1. IntroductionHigh density polyeth

1. Introduction

High density polyethylene (HDPE) is a commodity thermoplastic polymer and is widely used in different applications due to its outstanding features such as regular chain structure, combination of low cost and low energy demand for processing, excellent biocompatibility, and good mechanical properties [1, 2]. Properties of HDPE can be further manipulated by the addition of organic or inorganic particles into the polymer matrix [3, 4]. The nanofiller reinforced HDPE composites have been studied for various fillers like nanoclay, metal oxide nano particles, and carbon nanotubes [5–7].

The dispersion of carbon nanotubes is a great challenge in the fabrication of polymer composites. Good dispersion of CNT into any polymer matrix is very difficult to achieve. Techniques such as surfactant-assisted processing, solution-evaporation methods with high-energy sonication, and covalent functionalization of the nanotubes with a polymer matrix have been exploited, but good dispersion was not always achievable in all polymer matrices [8–10]. Enhancement of interfacial interaction on incorporation of surfactants as the processing aid was reported by Gong et al. in epoxy/CNT composites [11]. They observed an increase in glass transition temperature from 63°C to 88°C and 30% increase in elastic modulus at 1 wt% loading of surfactant modified CNT, even though good dispersion of CNT was still not achieved. Zou et al. found that HDPE/CNT composites fabricated at higher screw speed provide improved dispersion of CNT in HDPE [12]. Ha et al. studied the effect of the molecular weight of HDPE and polycarbonate (PC) on the dispersion of CNT, and rheological properties of the composites [13]. The use of a high melt viscosity polymer as the matrix material restricted the mobility of CNT, and also hindered the dispersion of CNT due to the high entanglement density of the polymer matrix compared to the low molecular weight matrices.

Poor dispersion of nanoparticles in the polymer matrices leads to formation of aggregates and filler networks, particularly at higher filler loadings. Osman and Atallah studied the rheological behaviour of HDPE composites with surface treated and untreated noncolloidal calcium carbonate (CaCO3) particles and observed particle agglomeration and cluster formation with increase in filler volume fraction [14]. While the presence of clusters increased the viscosity, surface coating caused a reduction in the extent of polymer chain entanglements and drop in viscosity. Tang et al. reported significant changes in rheological properties for the HDPE/organoclay composites compatibilized with maleic anhydride grafted PE [6]. Non-Newtonian viscosity behavior was observed at all organoclay loadings, and the low-frequency storage modulus showed a plateau and storage and loss moduli increased with increase in organoclay loading.

McNallyet al. prepared PE/CNT composites with weight fractions ranging from 0.1 to 10 wt% using melt extrusion and studied the rheological and electrical properties [15]. The storage modulus (G′) versus frequency curves approached a plateau between 8.5 and 10 wt% indicating the rheological percolation threshold with the formation of an interconnected nanotube structure, indicative of “pseudo-solid-like” behavior. The high percolation threshold was attributed by the authors to the coating of the PE over CNT and geometry of the die which reduced the entanglements. Valentino et al. studied the melt rheological investigations of melt mixed HDPE/CNT composites, and the percolation threshold was obtained in between 1 and 2.5 wt% of CNT loading [16].

A drop in the viscosity of nanoparticle-filled polymer melts prepared by blending organic nanoparticles, either synthesized by intramolecular cross-linking of single poly(styrene) (PS) chains or using branched, dendritic poly(ethylene) (PE), with linear atactic PS over a large concentration range was reported recently [17–19]. Merkel et al. attributed the decrease in the viscosity to the excluded free volume induced around the nanoparticles [20]. However, Kharchenko et al. reported a significant increase in the viscosity of CNT-filled polymer materials, even at very low loadings [21]. A similar increase in viscosity has been reported in the case of clay-polymer nanocomposites by Ren and Krishnamoorti [22]. Therefore, a conclusive outcome with respect to the behavior of viscosity is not yet achieved in nano filled polymer composites.

The role of surface modification and the effect of nanofiller loading on the rheological behavior of the polymer nanocomposites have not been resolved as yet, and there exists scope for research in this area and with this objective in mind, the present investigation was undertaken. The paper reports the results of studies on the effects of functionalization of CNT and its loading on the rheological behavior of HDPE/CNT composites.

Kết quả (Việt) 1:

1. giới thiệuPolyethylene mật độ cao (HDPE) là một polymer nhiệt dẻo hàng hóa và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau do các tính năng nổi bật như cấu trúc chuỗi thông thường, sự kết hợp của nhu cầu năng lượng thấp và chi phí thấp để xử lý, tuyệt vời biocompatibility và tính chất cơ học tốt [1, 2]. Tính chất của HDPE có thể được thao tác tiếp tục bằng cách bổ sung hữu cơ hoặc vô cơ hạt vào ma trận polymer [3, 4]. Vật liệu composite HDPE nanofiller tăng cường đã được nghiên cứu cho các chất độn khác nhau như nanoclay, các hạt nano oxit kim loại và ống nano cacbon [5 – 7].Sự phân tán của ống nano cacbon là một thách thức lớn chế tạo vật liệu tổng hợp polymer. Sự phân tán tốt của CNT vào bất kỳ ma trận polymer là rất khó khăn để đạt được. Các kỹ thuật như chất hỗ trợ chế biến, phương pháp giải pháp bay hơi với năng lượng cao sonication, và functionalization cộng hóa trị của các ống nano với một ma trận polymer đã được khai thác, nhưng sự phân tán tốt đã không luôn luôn thành công trong tất cả các ma trận polymer [8 – 10]. Tăng cường sự tương tác interfacial trên kết hợp của bề mặt như là hỗ trợ chế biến đã được báo cáo bởi Gong et al. ở epoxy/CNT composites [11]. Họ quan sát thấy một sự gia tăng trong thủy tinh quá trình chuyển đổi nhiệt độ từ 63° C đến 88° C và tăng 30% trong các mô đun đàn hồi tại 1 wt % tải của surfactant lần CNT, mặc dù sự phân tán tốt của CNT vẫn không đạt được. Zou et al. tìm thấy vật liệu composite HDPE/CNT chế tạo với tốc độ cao vít cung cấp cải thiện sự phân tán của CNT trong HDPE [12]. Hà et al. nghiên cứu tác dụng của trọng lượng phân tử của HDPE và polycarbonate (PC) trên sự phân tán của CNT và các tính chất lưu biến của vật liệu tổng hợp [13]. Sử dụng một tan cao độ nhớt polymer như vật liệu ma trận hạn chế di động CNT và cũng cản trở sự phân tán của CNT do mật độ cao vướng víu của ma trận polymer so với ma trận trọng lượng phân tử thấp.Các phân tán nghèo của các hạt nano trong ma trận polymer dẫn đến hình thành các uẩn và mạng lưới phụ, đặc biệt là tại cao phụ khi. Osman Atallah nghiên cứu hành vi lưu biến của vật liệu composite HDPE với bề mặt được điều trị và không được điều trị noncolloidal cacbonat canxi (CaCO3) hạt và kết tụ quan sát hạt, hình thành cụm với tăng ở phụ âm lượng phần [14]. Trong khi sự hiện diện của cụm tăng độ nhớt, lớp phủ bề mặt gây ra một giảm ở mức độ ngang chuỗi polymer và giảm độ nhớt. Tang et al. thông báo những thay đổi đáng kể trong các thuộc tính lưu biến cho vật liệu composite HDPE/organoclay, compatibilized với maleic anhydrit ghép PE [6]. Newton phòng không nhớt hành vi được quan sát thấy ở tất cả khi organoclay, và mô đun lí tần số thấp cho thấy một cao nguyên và lí và mất moduli tăng tăng lực nâng organoclay.McNallyet al. chuẩn bị vật liệu composite PE/CNT với trọng lượng phân số khác nhau, từ 0.1 đến 10 wt % sử dụng làm tan chảy tràn ra và nghiên cứu các tính chất lưu biến và điện [15]. Mô đun lí (G′) so với tần số đường cong tiếp cận một cao nguyên giữa 8,5 và 10 wt % cho biết ngưỡng rheological percolation với sự hình thành của một cơ cấu kết nối nanotube, chỉ mang tính "pseudo-solid giống như" hành vi. Ở ngưỡng cao percolation là do bởi các tác giả sơn PE CNT và hình học của các chết giảm sự ngang. Valentino et al. học nghiên cứu lưu biến tan chảy hỗn hợp vật liệu composite HDPE/CNT và ngưỡng percolation nhận được ở giữa 1 và 2.5 wt % CNT tải [16].Giảm độ nhớt polymer đầy đó tan ra chuẩn bị bằng cách trộn các hạt nano hữu cơ, hoặc là tổng hợp bởi intramolecular cừ của chuỗi đơn poly(styrene) (PS) hay dùng cành, đuôi gai poly(ethylene) (PE), với các tuyến tính atactic PS trên một phạm vi lớn tập trung đã được báo cáo gần đây [17 – 19]. Merkel et al. do sự giảm độ nhớt bị loại trừ khối lượng miễn phí gây ra xung quanh các hạt nano [20]. Tuy nhiên, Kharchenko et al. báo cáo một sự gia tăng đáng kể độ nhớt của vật liệu polymer CNT đầy đủ, ngay cả lúc rất thấp khi [21]. Sự gia tăng độ nhớt tương tự như đã được báo cáo trong trường hợp của đất sét polymer nanocomposites của Ren và Krishnamoorti [22]. Vì vậy, kết quả đối với hành vi của độ nhớt không chưa đạt được trong vật liệu tổng hợp polymer nano đầy.Vai trò của các sửa đổi bề mặt và tác dụng của nanofiller tải về hành vi lưu biến của polymer nanocomposites đã không được giải quyết như được nêu ra, và có phạm vi nghiên cứu trong lĩnh vực này và với mục tiêu này trong tâm trí tồn tại, hiện tại cuộc điều tra được thực hiện. Giấy báo cáo kết quả nghiên cứu về tác dụng của functionalization CNT và nó tải về các hành vi lưu biến của vật liệu composite HDPE/CNT.