Enhancing the mechanical performance of polymer based nanocomposites by plasma-modification of nanoparticles

The possibility of enhancing the mechanical performance of two different polymer-based nanocomposites using polyamide 6 (PA6) and poly[ethylene-co-(vinyl acetate)] (EVA) as matrices was investigated. The nanofillers used were, respectively, either carbon nanotubes (CNTs) or an organically modified montmorillonite (Cloisite 15A), both previously modified by plasma treatment to introduce polar moieties. The nanofillers were fully characterized by Raman spectroscopy, XPS, FT-IR and XRD, demonstrating their effective modification with oxygenated groups. The nanocomposites were prepared by melt processing in order to obtain films and fibres. The mechanical tests carried out on the nanocomposites showed a remarkable increase of the elastic modulus when plasma modified nanoparticles were used. The improvement of wettability and dispersion of the nanofillers in the polymer matrices, as confirmed by SEM observations, can be invoked to explain this feature

Comportamento di nanocompositi PA6/CNT in flusso elongazionale non isotermo

Si sono preparate fibre a matrice poliammidica caricate con CNT. Sono state utilizzate due diverse tipologie di CNT a differente fattore di forma e grado di purezza, ossidate mediante plasma di ossigeno. Le misure di viscosità elongazionale hanno evidenziato che l’introduzione della carica comporta un incremento della MS a fronte di una diminuzione della BSR per tutti i materiali caricati. La tipologia e la funzionalizzazione dei CNT hanno delle notevoli ricadute sul diverso comportamento reologico. Studi morfologici hanno evidenziato che dopo la funzionalizzazione si registrano livelli di dispersione, allineamento e adesione interfacciale più alti. La natura delle interazioni matrice-carica varia a seconda della tipologia e della funzionalizzazione dei CNT: si assiste a fenomeni di wrapping e bridging. Le proprietà meccaniche aumentano con l’aumentare del fattore di forma della carica e dopo la funzionalizzazione. Le proprietà elettriche dipendono più dal fattore di forma che dalla funzionalizzazione

EFFETTO DI TIPOLOGIA E FUNZIONALIZZAZIONE DI NANOTUBI DI CARBONIO SULLE PROPRIETA’ DI FIBRE A MATRICE POLIAMMIDICA

Si riportano i risultati relativi all'utilizzo di due campioni di CNT: uno commerciale (purezza 90%, L/D ≈ 50) ed uno sintetizzato e purificato ad hoc (purezza 99%, L/D ≈ 500) come filler per la realizzazione di fibre a matrice poliammidica. In particolare, si è investigato l’effetto della funzionalizzazione mediante plasma sulle proprietà reologiche, meccaniche ed elettriche delle fibre ottenute. La quantità di carica (2%) e le condizioni operative di trattamento al plasma sono state ricavate da studi precedenti. Le misure di viscosità elongazionale condotte sui campioni a base di CNT tal quali e funzionalizzati hanno messo in luce come l’introduzione della carica comporti un netto incremento della MS a fronte di una diminuzione della BSR. I test di trazione hanno fatto registrare un effetto positivo di fattore di forma e funzionalizzazione sul modulo elastico e sulle proprietà a rottura delle fibre caricate. L’analisi morfologica delle fibre rivela che dopo la funzionalizzazione si registrano livelli di dispersione, allineamento e adesione interfacciale decisamente più alti. La natura delle interazioni matrice-carica varia a seconda della tipologia di CNT: nelle fibre a base di CNT commerciali funzionalizzati si assiste alla formazione di strutture simili a quelle Shish-kebab, nelle fibre a base di CNT di sintesi si registrano fenomeni di wrapping di polimero sulle pareti dei CNT. Le proprietà elettriche del materiale migliorano con l’introduzione della carica, i CNT di sintesi si rivelano migliori di quelli commerciali. L’effetto della funzionalizzazione non altera significativamente i valori di conducibilità dei materiali

Comportamento reologico di nanocompositi a base di miscele HDPE/PA6

La preparazione di sistemi nanocompositi a base di miscele polimeriche suscita notevole interesse perché offre potenzialmente l’opportunità di combinare in maniera sinergica in un unico materiale diverse proprietà non possedute singolarmente da nessun polimero. In generale, le caratteristiche di questi sistemi polifasici dipendono certamente dalla natura dei costituenti, ma anche dalla morfologia finale del materiale: il controllo della dispersione e della dimensione delle particelle nonché dell’adesione interfacciale tra fasi (polimero/polimero, polimero/carica) costituiscono perciò parametri critici per il successo di questi materiali. Scopo di questo lavoro è stato valutare l’influenza della morfologia, sia a livello nanometrico che micrometrico, sul comportamento reologico di miscele HDPE/PA6 in presenza di un’argilla modificata organicamente e di differenti sistemi compatibilizzanti. Inoltre è stata studiata l’influenza del metodo di preparazione dei materiali nonché della rilavorazione sulla morfologia e conseguentemente sulle proprietà reologiche dei nanocompositi ottenuti. La morfologia dei materiali preparati è stata caratterizzata tramite microscopia SEM e TEM. La caratterizzazione reologica in regime dinamico è stata effettuata mediante un reometro a piatti piani paralleli

Plasma Functionalization of Multiwalled Carbon Nanotubes and Their Use in the Preparation of Nylon 6-Based Nanohybrids

The possibility to obtain carbon nanotubes (CNT)/polyamide 6 composites with excellent mechanical properties in a simple, industrially scalable way is investigated. Commercial CNTs are treated by plasma while changing some key parameters (exposure time, plasma power, type of gas) in order to optimize the process and to achieve a sufficient degree of functionalization. The treated samples are characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. The most interesting samples are selected to be used as reinforcing fillers, in different concentrations, in a polyamide 6 matrix. The mechanical tests show a dramatic increase of both tensile and impact properties, due to the achievement of a good wettability, and an efficient dispersion of the CNTs in the polymer matrix, as confirmed by scanning electron microscopy observations

Mechanical behavior of polylactic acid/polycaprolactone porous layered functional composites

Biopolymeric porous devices exhibiting graded properties can play a crucial role in several fields, such as tissue engineering or controlled drugs release. In this context, the gradient of a specific property can be achieved by developing porous laminates composed by different types of materials. This work presents for the first time a multi-phasic porous laminate based on polycaprolactone (PCL) and polylactic acid (PLA) prepared by combining melt mixing, compression molding and particle leaching. All the materials were characterized from a morphological and a mechanical point of view. The results put into evidence the possibility to tune and to predict the mechanical properties by controlling the process parameters together with geometrical features

3D polylactide-based scaffolds for studying human hepatocarcinoma processes in vitro

We evaluated the combination of leaching techniques and melt blending of polymers and particles for the preparation of highly interconnected three-dimensional polymeric porous scaffolds for in vitro studies of human hepatocarcinoma processes. More specifically, sodium chloride and poly(ethylene glycol) (PEG) were used as water-soluble porogens to form porous and solvent-free poly(L,D-lactide) (PLA)-based scaffolds. Several characterization techniques, including porosimetry, image analysis and thermogravimetry, were combined to improve the reliability of measurements and mapping of the size, distribution and microarchitecture of pores. We also investigated the effect of processing, in PLA-based blends, on the simultaneous bulk/surface modifications and pore architectures in the scaffolds, and assessed the effects on human hepatocarcinoma viability and cell adhesion. The influence of PEG molecular weight on the scaffold morphology and cell viability and adhesion were also investigated. Morphological studies indicated that it was possible to obtain scaffolds with well-interconnected pores of assorted sizes. The analysis confirmed that SK-Hep1 cells adhered well to the polymeric support and emitted surface protrusions necessary to grow and differentiate three-dimensional systems. PEGs with higher molecular weight showed the best results in terms of cell adhesion and viability