Please use this identifier to cite or link to this item:
https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/32377Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.author | Σαπουνά, Ανθή | el |
| dc.contributor.author | Sapouna, Anthi | - |
| dc.date.accessioned | 2023-02-13T08:42:47Z | - |
| dc.date.available | 2023-02-13T08:42:47Z | - |
| dc.identifier.uri | https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/32377 | - |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.26268/heal.uoi.12188 | - |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States | * |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ | * |
| dc.subject | Νανοσύνθετα | el |
| dc.subject | Περιορισμός | el |
| dc.subject | Κρυστάλλωση | el |
| dc.subject | Πηλός | el |
| dc.subject | Nanocomposites | en |
| dc.subject | Confinement | en |
| dc.subject | Crystallaization | en |
| dc.subject | Clay | en |
| dc.title | Επίδραση του περιορισμού στην κρυστάλλωση και τη δυναμική του πολυ(αιθυλενοξειδίου) σε νανοσύνθετα υλικά πολυστρωματικών πηλών | el |
| dc.title | Effect of confinement on polymer crystallization and dynamics in poly(ethyleneoxide)/Nanoclay Nacre mimetic Nanocomposites | en |
| dc.type | masterThesis | * |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | * |
| heal.type | masterThesis | - |
| heal.type.en | Master thesis | en |
| heal.type.el | Μεταπτυχιακή εργασία | el |
| heal.classification | Νανοσύνθετα | - |
| heal.dateAvailable | 2023-02-13T08:43:47Z | - |
| heal.language | el | - |
| heal.access | free | - |
| heal.recordProvider | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών | el |
| heal.publicationDate | 2022 | - |
| heal.abstract | Τις τελευταίες δεκαετίες, η επιστημονική κοινότητα έχει στρέψει το ενδιαφέρον της σε νανοσύνθετα υ- βρίδια πολυμερούς/πολυστρωματικών πηλών. Συγκεκριμένα, η πρώτη χαρακτηριστική ιδιότητα νανοσύνθε- των Nylon-6/Μοντμοριλλονίτη που προσέκλισε το ενδιαφέρον, αποτέλεσε η αύξηση του μέτρου ελαστικότη- τας με την ταυτόχρονη αντίσταση στη διάδοση της θερμότητας, με εφαρμογή των συστημάτων αυτών στο κάλυμμα του ιμάντα χρονισμού. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση του περιορισμού στην κρυ- στάλλωση και τη δυναμική του πολυμερούς πολυ(αιθυλενοξειδίου) σε νανοσύνθετα υλικά πολυστρωματικού Εκτορίτη. Τα υπό μελέτη συστήματα αποτελούν υβρίδια πολυμερικής μήτρας ενισχυμένα με φυλλόμορφο Εκτορίτη, με συστάσεις στην περιοχή από (2-90) wt%. Η επιλογή του φυλλόμορφου Εκτορίτη ως περιορι- στικό μέσο βασίστηκε στις μεγάλες πλευρικές διαστάσεις (~20 μm) των φύλλων σε σχέση με το πάχος τους (~1 μm) και στην ομοιόμορφη γεωμετρική δομή τους. Για τη μελέτη της κρυστάλλωσης και της δυναμικής, χρησιμοποιήθηκαν δύο σειρές συστημάτων διαφορετικής μοριακής μάζας με Μn= 20 kg/mol και Μn= 1 kg/mol που αντιστοιχούν σε μακρομόρια με ή χωρίς την παρουσία εμπλοκών. Παρότι παρόμοια συστήματα έχουν μελετηθεί στο παρελθόν, η παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε για όλο το εύρος των συστάσεων με χρήση διαφορετικών, αλλά συμπληρωματικών τεχνικών (περίθλασης/σκέδασης ακτίνων-Χ και πολωτικής ο- πτικής μικροσκοπίας για την ανάλυση της δομής στα διαφορετικά επίπεδα οργάνωσης, διαφορικής θερμιδο- μετρίας σάρωσης για τις θερμικές ιδιότητες και ρεολογία για τις μηχανικές ιδιότητες). Το πρώτο αποτέλεσμα του περιορισμού που επιβάλλουν τα φύλλα του Εκτορίτη στο πολυμερές αποδεικνύεται μέσω των πειραμάτων των ακτίνων-Χ ευρείας γωνίας (WAXS), όπου προσδιορίστηκε η μοναδιαία κυψελίδα του PEG (μονοκλινής) και πιστοποιήθηκε ότι τα συστήματα που περιέχουν μεγαλύτερη από ~ 60 wt% σύσταση σε Εκτορίτη, δεν μπορούν να κρυσταλλωθούν. Επιπλέον, βρέθηκε ότι τα φύλλα του Εκτορίτη ανοίγουν προοδευτικά ενώ στην ενδοστρωματική περιοχή παρεμβάλλονται έως δύο επίπεδα πολυμερικών αλυσίδων με zigzag διαμόρφωση. Μέσω των πειραμάτων ακτίνων-Χ μικρής γωνίας (SAXS), διαπιστώθηκε η φυλλοειδής μορφολογία του Ε- κτορίτη, προσδιορίστηκε η περίοδος της φυλλοειδούς κρυσταλλικής μορφολογίας d, η οποία φαίνεται να είναι ανεξάρτητη της σύστασης του Εκτορίτη, καθώς και το πάχος του κρυστάλλου dc, το οποίο ελαττώνεται με την αύξηση της σύστασης του Εκτορίτη. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει ελάττωση του βαθμού κρυστάλλωσης με την αύξηση της σύστασης του Εκτορίτη, εξαιτίας του περιορισμού. Μελετώντας τις θερμικές ιδιότητες των συστημάτων, αποκαλύφθηκε, για πρώτη φορά, η ύπαρξη δύο μηχανισμών κρυστάλλωσης. Πιο αναλυ- τικά, τα νανοσύνθετα υβρίδια χαρακτηρίζονται από μια ομοιογενή πυρήνωση, στις θερμοκρασίες υψηλότερης υπόψυξης και μια ετερογενή, στις θερμοκρασίες χαμηλότερης υπόψυξης. Η ομοιογενής πυρήνωση οφείλεται σε περιοχές PEG εγκλωβισμένες μεταξύ του πολυστρωματικού Εκτορίτη. Η θερμοκρασία της ομοιογενούς πυρήνωσης παρουσιάζει εξάρτηση από τη μοριακή μάζα που συνάδει με προηγούμενες μελέτες του PEG περιορισμένο εντός νανοπορώδους αλουμίνας. Οι θερμοκρασίες τήξης και των δύο τύπων κρυστάλλωσης, μειώνονται με την αύξηση της σύστασης του Εκτορίτη ενώ για συστάσεις άνω του ~ 60 wt%, η κρυστάλλωση καταστέλλεται, όπως απέδειξαν και τα πειράματα WAXS. Επιπλέον, τα νανοσύνθετα υβρίδια χαρακτηρίζο- νται και από τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης, Tg, μια θερμοκρασία που χαρακτηρίζει τα άμορφα τμή- ματα των αλυσίδων εντός της φυλλοειδούς μορφολογίας. Το Tg βρέθηκε να μειώνεται με την αύξηση της σύστασης του Εκτορίτη. Η εξάρτηση των χαρακτηριστικών θερμοκρασιών (τήξης ομοιογενούς πυρήνωσης, ετερογενούς πυρήνωσης και υαλώδους μετάπτωσης) από τη σύσταση του Εκτορίτη, μας επιτρέπει να κατα- σκευάσουμε-για πρώτη φορά- το «διάγραμμα ισορροπίας φάσεων» του υβριδικού συστήματος. Επιπλέον, μέσω της μελέτης της κινητικής της κρυστάλλωσης διαπιστώθηκε αύξηση του ρυθμού ανάπτυξης των κρυ- στάλλων με τη σύσταση σε Εκτορίτη στα υβριδικά συστήματα. Συγκεκριμένα, η κινητική της κρυστάλλωσης ερμηνεύτηκε μέσω της θεωρίας LH και του μοντέλου της διάχυσης της ενδοκρυσταλλικής αλυσίδας. Μέσω της θεωρίας LH προέκυψε ότι ο ρυθμός ανάπτυξης των κρυστάλλων αυξάνεται με την αύξηση της σύστασης του Εκτορίτη ενώ μέσω της θεωρίας διάχυσης της ενδοκρυσταλλικής αλυσίδας διαπιστώθηκε μείωση των χαρα- κτηριστικών χρόνων κίνησης των «ατελειών» από άκρη σε άκρη και αύξηση του ρυθμού πλευρικής ανάπτυ- ξης του κρυστάλλου. Υπεύθυνοι για τις αλλαγές των χαρακτηριστικών χρόνων των καθαρών συστημάτων είναι η παρουσία εμπλοκών στις αλυσίδες του PEG (μεγαλύτερης μοριακής μάζας) ενώ για τα σύνθετα συστήματα, είναι η ελάττωση του πάχους του κρυστάλλου με την αύξηση της σύστασης του Εκτορίτη. Τέλος, μελετήθηκαν οι ρεολογικές ιδιότητες των υβριδίων. Βρέθηκε, επίσης για πρώτη φορά, ότι ελάχιστη ποσότητα Εκτορίτη (μόλις ~ 2 wt%), οδηγεί σε αύξηση του μέτρου αποθήκευσης και του ιξώδους κατά περίπου τρεις τάξεις μεγέθους, προσδίδοντας στα νανοσύνθετα ελαστικές ιδιότητες. Οι ιδιότητες αυτές οφείλονται στο φαι- νόμενο της διασύνδεσης (percolation) εξαιτίας των μεγάλων διαστάσεων του Εκτορίτη. Τα νανοσύνθετα υ- βριδικά συστήματα PEG/Εκτορίτη παρουσιάζουν πολλά πλεονεκτήματα συγκρινόμενα με το πρωταρχικό σύστημα Nylon-6/MMT. | el |
| heal.abstract | In recent decades, the scientific community is interested in polymer hybrids/layered silicate nanocompo- sites. Specifically, Nylon-6/Montmorillonite nanocomposites that attracted industrial and academic interest due to the increased modulus and the concomitant resistance to heat, with the applications in the automotive industry. In the present study, we investigate the effect of confinement on the crystallization and the dynamics of Poly(ethyleneoxide)/Hectorite layered silicate nanocomposites with compositions in the range of (2-90) wt%. The selection of Hectorite layers as a confining medium was based on the large lateral dimensions (~20 μm) of the layers relative to their thickness (~1 μm) and their uniform geometric structure. For the study of crystallization and dynamics, two series of systems were investigated with molecular mass, of Μn= 20 kg/mol and Μn= 1 kg/mol corresponding to macromolecules with or without the presence of entanglements. Although similar systems have been studied in the past, the present study was carried out within the full range of com- position using different but complementary techniques (X-ray diffraction/scattering and polarizing optical microscopy to analyze the structure at the different levels of organization, differential scanning calorimetry for the thermal properties and rheology for the mechanical properties). Wide-angle X-ray diffraction (WAXS) experiments revealed the unit cell of PEG (monoclinic). Furthermore, systems containing more than ~60 wt% content in Hectorite, could not crystallize. The Hectorite galleries progressively open, indicating a bilayer of polymer chains with a configuration which are intercalated in the galleries. Through small-angle X-ray (SAXS) experiments, the lamellar morphology of Hectorite, the period of the lamellar crystal morphology d - which appears to be independent of the Hectorite content-, and the crystal thickness dc - which decreases with increasing Hectorite content were established. This fact indicates a decreasing degree of crystallinity with increasing Hectorite content, due to confinement. The thermal properties of the systems revealed, for the first time, the existence of two crystallization mechanisms. In more detail, the nanocomposite hybrids crystallize via homogeneous nucleation, at higher undercooling, and via heterogeneous nucleation, at lower undercool- ing. Homogeneous nucleation is due to PEG domains entrapped between the Hectorite multilayers. The ho- mogeneous nucleation temperature exhibits a molar mass dependence consistent with previous studies of PEG confined within a vastly different medium, namely nanoporous alumina. The melting temperatures of both types of crystallization decrease with increasing Hectorite content. However, for Hectorite content above ~60 wt%, crystallization is completely suppressed, as demonstrated by WAXS experiments. In addition, the nano- composite hybrids are also characterized by their glass transition temperature, Tg, a temperature that charac- terizes the mobility within the amorphous domains of the lamellar morphology. Tg was found to decrease with increasing Hectorite content. The dependence of the characteristic temperatures (melting, homogeneous nu- cleation, heterogeneous nucleation and glass transition) on Hectorite content, allowed us to construct - for the first time - the "equilibrium phase diagram" of the hybrid system. Furthermore, through the study of the crys- tallization kinetics, an increase in the growth rate of the crystals with the Hectorite content was found. In particular, the crystallization kinetics was interpreted through the LH theory and the intracrystalline chain 4 diffusion model. Through the LH theory it was found that the rate of crystal growth increases with the increase in Hectorite content, while, through the intracrystalline chain diffusion theory it was found a decrease in the characteristic movement times of "defects" from edge-to-edge and an increase in the rate of lateral growth of the crystal. Responsible for the changes of the characteristic times of the bulk polymers, is the presence of entanglements for PEG with the higher molar mass. In the hybrid systems, it is the reduction of the crystal thickness with the increase of Hectorite content. Finally, the rheological properties of the hybrids were studied over a broad concetration range. It was found, also for the first time, that a small amount of Hectorite (only ~2 wt%) leads to an increase of the storage modulus and of the viscosity by almost three orders of magnitude, giving elastic properties to the nanocomposites. These properties are due to percolation, because of the large lateral dimensions of Hectorite unlike other known layered systems. Thus, PEG/Hectorite hybrid nanocom- posite systems exhibit several advantages compared to the primary Nylon-6/MMT systems. | el |
| heal.advisorName | Φλούδας, Γεώργιος | el |
| heal.committeeMemberName | Φλούδας, Γεώργιος | el |
| heal.committeeMemberName | Παπαγεωργίου, Γεώργιος | el |
| heal.committeeMemberName | Παπαδόπουλος, Περικλής | el |
| heal.academicPublisher | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Φυσικής | el |
| heal.academicPublisherID | uoi | - |
| heal.numberOfPages | 113 σ. | - |
| heal.fullTextAvailability | true | - |
| Appears in Collections: | Διατριβές Μεταπτυχιακής Έρευνας (Masters) - ΦΥΣ | |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Μ.Ε. ΣΑΠΟΥΝΑ ΑΝΘΗ 2022.pdf | 7.31 MB | Adobe PDF | View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License
