SISTEME HETEROGENE >> membri | proiecte | aparatura | colaboratori | publicatii | aplicatii | galerie foto


ROHARCANA

Denumirea proiectului:  "NANOCOMPOZITE PE BAZA DE NANOTUBURI DE CARBON"

Acronim:  ROHARCANA

Domeniul:  tematica 4 "Nanostiinte, nanotehnologii, materiale si tehnologii noi de productie"

Componenta echipei de cercetare romane:
      Dr.ing. Cristian Petcu - Director de proiect, CS II
      Dr.ing. Dan Donescu - Responsabil de proiect, CS I
      Dr.ing. Zina Vuluga - Specialist, CS I
      Dr.ing. Cosmin Mihai Corobea - Specialist, CS III
      Dr.chim. Violeta Purcar - Specialist, CS III
      Dr.ing. Raluca Ianchis - Specialist, CS III
      Dr.ing. Raluca Munteanu - Specialist, CS III
      Dr.ing. Cristina Lavinia Nistor - Specialist, CS
      Chim. Michaela Doina Iorga - Specialist, CS III
      Fiz. Marius Ghiurea - Specialist, CS

Denumirea institutiilor partenere:
      GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH, Germania
      Regie Ecole Superieure de Physique et Chimie Industrielles de Paris, Franta
      Materia Nova, Belgia
      Universite de Liege, Belgia
      National R-D Institute for Chemistry & Petrochemistry, Romania
      GMT Membrantechnik GmbH, Germania
      Borsig Membrane Technology GmbH, Germania
      Universite Catholique de Louvain, Belgia
      Consejo Superior de Investigaciones Cientificas, Spania
      Emerson & Cuming Microwave Products N.V., Belgia
      FutureCarbon GmbH, Germania
      Inergy Automotive Systems Research sa, Belgia

Resursele utilizate (denumire echipament):
      Microscop Electronic Ambiental de Baleiaj
      Instrument pentru masurarea dimensiunilor de particule prin DLS
      Spectrofotometru FTIR
      Spectrofotometru UV-VIS
      Centrifuga 9000 rpm
      Liofilizator
      Difractometru raze X
      Autoclave
      Balante analitice electronice
      Termostate
      Instrumentar de laborator pentru sinteze si caracterizari
      Computere si echipamente periferice cu conexiune Internet

Rezultate partiale obtinute:
      •  Sistemele polimerice alese prezinta un puternic interes pentru dezvoltarea de materiale performante cu proprietati superioare;
      •  Metoda decorarii CNT cu polimer reprezinta o solutie viabila atat din punct de vedere tehnologic, cat si din punct de vedere al compatibilizarii la nivelul fazelor (dispersarea ulterioara a unor concentrate de CNP intr-un sistem ce implica acelasi polimer utilizat la decorare);
      •  Polimerizarea in suspensie a AcN nu este viabila pentru sistemele studiate din cauza exotermei de reactie;
      •  Polimerizarea in suspensie in prezenta CNT induce formarea de blocuri heterogene formate din partenerii utilizati;
      •  Reactia de polimerizare (prin metoda polimerizarii in suspensie) nu s-a dovedit a avea loc in vecinatatea CNT;
      •  In cazul PAcN exista o afinitate crescuta fata de CNT in comparatie cu restul sistemelor utilizate;
      •  Agregatele concentrate de CNT in PAcN se pot dispersa ulterior din mediu apos in masa de PAcN saraca in CNT;
      •  Polimerizarea AcN in dispersie permite un control mai bun al exotermei de reactie in comparatie cu polimerizarea in suspensie;
      •  Microsolubilizarea in sisteme de tip emulsie, miniemulsie, microemulsie reprezinta directii viitoare pentru a obtine omogenitatea masei de reactie, dar si pentru controlul exotermelor de reactie. Rezultatele preliminare confirma acest aspect;
      •  CNT sunt sisteme filamentare cu factor de forma avansat ce necesita tratamente de dispersare intensive in vederea compatibilizarii fie cu sistemele lichide fie cu cele solide (polimer);
      •  Procedeele de dispersare ce utilizeaza sistemele de agitare mecanica sunt insuficiente pentru dispersarea in solutii apoase in cazul CNT nefunctionalizate;
      •  Dispersabilitatea CNT poate fi realizata prin interactia selectiva cu surfactantii;
      •  Dispersabilitatea optima se realizeaza prin intermediul surfactantilor ce pot oferi (prin structura lor) interactii de tip "π-π" (sau "π-π stacking effect"). Asocierile hidrofobe la acest nivel sunt suficient de puternice pentru a asigura dispersabilitatea. Interactia este aproape similara cu cea dintre propriile structuri ale peretilor ce formeaza CNT;
      •  Utilizarea procedeelor de ultrasonare poate imbunatati dispersabilitatea CNT atat in fazele organice (monomerice in cazul de fata), cat si in cele apoase;
      •  Exista o energie optima in cazul proceselor de ultrasonare pentru obtinerea dispersabilitatii cu caracter omogen. Utilizarea unei energii prea mari de dispersare poate avea ca rezultat introducerea suplimentara a defectelor de suprafata a CNT sau chiar fracturarea partiala a acestora. Aparitia unor defecte superficiale suplimentare la nivelul suprafetelor CNT poate constitui un avantaj in cazul atacului radicalic prezent in sinteza in-situ a polimerilor;
      •  Obtinerea conditiilor optime de tratament cu ultrasunete este puternic dependenta de unitatea de volum. Din punct de vedere al ipotezelor de lucru trebuie ales un sistem care cel putin teoretic poate permite dispunerea spatiala la nivel individual a particulelor CNT. Sisteme sub concentratia teoretica de percolare nu pot prezenta omogenitate;
      •  Utilizarea procedeelor combinate de dispersare (ultrasonare in sisteme mediate de surfactant) prezinta cea mai buna eficienta in comparatie cu restul procedeelor studiate;
      •  Utilizarea unor monomeri funtionali de tip vinil carbazol poate media la nivel chimic (prin modificare in situ a suprafetei CNT) dispersabilitatea in camp cu ultrasunete;
      •  Modificarea chimica a suprafetelor CNT este o cale viabila pentru cresterea dispersabilitatii si pentru interactia cu polimerii;
      •  Modificarea chimica are ca efect reducerea diferentei de polaritate intre substrat si monomerii mai putin hidrofobi;
      •  Utilizarea unor functiuni reactive pentru procesul de polimerizare prezinta avantajul rigidizarii interfetei in sistemele CNP-polimer. Pe de alta parte utilizarea unor molecule cu rol de "extender" (anhidrida maleica) poate creea premisele unor sisteme cu flexibilitate controlata;
      •  Au fost realizate cu succes diferite functionalizari pe baza de anilina si anhidrida maleica a CNT in vederea compatibilizarii cu polimerii;
      •  Utilizarea CNT functionalizate permit sinteza in situ prin polimerizare in miniemulsie a nanocompozitelor de tip CNT-polimer la conversii ridicate;
      •  Pentru a stabili formularile sistemelor disperse pentru acest studiu au fost efectuate teste de polimerizare in emulsie, suspensie si miniemulsie;
      •  Sistemele care au asigurat cea mai buna dispersare a CNT in dispersiile initiale de monomeri si finale de polimeri au fost cele pentru miniemulsie;
      •  Compozitele au fost obtinute in conditii dinamice intr-un plastograf de tip Brabender, folosind doua tipuri de concentrate cu un continut de 2% CNT:
            -  un concentrat obtinut prin miniemulsie (polimerizarea in-situ a PSt/SAN grefat pe CNT),
               notat PSt/SAN-C;
            -  un concentrat obtinut prin amestecarea fizica a PSt/SAN cu 2% CNT in camera de amestecare
               a plastografului Brabender, notat PSt-SAN-B;
      •  Modulul de inmagazinare dinamic (E') al compozitelor PSt descreste o data cu cresterea temperaturii si creste o data cu concentratia de CNT. Cea mai mare valoarea a E' s-a obtinut la 30°C si 1% CNT, utilizand concentratul PSt-B;
      •  In cazul compozitelor obtinute cu concentratul PSt-C, in jurul valorii Tg a PSt, E' scade o data cu concentratia de CNT. Aceasta comportare poate sugera faptul ca PSt-C poate actiona ca plastifiant pentru PSt;
      •  Modulul de pierdere, E"max, creste cu aproximativ 1% pentru compozitele obtinute cu concentratul PSt-B/C comparativ cu PSt;
      •  E' pentru compozitele pe baza de SAN a avut o comportare asemenatoare cu cea a compozitelor pe baza de PSt: descreste cu cresterea temperaturii si creste cu concentratia CNT. Cea mai mare valoare pentru E' s-a obtinut la 30°C si 1% CNT utilizand concentratul SAN-B;
      •  In cazul compozitelor obtinute cu concentratul SAN-C, in jurul valorii Tg a SAN-ului E' descreste cu concentratia de CNT. Aceasta comportare, sugereaza ca si in cazul PSt, ca SAN-C poate actiona ca plastifiant pentru SAN;
      •  Modulul de pierdere E"max, creste cu aproximativ 1% pentru compozitele obtinute cu ambele concentrate SAN-B/C, in comparatie cu SAN;

Impactul proiectului:
      Impactul proiectului se cuantifica pe doua nivele: unul intr-un spectru temporar imediat si anume obtinerea unor rezultate stiintifice valorase care sa creasca zestrea cunoasterii fundamentale in domeniul nanostiintelor si altul pe termen lung, concretizat in dezvoltarea de noi aplicatii ale nanocompozitelor. Totodata impactul proiectului se va reflecta si pe plan social in sensul structurarii si coagularii unei echipe de cercetare de excelenta; proiectul creeaza premisele desfasurarii de catre tinerii implicati a unei activitati stiintifice la nivel international. Pe baza rezultatelor obtinute se vor putea dezvolta alte teme si directii de cercetare, experienta acumulata va putea fi valorificata in generarea altor proiecte nationale si internationale. Aceasta are in final impact asupra cresterii numarului de locuri de munca in cercetare si valorificarea superioara a fortei de munca existenta in colectiv. Rezultatele stiintifice vor fi valorificate si extinse si in programe de instruire. Impactul pe termen lung se va concretiza si in cresterea nivelului de pregatire al specialistilor romani si in calitatea superioara a programelor de formare.

Posibilitati de valorificare si/sau transfer a rezultatelor obtinute:
      Diseminarea rezultatelor se va realiza prin comunicarea si publicarea, in medii stintifice care sa supuna spiritului critic de evaluare valorica a contributiilor. Se va urmari cresterea vizibilitatii cercetarii romanesti in publicatii de circulatie internationala, indexate Thomson ISI.

Persoana de contact:
      Director de proiect: dr.ing. Cristian PETCU, CS II, Departamentul Polimeri, INCDCP-ICECHIM
      Spl. Independentei nr.202, sect.6, 060021, Bucuresti
      tel. 021.316.30.93, fax 021.312.34.93
      e-mail: cpetcu@icf.ro
      Pagina web a proiectului PC 7: www.harcana.eu