Kinetika krystalizace v semikrystalických nanokompozitech

Abstract

Růst krystalů zásadně ovlivňuje morfologii a tím také mechanické vlastnosti semikrystalických polymerů. Tato PhD práce přináší alternativní pohled na popis kinetiky krystalizace v polyolefinech plněných slabě interagujícími částicemi. V nanokompozitních materiálech vysoký specifický povrch plniva i při nízkých plněních zásadně ovlivňuje dynamiku řetězců. V blízkosti povrchu plniva začíná hrát významnou roli zpomalená reptace způsobená jak vzájemnými interakcemi plnivo-polymer tak prostorovým omezením mezi nanočásticemi. Růst krystalů byl zkoumán pomocí polarizovaného optického mikroskopu vybaveného horkým stolkem. Výsledky byly korelovány s teoretickými modely a rozsáhlými počítačovými simulacemi na molekulární úrovni. Pozorovaný pokles rychlosti růstu sférolitů v závislosti na obsahu plniva a molekulové hmotnosti matrice je interpretován na základě imobilizační teorie, tedy, zpomalení reptačního pohybu.The crystal growth greatly affects morphology and, thus, mechanical properties of semicrystalline polymers. In this PhD work, the effect of adding high specific surface area silica nano-filler on the crystallization kinetics of linear polyethylene was investigated. In nanocomposites, high specific surface area is able to alter the chain dynamics even at very low filler loadings. It is suggested that in the vicinity of the filler surface, polymer chains exhibit retarded reptation motion due to the chain immobilization caused by either the filler-polymer interaction or by chain confinement between closely packed nanoparticles. The polarized optical microscope equipped with a hot stage was employed to measure the spherulites growth rates in the medium crystallization regime II. It was shown that even weak interaction between PE chains and silica nano-filler above glass transition temperature leads to the substantial decrease of the spherulite growth rates. The measured data are correlated with predictions based on the theoretical models and computer simulations of molecular dynamics in the crystallizing nanocomposite. The observed decrease of spherulites growth rates, G, in dependence on both the silica nano-filler content and polyethylene molecular weight is interpreted utilizing the immobilization theory, thus, reduced reptation motion.