ไม่เป็นที่เข้าใจและไม่ได้รับการยอมรับอย่างแท้จริงจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ วันนี้มีเอกสารและหนังสือรีวิวที่ยอดเยี่ยมที่ครอบคลุมทั้งสาขาของการวิจัยโพลิเมอร์นาโนคอมโพสิตรวมถึงการใช้งานที่มีหลากหลายของนาโนฟิลเช่นเลเยอร์ silicates (อ่าว), คาร์บอนนาโนหลอด/นาโนไฟเบอร์, ออกไซด์คอลลอยด์, ไฮโดรไซด์สองชั้น, จุดควอนตัม, โลหะนาโนคริสตัลไลน์และอื่นๆ³ การวิจัยส่วนใหญ่ที่ดำเนินการจนถึงปัจจุบันได้รับการรักษาอินทรีย์ซิลิเกตชั้นหรือ organoclay และบทความทบทวนสั้นๆนี้จะมุ่งเน้นไปที่พอลิเมอร์นาโนคอมโพสิตที่ทำด้วยวัสดุเหล่านี้

ก่อนที่จะอธิบายโครงสร้าง organoclay และเคมีความเข้าใจพื้นฐานของพอลิเมอร์นาโนคอมโพสิตตัวเองเป็นสิ่งจำเป็น คอมโพสิตแบบดั้งเดิมที่มีอนุภาค/เส้นใย/การเสริมแรงขนาดไมครอนหรือใหญ่กว่าสามารถพิจารณาได้ดีที่สุดว่ามีส่วนประกอบหลักสองอย่างคือโพลิเมอร์ขนาดใหญ่และฟิลเลอร์/การเสริมแรงและส่วนประกอบที่สามที่เล็กมากหรือโพลิเมอร์แบบ interfacial การเชื่อมประสานกันระหว่างโพลิเมอร์และฟิลเลอร์ที่ไม่ดีอาจส่งผลให้เกิดความสมดุลที่ไม่พึงประสงค์ของคุณสมบัติหรือที่เลวร้ายที่สุดคือความล้มเหลวของวัสดุภายใต้โหลดทางกลความร้อนหรือไฟฟ้า ในพอลิเมอร์นาโนคอมโพสิตเนื่องจากอนุภาคเสริมอยู่ที่ขนาดนาโนเมตรมันเป็นส่วนประกอบเล็กๆน้อยๆในแง่ของน้ำหนักรวมหรือเปอร์เซ็นต์ปริมาตรในวัสดุขั้นสุดท้าย หากอนุภาคนาโนกระจายตัวอย่างเต็มที่ในเมทริกซ์พอลิเมอร์โพลิเมอร์จำนวนมากก็จะกลายเป็นเล็กน้อยและในบางกรณีส่วนที่ไม่มีอยู่ของวัสดุขั้นสุดท้าย ด้วยอนุภาคนาโนที่กระจายตัวเป็นเนื้อเดียวกันในเมทริกซ์โพลิเมอร์โพลิเมอร์ทั้งหมดจะกลายเป็นโพลิเมอร์แบบ interfacial และคุณสมบัติของวัสดุจะเริ่มเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติของโพลิเมอร์ระหว่างใบหน้าจะขยายใหญ่ขึ้นในวัสดุขั้นสุดท้ายและจะเห็นการปรับปรุงที่ดีในคุณสมบัติ ดังนั้นพอลิเมอร์นาโนคอมโพสิตเป็นคอมโพสิตที่ฟิลเลอร์และโพลิเมอร์จำนวนมากเป็นส่วนประกอบย่อยและโพลิเมอร์ interfacial เป็นส่วนประกอบที่กำหนดคุณสมบัติของวัสดุ ด้วยความคิดนี้การออกแบบอนุภาคนาโนเป็นสิ่งสำคัญต่อโครงสร้างนาโนคอมโพสิตและจำเป็นต้องมีความเข้าใจอย่างรอบคอบเกี่ยวกับเคมีและโครงสร้างอนุภาคนาโน

เคมี Organoclay และโครงสร้าง

อ่าวเป็นชั้นของโครงสร้างชั้นอนินทรีย์ ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติหรือเกิดขึ้นได้ด้วยเทคนิคสังเคราะห์ ในขณะที่โครงสร้างดินเหนียวที่แตกต่างกันจำนวนมากได้ถูกนำมาใช้ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์และพอลิเมอร์ - อินทรีย์นาโนคอมโพสิต, ส่วนใหญ่ของการวิจัยที่ได้รับความสำเร็จด้วย montmorillonite. Montmorillonite เป็น 2:1 aluminosilicate ซึ่งหมายความว่ามันประกอบด้วยชั้นอลูมิเนียมออกไซด์ Octahedral คั่นระหว่างสองชั้น tetrahedral ซิลิกอนออกไซด์ ในชั้น Octahedral อะตอมอลูมิเนียมจะถูกแทนที่ด้วย cations อื่นๆ (เช่นแมกนีเซียมเหล็ก) ซึ่งจะสร้างข้อบกพร่องในการชาร์จบางอย่างในโครงสร้าง (รูปที่ 1) ซึ่งหมายความว่า Montmorillonite มีการอ้างถึงโครงสร้างของมันเพื่อสร้างความสมดุลของประจุนี้ในชั้น octahedral และไอออนเหล่านี้อยู่บนชั้น tetrahedral ซิลิเกต เนื่องจากไม่มีพันธะไอออนิกอย่างเป็นทางการระหว่างข้อบกพร่องประจุลบในชั้น octahedral และไอออนที่ด้านบนของชั้นซิลิเกต (มากขึ้นของสมาคมค่าใช้จ่าย) สามารถแลกเปลี่ยนไอออนกับไอออนอื่นๆของค่าใช้จ่ายที่คล้ายกันเพื่อสร้างอ่าวที่ได้รับการรักษาอินทรีย์ โซเดียมไอออนใน montmorillonite สามารถแลกเปลี่ยนไอออนกับ alkyl ammonium ฟอสฟอรัส imidazolium หรืออื่นๆ1 ไอออน cation เพื่อให้ได้ organoclay (Scheme1) ควรสังเกตว่าการแลกเปลี่ยนไอออนกับ sodium montmorillonite เป็น facile กับ cations ที่แตกต่างกันจำนวนมากแต่ cations กับค่าใช้จ่ายมากกว่า +1 มีแนวโน้มที่แข็งแกร่งที่จะล็อคแผ่นดินด้วยกัน (กระบวนการที่เรียกว่าเสา) 4 ซึ่งทำให้เกิดการสังเคราะห์นาโนคอมโพสิตโพลิเมอร์เป็นไปไม่ได้

รูปที่ 1 รุ่นโมเลกุล⁵ ของดินมอนโตริลโลไนต์ที่มีความชุ่มชื้น [(Mg0.33Al1.67) Si4O10 (OH) 10]Na0.33] 2 ชั้นดินจะถูกแยกออกจากกันด้วยชั้นโมเลกุลของน้ำ

แผนที่ 1 การรักษาด้วยอัลคิลแอมโมเนียมอินทรีย์ทั่วไป

การรักษาอินทรีย์ของดินทำให้เกิดไฮโดรฟิลิคมอนโตริลโลไนต์ไฮโดรโฟบิกตามปกติจึงช่วยให้สามารถเชื่อมต่อกับเมทริกซ์โพลิเมอร์ที่แตกต่างกันได้ หากไม่มีการบำบัดอินทรีย์นี้ montmorillonite จะไม่กระจายตัวเข้าไปในโพลิเมอร์และยังคงเป็นอนุภาคขนาดไมครอนทำหน้าที่เป็นฟิลเลอร์แบบดั้งเดิม ข้อยกเว้นคือเมื่อมอนโตริลโลไนต์กระจายตัวในน้ำและผสมกับพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้เช่นโพลี (ไวนิลแอลกอฮอล์) nanosomposite ที่ดีสามารถรับได้โดยไม่ต้องรักษาอินทรีย์⁶ สำหรับโพลิเมอร์ที่ไม่ละลายน้ำเกือบทั้งหมดอย่างไรก็ตามการรักษาอินทรีย์บนพื้นผิวดินจะต้องได้รับโครงสร้างนาโนคอมโพสิตพอลิเมอร์ การรักษาอินทรีย์ที่ใช้กันมากที่สุดคือแอมโมเนียม alkyl ซึ่งสามารถมีความยาวโซ่หรือการทำงานที่หลากหลายและสามารถเป็นเอมีนหลักรองหรือระดับอุดมศึกษาได้ คุณลักษณะที่พบบ่อยอย่างหนึ่งในการรักษาอินทรีย์ดินที่ประสบความสำเร็จคือการปรากฏตัวของโซ่อัลคิลยาวอย่างน้อยหนึ่ง (คาร์บอน 12 หรือมากกว่า) เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วจะได้รับไมโครคอมโพสิตนี้⁷ ต้องใช้ความระมัดระวังเมื่อเลือกการรักษาอินทรีย์เพื่อให้เกิดโพลิเมอร์นาโนคอมโพสิต เนื่องจากมีโครงสร้างที่หลากหลายรวมถึงโครงสร้างที่ทำให้เกิดพอลิเมอไรเซชันหรือการปลูกถ่ายอวัยวะที่เกี่ยวข้องกับการรักษาอินทรีย์ควรอ้างอิงถึงวรรณกรรมเปิดก่อนที่จะเลือกการรักษาอินทรีย์ที่จะทำงาน อย่างไรก็ตามมีเส้นบอกแนวอยู่³ 8 และเส้นบอกแนวเหล่านี้สามารถช่วยในการเลือกได้ หมายเหตุสุดท้ายเกี่ยวกับการเลือกการรักษาอินทรีย์จะต้องทำ, และนั่นคือการพิจารณาเสถียรภาพทางความร้อนที่จำเป็นในการประยุกต์ใช้วัสดุขั้นสุดท้าย. Alkyl Ammoniums ในขณะที่ประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์และพัฒนาวัสดุโพลิเมอร์นาโนคอมโพสิตมีความร้อนไม่เสถียรสูงกว่า 200°C ภายใต้การย่อยสลายของ Hofmann ที่อุณหภูมินี้ (โครงการ 2)⁹ เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้นส่วนต่อประสานโพลิเมอร์/ดินเหนียวจะถูกทำลายและวัสดุสามารถจัดเรียงใหม่ด้วยความร้อนเพื่อให้โครงสร้างคอมโพสิตขนาดเล็กทำให้เกิดประโยชน์ใดๆที่เกิดขึ้นจากโครงสร้างนาโนคอมโพสิตเดิม¹⁰ สำหรับการใช้งานที่มีอุณหภูมิสูงขึ้น imidazoliums (Scheme 2) ดูเหมือนจะมีสัญญาที่ดีมีความสามารถในการจัดการอุณหภูมิ 300°C และมีอยู่ในโครงสร้างที่หลากหลายที่สามารถปรับให้เหมาะกับการใช้งานโพลิเมอร์นาโนคอมโพสิต¹¹

แผนที่ 2 Hofmann การย่อยสลายของ alkyl ammonium บนพื้นผิวดินและการรักษาด้วยไอโซเลตไอโซเลตที่มีความร้อนสูง

การเลือก Organoclay และการวิเคราะห์นาโนคอมโพสิต

พอลิเมอดินนาโนคอมโพสิตแสดงสัญญาที่ดีสำหรับการใช้งานวัสดุวิทยาศาสตร์แต่การสังเคราะห์และการพัฒนาที่ประสบความสำเร็จของวัสดุเหล่านี้ไม่ได้เป็นเรื่องง่าย Organoclay ไม่ใช่โซลูชัน“Drop-in”การเลือกและพิจารณาระบบนาโนคอมโพสิตทั้งหมดอย่างรอบคอบจะต้องดำเนินการก่อนที่จะประสบความสำเร็จพอลิเมอดินนาโนคอมโพสิต (หรือนาโนคอมโพสิตใดๆสำหรับเรื่องนั้น) สามารถเตรียมและใช้สำหรับการประยุกต์ใช้วัสดุวิทยาศาสตร์ใหม่ หากเลือก Organoclay ผิดสำหรับพอลิเมอร์เฉพาะนาโนคอมโพสิตอาจไม่เคยเกิดขึ้นเนื่องจากอนุภาคนาโนอาจไม่กระจายตัวดีพอ นอกจากนี้แม้ว่าจะเลือก organoclay ที่ดีที่สุดการผสมที่ไม่ดีหรือกระบวนการสังเคราะห์อาจส่งผลให้เกิดความล้มเหลวในการสร้างนาโนคอมโพสิตและในบางกรณีอาจส่งผลให้วัสดุที่มีคุณสมบัติแย่กว่าพอลิเมอร์เริ่มต้น สุดท้ายการใช้งานเป้าหมายจะกำหนดการโหลดดินหรือว่าดินเป็นที่ยอมรับได้สำหรับการใช้งานขั้นสุดท้าย ดังนั้นจึงขอแนะนำให้ออกแบบระบบนาโนคอมโพสิตบนกระดาษก่อนที่จะไปยังห้องปฏิบัติการจริง เลือก organoclay ที่จะ miscible กับพอลิเมอร์ที่เลือก sup > 1 2 และจะอยู่รอดเงื่อนไขการประมวลผล สุดท้ายตรวจสอบให้แน่ใจว่าการปรับปรุงคุณสมบัติของดิน (เชิงกล, ความไวไฟ, อุปสรรคก๊าซฯลฯ) ตอบสนองกับการใช้งานที่ต้องการสำหรับวัสดุพอลิเมอร์ขั้นสุดท้าย

เมื่อระบบได้รับการออกแบบวัสดุสามารถเตรียมได้แต่การวิเคราะห์โพลิเมอร์นาโนคอมโพสิตยังคงเป็นความท้าทายมากเท่ากับการออกแบบนาโนคอมโพสิตที่ประสบความสำเร็จในสถานที่แรก ไม่มีเทคนิคการวิเคราะห์ใดที่ให้ข้อมูลที่จำเป็นทั้งหมดเกี่ยวกับนาโนคอมโพสิตดินพอลิเมอร์และเทคนิคบางอย่างด้วยตัวเองสามารถให้ข้อมูลหลอกลวงเกี่ยวกับลักษณะของโครงสร้างนาโนคอมโพสิตดินและความสม่ำเสมอของการกระจายตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งการกระจายรังสีเอกซ์แบบผงเพียงอย่างเดียวไม่สามารถให้ข้อมูลประเภทที่จำเป็นในการกำหนดลักษณะการก่อตัวของนาโนคอมโพสิต บทความสำคัญหลายบทความครอบคลุมพื้นที่ของการวิเคราะห์นาโนคอมโพสิตนี้¹ 3 และนักวิจัยได้รับการสนับสนุนอย่างมากที่จะอ่านพวกเขาก่อนที่จะเริ่มดำเนินการในโปรแกรมการสังเคราะห์นาโนคอมโพสิต

เมื่อได้รับการกำหนดลักษณะที่เหมาะสมแล้วนักวิจัยสามารถตรวจสอบได้ว่าจำเป็นต้องทำการเปลี่ยนแปลงกับกระบวนการของสูตรนาโนคอมโพสิตหรือถ้าส่วนอื่นๆของระบบ (เช่นส่วนต่อประสานดิน/โพลิเมอร์) ไม่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีและจำเป็นต้องมีการทำงานใหม่

การใช้งานโพลิเมอร์ - ดินนาโนคอมโพสิต

โดยไม่ต้องเข้าไปในรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีการนาโนคอมโพสิตดินที่มีการเพิ่มประสิทธิภาพของทรัพย์สินบทความนี้จะมุ่งเน้นไปที่ที่ดินนาโนคอมโพสิตที่ได้รับการใช้ในการปรับปรุงประสิทธิภาพของทรัพย์สินโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อให้ผลผลิตการปรับปรุงในพื้นที่มากกว่าหนึ่งและยังเป็นที่ที่การปรับปรุงได้นำไปสู่การใช้งานเชิงพาณิชย์ จะมีการอภิปรายทั่วไปเกี่ยวกับวิธีการได้รับคุณสมบัติแต่รายละเอียดจะพบได้ดีที่สุดในบทความที่อ้างถึงหรือในเอกสารการประเมินที่อ้างถึงก่อนหน้านี้ในเอกสารนี้³ การใช้นาโนคอมโพสิตพอลิเมอร์ - ดินเหนียวที่พบมากที่สุดได้รับในการเสริมแรงทางกลของเทอร์โมพลาสติกโดยเฉพาะอย่างยิ่งโพลีอะไมด์ 6 และโพรพิลีน โพลีอะไมด์ 6 นาโนคอมโพสิตดินเหนียวที่ผลิตโดย Ube/Toyota ถูกนำมาใช้แทนชิ้นส่วนโลหะที่อยู่ใกล้กับเครื่องยนต์ที่ให้การประหยัดน้ำหนัก ดินเหนียวในการใช้งานนี้ช่วยปรับปรุงอุณหภูมิการบิดเบือนความร้อนของวัสดุทำให้สามารถใช้งานได้ในการใช้งานที่อุณหภูมิสูงขึ้นนี้ จีเอ็ม/แบล็คฮอว์คยังประกาศว่านาโนคอมโพสิตที่ทำจากโพลีโพรพิลีนดินเหนียวสำหรับการใช้งานยานยนต์และดินเหนียวเพิ่มขึ้นในโมดูลัสดัด/แรงดึงในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพการกระแทก

การใช้พอลิเมอดินนาโนคอมโพสิตสำหรับการใช้งานสารหน่วงไฟจะกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งมันเป็นที่ตระหนักว่า nanocomposite ดินสามารถแทนที่ส่วนหนึ่งของแพคเกจสารหน่วงไฟในขณะที่การรักษาคะแนนความปลอดภัยไฟที่โหลดสารหน่วงไฟต่ำ¹⁴ ส่งผลให้มีความสมดุลที่ดีขึ้นของคุณสมบัติสำหรับวัสดุนาโนคอมโพสิตเมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์สารหน่วงไฟที่ไม่ใช่นาโนคอมโพสิตและในบางกรณีค่าใช้จ่ายที่ดีกว่าสำหรับเรซินหน่วงไฟโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้า organoclay ถูกกว่าสารหน่วงไฟก็จะแทนที่ ควรสังเกตว่า organoclay สามารถแทนที่สารหน่วงไฟแบบดั้งเดิมได้มากกว่า 1: 1 โดยน้ำหนักซึ่งหมายความว่า organoclay 1 กรัมสามารถแทนที่สารหน่วงไฟแบบดั้งเดิมได้มากกว่า 1 กรัมส่งผลให้วัสดุมีน้ำหนักเบา ในความเป็นจริงมันปรากฏว่าระบบนาโนคอมโพสิตดินทำหน้าที่เป็น synergist เกือบสากลสำหรับสารหน่วงไฟที่มีข้อยกเว้นบางอย่าง¹⁴ การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานร่วมกันของ nanocomposites ดินเหนียวสำหรับการใช้งานด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัยได้นำไปสู่ผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์สองรายการ: วัสดุหุ้มสายไฟและสายเคเบิล (organoclay + อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์) ที่ผลิตโดย Kabelwerk Eupen AG และชุดโพลีโพรพิลีน + organoclay + ระบบหน่วงไฟ (Maxxam^™ FR) ที่ผลิตโดย PolyOne^® เป็นไปได้ว่าวัสดุเชิงพาณิชย์อื่นๆจะถูกปล่อยออกมาทันทีที่ผู้ผลิตจำนวนมากเริ่มเห็นคุณค่าของระบบนาโนคอมโพสิตเหล่านี้

การประยุกต์ใช้กันทั่วไปของ nanocomposites ดินเป็นวัสดุป้องกันก๊าซ อนุภาคนาโนดินเหนียวสร้างเครือข่ายที่ซับซ้อนในเมทริกซ์พอลิเมอร์เช่นก๊าซต่างๆกระจายช้ามากหรือไม่ผ่านโซ่พอลิเมอร์และรูเข็มในฟิล์มบางหรือชิ้นส่วนพอลิเมอร์หนา ความสำเร็จของนาโนคอมโพสิตดินเหนียวที่จะทำให้การกระจายตัวของออกซิเจนและน้ำลดลงทำให้พวกเขาใช้ในบรรจุภัณฑ์อาหาร/ของเหลวเพื่อให้อาหารสดชื่นอีกต่อไป³

Future Applications

พอลิเมอร์นาโนคอมโพสิตดินที่มีอยู่แล้วใช้ในการใช้งานจำนวนมากเพื่อเพิ่มคุณสมบัติที่มีอยู่ของวัสดุเฉพาะและความพยายามในการวิจัยและพัฒนาต่อไปควรมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาวัสดุอเนกประสงค์ที่แท้จริง แน่นอนว่าวัสดุนาโนคอมโพสิตดินเหนียวจะยังคงถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางกลความไวไฟและอุปสรรคก๊าซแต่ข้อจำกัดพื้นฐานในเคมีดินเหนียวป้องกันไม่ให้พวกเขาถูกนำมาใช้ได้อย่างง่ายดายในการใช้งานที่ต้องการการนำไฟฟ้า/ความร้อนหรือการใช้งานแสง ตามเส้นเหล่านั้นการรวมกันของ organoclay กับ nanofillers อื่นๆเพื่อให้ได้วัสดุอเนกประสงค์ที่แท้จริงจะเกิดขึ้นในอนาคต การรวม organoclay กับท่อนาโนคาร์บอนหรือจุดควอนตัมสามารถให้นาโนคอมโพสิตที่น่าสนใจมากกับคุณสมบัติทางกลที่เพิ่มขึ้น, ความสามารถในการติดไฟ, ความร้อนและไฟฟ้า - ช่วยให้มันเป็นการเปลี่ยนแบบหล่นลงสำหรับวัสดุที่แตกต่างกันจำนวนมากในส่วนที่ซับซ้อน หรือดินสามารถเพิ่มคุณสมบัติของระบบที่เปราะบางทางกลบางอย่างที่มีอยู่ในขณะที่รักษาคุณสมบัติอื่นๆเหมือนเดิม การวิจัยเบื้องต้นบางอย่างได้ทำขึ้นในการรวมนาโนเฟอร์มากกว่าหนึ่งประเภทเข้าด้วยกันในเมทริกซ์โพลิเมอร์แต่วิธีการนี้ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง

สาขาของพอลิเมอร์ดินนาโนคอมโพสิตและสาขากว้างของพอลิเมอนาโนคอมโพสิตยังคงเติบโต ตามที่ระบุไว้ในบทนำวัสดุเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะถูกใช้งานมาระยะหนึ่งแล้วแต่ในฐานะที่เป็นนักเคมีและนักวิทยาศาสตร์วัสดุจะดีขึ้นในการออกแบบระบบผ่านพื้นฐานผลิตภัณฑ์ใหม่และการใช้งานที่ใช้เทคโนโลยีนี้จะเติบโตในจำนวนและความสามารถ

ข้อมูลอ้างอิง

1. Giannelis EP. 1996. Polymer Layered Silicate Nanocomposites. Adv. Mater.. 8(1):29-35. https://doi.org/10.1002/adma.19960080104

2. Vaia RA, Jandt KD, Kramer EJ, Giannelis EP. 1996. Microstructural Evolution of Melt Intercalated Polymer?Organically Modified Layered Silicates Nanocomposites. Chem. Mater.. 8(11):2628-2635. https://doi.org/10.1021/cm960102h

3. LeBaron P. 1999. Polymer-layered silicate nanocomposites: an overview. 15(1-2):11-29. https://doi.org/10.1016/s0169-1317(99)00017-4

4. Okada A, Fukushima Y, Kawasumi M, Inagaki S, Usuki A, Sugiyama S, Kurauchi T, Kamigaito O. 1988. Composite material and process for manufacturing same. U.S. Patent 4,739,007A.

5. Usuki A, Kojima Y, Kawasumi M, Okada A, Fukushima Y, Kurauchi T, Kamigaito O. 1993. Synthesis of nylon 6-clay hybrid. J. Mater. Res.. 8(5):1179-1184. https://doi.org/10.1557/jmr.1993.1179

6. Okada A, Usuki A. 1995. The chemistry of polymer-clay hybrids. Materials Science and Engineering: C. 3(2):109-115. https://doi.org/10.1016/0928-4931(95)00110-7

7. Utracki L. 2004. Claycontaining Polymeric Nanocomposites. Shawbury, Shrewsbury, Shropshire, UK: RAPRA Tech. Ltd.

8. Sinha Ray S, Okamoto M. 2003. Polymer/layered silicate nanocomposites: a review from preparation to processing. Progress in Polymer Science. 28(11):1539-1641. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2003.08.002

9. Pinnavaia T, Beall G. 2000. Polymer-Clay Nanocomposites. Chichester, UK. John Wiley and Sons.

10. Lahav N. 1978. Cross-Linked Smectites. I. Synthesis and Properties of Hydroxy-Aluminum-Montmorillonite. Clays and Clay Minerals. 26(2):107-115. https://doi.org/10.1346/ccmn.1978.0260205

11. Neutrons for society. [Internet]. Available from: https://www.ill.eu/

12. Strawhecker KE, Manias E. 2000. Structure and Properties of Poly(vinyl alcohol)/Na+Montmorillonite Nanocomposites. Chem. Mater.. 12(10):2943-2949. https://doi.org/10.1021/cm000506g

13. Zilg C, Thomann R, Finter J, Mülhaupt R. 2000. The influence of silicate modification and compatibilizers on mechanical properties and morphology of anhydride‐cured epoxy nanocomposites. Macromolecular Materials and engineering.. 280(1):41-6.

14. Reichert P, Nitz H, Klinke S, Brandsch R, Thomann R, Mülhaupt R. 2000. Poly (propylene)/organoclay nanocomposite formation: influence of compatibilizer functionality and organoclay modification. Macromolecular Materials and Engineering.. 275(1):8-17.

15. Advanced Performance Additives Specialty Materials Nanocor . [Internet]. Available from: https://www.mineralstech.com/business-segments/performance-materials/advanced-performance-additives

16. Xie W, Gao Z, Pan W, Hunter D, Singh A, Vaia R. 2001. Thermal Degradation Chemistry of Alkyl Quaternary Ammonium Montmorillonite. Chem. Mater.. 13(9):2979-2990. https://doi.org/10.1021/cm010305s

17. Xie W, Gao Z, Pan W, Hunter D, Singh A, Vaia R. 2001. Thermal Degradation Chemistry of Alkyl Quaternary Ammonium Montmorillonite. Chem. Mater.. 13(9):2979-2990. https://doi.org/10.1021/cm010305s

18. Shah RK, Paul D. 2006. Organoclay degradation in melt processed polyethylene nanocomposites. Polymer. 47(11):4075-4084. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2006.02.031

19. Nassar N, Utracki LA, Kamal MR. 2005. Melt Intercalation in Montmorillonite/Polystyrene Nanocomposites. IPP. 20(4):423-431. https://doi.org/10.3139/217.2014

20. Gilman JW, Jackson CL, Morgan AB, Harris R, Manias E, Giannelis EP, Wuthenow M, Hilton D, Phillips SH. 2000. Flammability Properties of Polymer?Layered-Silicate Nanocomposites. Polypropylene and Polystyrene Nanocomposites?. Chem. Mater.. 12(7):1866-1873. https://doi.org/10.1021/cm0001760

21. Gilman JW, Awad WH, Davis RD, Shields J, Harris RH, Davis C, Morgan AB, Sutto TE, Callahan J, Trulove PC, et al. 2002. Polymer/Layered Silicate Nanocomposites from Thermally Stable Trialkylimidazolium-Treated Montmorillonite. Chem. Mater.. 14(9):3776-3785. https://doi.org/10.1021/cm011532x

22. Bottino FA, Fabbri E, Fragalà IL, Malandrino G, Orestano A, Pilati F, Pollicino A. 2003. Polystyrene-Clay Nanocomposites Prepared with Polymerizable Imidazolium Surfactants. Macromol. Rapid Commun.. 24(18):1079-1084. https://doi.org/10.1002/marc.200300054

23. Wang ZM, Chung TC, Gilman JW, Manias E. 2003. Melt-processable syndiotactic polystyrene/montmorillonite nanocomposites. J. Polym. Sci. B Polym. Phys.. 41(24):3173-3187. https://doi.org/10.1002/polb.10697

24. Davis RD, Gilman JW, Sutto TE, Callahan JH, Trulove PC, de Long HC. 2004. Improved Thermal Stability of Organically Modified Layered Silicates. Clays Clay Miner.. 52(2):171-179. https://doi.org/10.1346/ccmn.2004.0520203

25. Jang BN, Wang D, Wilkie CA. 2005. Relationship between the Solubility Parameter of Polymers and the Clay Dispersion in Polymer/Clay Nanocomposites and the Role of the Surfactant. Macromolecules. 38(15):6533-6543. https://doi.org/10.1021/ma0508909

26. Morgan AB, Gilman JW. 2003. Characterization of polymer-layered silicate (clay) nanocomposites by transmission electron microscopy and X-ray diffraction: A comparative study. J. Appl. Polym. Sci.. 87(8):1329-1338. https://doi.org/10.1002/app.11884

27. Perrin-Sarazin F, Ton-That M, Bureau M, Denault J. 2005. Micro- and nano-structure in polypropylene/clay nanocomposites. Polymer. 46(25):11624-11634. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2005.09.076

28. Vermogen A, Masenelli-Varlot K, Séguéla R, Duchet-Rumeau J, Boucard S, Prele P. 2005. Evaluation of the Structure and Dispersion in Polymer-Layered Silicate Nanocomposites. Macromolecules. 38(23):9661-9669. https://doi.org/10.1021/ma051249+

29. Ferrara N, Park J. 1994. Vascular endothelial growth factor (VEGF), in Guidebook to Cytokines and Their Receptors. 232-234.. New York: Oxford Press.

30. Available from: http://www.ill.fr/dif/3D-crystals/layers