Innowacyjny compound nanokompozytowy firmy Polimarky
Firma Polimarky opracowała we współpracy z Politechniką Rzeszowską innowacyjny compound nanokompozytowy. Otrzymany kompozyt oparty jest na polskim poliamidzie 6 oraz wypełnieniu o uziarnieniu "nano", również polskiej produkcji. Niewielkie wypełnienie żywicy pozwoliło na znaczną poprawę parametrów wyjściowych żywicy poliamidowej. Nowym produktem zainteresowało się już wiele zachodnich firm. Zdaniem szefostwa firmy Polimarky pozwala to z optymizmem patrzeć na perspektywę wprowadzenia go na rynek. O tym, że jest to produkt warty uwagi świadczyć może m.in. fakt, że został nagrodzony medalem Targów Plastpol 2007.
Nanokompozyt organobentonitu i PA 6 powstał w ramach współpracy firmy Polimarky oraz Zakładu Technologii Tworzyw Sztucznych Politechniki Rzeszowskiej. Jest częścią projektu, w który zaangażowani są również naukowcy z Politechniki Szczecińskiej i Politechniki Wrocławskiej. Patronem całego przedsięwzięcia jest Zachodniopomorskie Centrum Zaawansowanych Technologii.
Z kolei Poliamid PA 6 (naturalny) jest to tworzywo sztuczne o dobrej odporności na ścieranie zwłaszcza przy współpracy z chropowatymi powierzchniami, o wielostronnym zastosowaniu, dobrych zdolnościach tłumiących, udarności i wysokiej ciągliwości, również w niskich temperaturach. PA 6 wytłaczany zapewnia optymalne połączenia wytrzymałości mechanicznej, sztywności, zdolności do tłumienia drgań i odporności na ścierania. Jako gatunek najczęściej stosowany nadaje się do budowy konstrukcji mechanicznych i produkcji części zamiennych.
Nanomateriały można podzielić na następujące grupy:
- Materiały optoelektroniczne stosowane do: selektywnego rozpoznawania niebezpiecznych substancji, pomiaru rozkładu temperatur, naprężeń w konstrukcjach budowlanych, odkształceń nawierzchni dróg, chemicznego modyfikowania światłowodów i chemicznej modyfikacji kropek, konstrukcji elementów i przyrządów optoelektronicznych oraz antyrefleksyjnych powłok (cienkowarstwowe materiały),
- sensory i czujniki w zakresie analizy środowiskowej,
- materiały stosowane w medycynie: supramolekularne kompleksy związków biologicznie czynnych dla poprawienia przyswajalności trudnorozpuszczalnych leków, materiały kontrastujące,/li
- materiały do gęstego zapisu informacji,
- materiały przyspieszające procesy chemiczne dla potrzeb przemysłu gumowego, nanostrukturalne napełniacze, podnoszące jakość tworzyw sztucznych,
- luminofory, scyntylatory, materiały laserowe.
Natomiast w obrębie nanokompozytów polimerowych wyróżniamy:
- nanokompozyty strukturalne, przeznaczone do budowy maszyn i urządzeń oraz materiałów sandwiczowych,
- nanokompozyty, stosowane do wytwarzania poliuretanowych materiałów, pochłaniających promieniowanie elektromagnetyczne i radiacyjne,
- nanokompozyty przewodzące prąd elektryczny,
- nanokompozyty konstrukcyjne, ognioodporne do zastosowań w transporcie
- nanokompozyty powłokotwórcze o lepszych właściwościach barierowych, reologicznych i wytrzymałościowych, przeznaczone do zastosowań przeciwkorozyjnych,
- nanokompozyty z poliuretanów i gumowych recyklatów oraz polimerowych odpadów,
- farby z nanocząstkami tworzącymi powłoki "antygraffiti" (takimi farbami pokrywane są np. pociągi TGV).
Zastosowany przez firmę Polimarky bentonitowy nanowypełniacz produkcji polskiej zawdzięczajen ZMG Zębiec, jest minerałem ilastym o strukturze warstwowej. Charakteryzuje się zdolnością do wymiany kationów.
Znaczną poprawę mechanicznych właściwości kompozytu można uzyskać dzięki zwiększeniu wartości modułu Younga płytek glinki smektycznej LAS (z 2,5 – 4 GPa dla polimerów konstrukcyjnych do 200 GPa dla płytek smektytu).
Jeśli w toku technologicznych operacji udaje się rozdzielić ziarna bentonitu na pojedyncze pakiety płytek w polimerowym kompozycie, to można wówczas uzyskać wyraźne wzmocnienie uzyskanego materiału. W takim wypadku grubość płytek smektytu wynosi ok. 0,35 nm, a kompozyt nosi nazwę nanokompozytu.
W ramach przeprowadzanego projektu zaproponowano zmiany właściwości fizykochemicznych glinki celem przystosowania jej jako polimerowego wypełniacza. Firma Polimarky przeprowadziła modyfikację bentonitu (hydrofilowe właściwości, małe powinowactwo do żywicy polimerowej).
Wykonana przez inżynierów firmy modyfikacja polegała na wymianie kationów metali na kationy amoniowe za pomocą QAS (czwartorzędowe sole amoniowe, patenty: PL178899 i PL178900 (2000)).
Ilość wymienionych kationów metali przez kationy amoniowe sięgała 90 proc. Produkt był następnie suszony i mielony na proszek. Wielkość ziaren po zmieleniu była mniejsza lub równa 0,07 mm. Efektywność modyfikacji bentonitu oceniano za pomocą specjalnej skaningowej mikrokalorymetrii różnicowej (DSC) oraz termograwimetrii (TGA).
Z kolei pomiary dyfrakcji promieni X (przy dużych kątach) pozwalały na obliczenie rozsunięcia płytek. W tym celu skorzystano ze wzoru Braggów.
Wzór ten określa kąt padania promieni X na kryształ, przy którym występuje maksimum natężenia rozproszonego promieniowania. Promienie X wchodzą w głąb kryształu praktycznie bez załamania i ulegają rozproszeniu na atomach sieci krystalicznej. Jeżeli długość fali promieniowania jest porównywalna z odległością między najbliższymi atomami, interferencja fal rozproszonych na poszczególnych atomach powoduje wytworzenie wiązek promieniowania, rozchodzących się w określonych kierunkach, różnych od kierunku padania.
Na podstawie wzoru można wyliczyć długość fali promieniowania X i na odwrót - znając długość fali można obliczyć odległość. Współcześnie dyfrakcja promieni X jest szeroko stosowana w badaniach struktury ciał stałych.
W trakcie badań stwierdzono wyraźną poprawę sztywności (modułu Younga) oraz wytrzymałości na rozciąganie nanokompozytu powstałego z PA6 i organobentonitu. Nie następowała przy tym zmiana w jego ciężarze właściwym, ale następował wzrost temperatury HDT.
To nie koniec planowanych przez Polimarky innowacji. W najbliższym czasie zamierza on wprowadzić na rynek specjalistyczne rozwiązania dla kabli.
Polimarky, to przedsiębiorstwo z siedzibą w Rzeszowie. Posiada zaplecze produkcyjne umożliwiające wytwarzanie do 2300 kg na godzinę określonego compoundu. Oferuje tworzywa od wysoce specjalistycznych i konstrukcyjnych, po tzw. masowe poliolefiny.