The Laws of 2D-Nanofiller Aggregation in Polymer Nanocomposites

G. V. Kozlov; Козлов Г. В.; I. V. Dolbin; Долбин И. В.; Gus. M. Magomedov; Магомедов Гус. М.

doi:10.31857/S0132665122600388

The Laws of 2D-Nanofiller Aggregation in Polymer Nanocomposites

Authors: Kozlov G.V.¹, Dolbin I.V.¹, Magomedov G.M.²
Affiliations:
1. Berbekov Kabardino-Balkarian State University, 360004, Nalchik, Kabardino-Balkarian Republic, Russia
2. Dagestan State Pedagogical University, 367003, Makhachkala, Russia
Issue: Vol 49, No 4 (2023)
Pages: 471-476
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0132-6651/article/view/139362
DOI: https://doi.org/10.31857/S0132665122600388
EDN: https://elibrary.ru/SGKIGH
ID: 139362

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

The aggregation process of 2D nanofillers (organoclay and graphene oxide (GO)) is studied within the framework of micromechanical models. The degree of aggregation of these nanofillers, expressed as the number of individual plates in one aggregate (tactoid), is determined by the ratio of the nominal moduli of elasticity of the nanofiller and the matrix polymer. It is found that increasing the first of these moduli leads to an increase in the degree of aggregation, whereas increasing the second one, leads to its reduction. This means that it is practically impossible to obtain exfoliated (separate) graphene plates in a polymer matrix. Both the studied polymer/2D nanofiller nanocomposites are reinforced with separate nanofiller aggregates, which is the optimal variant of reinforcing them.

Keywords

nanocomposite, organoclay, graphene oxide, aggregation, tactoid, elasticity modulus, reinforcement degree

References

Šupova M., Martynkova G.S., Barabaszova K. Effect of Nanofillers Dispersion in Polymer Matrices: A Review // Sci. Advanced Mater. 2011. V. 3. № 1. P. 1–25.
Fornes T.D., Paul D.R. Modeling Properties of Nylon 6/Clay Nanocomposites Using Composite Theories // Polymer. 2003. V. 44. № 22. P. 4993–5013.
Kozlov G.V., Mikitaev A.K. Structure and Properties of Nanocomposites Polymer/Organoclay. Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH and Comp., 2013. 318 p.
Козлов Г.В., Долбин И.В. Эффективность графена в качестве армирующего элемента структуры полимерных нанокомпозитов // Нано- и микросистемная техника. 2019. Т. 21. № 4. С. 217–222.
Козлов Г.В., Долбин И.В. Применение правила смесей для описания модуля упругости полимерных нанокомпозитов // Нано- и микросистемная техника. 2018. Т. 20. № 8. С. 466–474.
Xu Y., Hong W., Bai H., Li C., Shi G. Strong and Ductile Poly(vinyl alcohol)/Graphene Oxide Composite Films with a Layered Structure // Carbon. 2009. V. 47. № 15. P. 3538–3543.
Kim H., Abdala A.A., Macosko C.W. Graphene/Polymer Nanocomposites // Macromolecules. 2010. V. 43. № 16. P. 6515–6530.
Khan U., May P., O’Neill A., Coleman J.N. Development of Stiff, Strong, yet Tough Composites by the Addition of Solvent Exfoliated Graphene to Polyurethane // Carbon. 2010. V. 48. № 14. P. 4035–4041.
Микитаев А.К., Козлов Г.В. Перколяционная модель усиления нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки // Физика и механика материалов. 2015. Т. 22. № 2. С. 101–106.
Schaefer D.W., Justice R.S. How nano are nanocomposites? // Macromolecules. 2007. V. 40. № 24. P. 8501–8517.
Vermant J., Ceccia S., Dolgovskij M.K., Maffettone P.L., Macosko C.W. Quantifying Dispersion of Layered Nanocomposites via Melt Rheology // J. Rheol. 2007. V. 51. № 3. P. 429–450.
Козлов Г.В., Кувшинова С.А., Долбин И.В., Койфман О.И. Сравнительный анализ усиления полимеров 2D-нанонаполнителями: органоглиной и нитридом бора // Доклады АН. 2018. Т. 479. № 2. С. 145–148.
Jan R., May P., Bell A.P., Habib A., Khan U., Coleman J.N. Enhancing the Mechanical Properties of BN Nanosheet-Polymer Composites by Uniaxial Drawing // Nanoscale. 2014. V. 6. № 9. P. 4889–4895.
Микитаев А.К., Козлов Г.В., Заиков Г.Е. Полимерные нанокомпозиты: многообразие структурных форм и приложений. М.: Наука, 2009. 278 с.
Козлов Г.В., Ризванова П.Г., Долбин И.В., Магомедов Г.М. Определение модуля упругости нанонаполнителя в матрице полимерных нанокомпозитов // Известия ВУЗов. Физика. 2019. Т. 62. № 1. С. 112–116.
Ризванова П.Г., Магомедов Г.М., Козлов Г.В., Долбин И.В. Локальная и пространственная структура нанонаполнителя в полимерной матрице и ее влияние на свойства нанокомпозитов // Физика и химия обработки материалов. 2019. № 3. С. 40–45.