velikost textu

Organic-inorganic polymers - synthesis and characterization of hybrid polymers and nanocomposites

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Organic-inorganic polymers - synthesis and characterization of hybrid polymers and nanocomposites
Název v češtině:
Organicko-anorganické polymery - syntéza a charakterizace hybridních polymerů a nanokompozitů
Typ:
Disertační práce
Autor:
Katarzyna Depa, Ph.D.
Školitel:
Ing. Adam Strachota, Ph.D.
Oponenti:
RNDr. Libor Matějka, D.Sc. (Tech.), DSc.
doc. RNDr. Jan Sedláček, Dr.
Id práce:
84239
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra fyzikální a makromol. chemie (31-260)
Program studia:
Makromolekulární chemie (P1405)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
19. 9. 2017
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
Nanokompozity; hydrogely; termo-responsivní; PNIPAm; kryogely; silica; škrob; polyanilin; vodivé polymery; oxykarbid křemíku; pyrolýza.
Klíčová slova v angličtině:
Nanocomposite; hydrogels; thermo-responsive; PNIPAm; cryogel; starch; silica; polyaniline; conducting polymers; silicon oxycarbide; pyrolysis.
Abstrakt:
Abstrakt V první části této práce byly syntetizovány termo-citlivé hydrogely na bázi poly(N- isopropylakrylamid)u (PNIPAm), které byly vyztuženy nanočásticemi siliky, resp. alternativními nebo přídavnými fázemi plniva. Byly připraveny porézní hydrogely PNIPAm plněné nano-SiO2, které vykazovaly zvýšenou silovou odezvu (až 100 g) na změny teploty. Tohoto výsledku bylo dosaženo několikanásobným zvýšením tloušťky stěn pórů, cestou snížení obsahu rozpouštědla (sloužícího jako porogen) při syntéze. Obdobná optimalizace silové odezvy byla provedena také pro analogické gely vyztužené nano-TiO2, ve kterých byl ovšem účinek nanoplniva slabší. Částečná interkalace amylopektinového škrobu do divinyl-síťovaných neporézních i porézních gelů PNIPAm několikanásobně zlepšila jejich roztažnost. V případě neporézních gelů bohatých na škrob bylo dosaženo velmi rychlého a rozsáhlého jednosměrného odbotnání v reakci na zvýšenou teplotu (znovu-nabotnání po ochlazení pak bylo mnohem pomalejší), což bylo umožněno zvláštními vlastnostmi mezifázového rozhraní škrob-PNIPAm. V neporézních gelech PNIPAm/nano-SiO2/škrob byl pozorován velmi silný synergický efekt obou plniv, siliky a škrobu, což bylo důsledkem specifického systému vodíkových můstků mezi všemi třemi fázemi v gelu. Vysoce porézní kryogely PNIPAm/nano-SiO2/škrob vykazovaly značně zlepšenou roztažnost a houževnatost ve srovnání s obdobnými gely bez škrobu. Gely s velmi atraktivními vlastnostmi a slibnou potenciální aplikací jako aktuátory nebo spínače reagující na více podnětů (elektrický proud, el. indukce, teplo nebo světlo) byly získány zabudováním polyanilinu (PANI) jako druhého plniva do porézních gelů PNIPAm/nano-SiO2. Značným úspěchem této části práce byla selektivní chemická depozice PANI výlučně uvnitř stěn pórů prekurzorových gelů PNIPAm/nano-SiO2. Kromě velmi rychlé odezvy na teplotu byla dosažena elektrická vodivost až 74 000 μS/cm. V druhé části této práce byly zabudovány organická plniva do rigidních organicko- anorganických matric na bázi polymethylsiloxanových sítí (chemicky blízce příbuzných se silikou). Podobně jako u výše uvedených gelů PNIPAm/SiO2/PANI byl polyanilin – v tomto případě ve formě mikročástic – použit za účelem dosažení elektrické vodivosti polysiloxanového kompozitu (dobré výsledky nad 40 hm.% PANI), při současném zachování mechanických vlastností matrice. Plnivo PANI bylo buďto dispergováno jako koloid během sol-gel procesu monomerů matrice, nebo bylo přidáno v podobě mikro-prášku až před konečným vytvrzením siloxanové pryskyřice. Zajímavý ‘inverzní kompozit‘, rovněž na bázi polysiloxanové matrice, obsahoval jako plnivo epoxidový prášek bohatý na polypropylenoxid. 20 až 70 hm. % tohoto plniva bylo zabudováno jako zanikající templát, aby se pyrolýzou kompozitů získaly SiOC pěny coby finální produkty. Během pyrolýzy přitom prošla chemickou změnou také matrice. U získaných SiOC pěn takto bylo dosaženo makroporozity v rozsahu 35–70 obj. %, v kombinaci s vysokými moduly (do 10 GPa) a pevnostmi v tlaku (až 38 MPa).
Abstract v angličtině:
Abstract In the first part of this work, silica nanoparticles and alternative or additional filler phases were incorporated into hydrogels based on the temperature-sensitive poly(N- isopropylacrylamide) (PNIPAm). Nano-SiO2-filled porous PNIPAm hydrogels with an enhanced force response (up to 100 g) to temperature stimuli were obtained by increasing several times the pore wall thickness, which was achieved via reducing the solvent (porogen) content during the gels’ cryo-synthesis. A similar optimization of the force response was also carried out for analogous gels reinforced by nano-TiO2, in which the reinforcing effect of the filler is weaker. Partial intercalation of amylopectin starch into divinyl-crosslinked bulk as well as porous PNIPAm gels several times improved their extensibility. In case of starch-rich bulk gels, a very fast and extensive one-way deswelling in response to increased temperature was achieved (re-swelling upon cooling is much slower), which is attributed to specific properties of the starch-PNIPAm interface. In doubly-filled bulk PNIPAm/nano-SiO2/starch gels, a very strong synergic reinforcing effect of both fillers is observed, due to specific hydrogen bridging between the three phases. Highly porous cryogels based on PNIPAm/nano- SiO2/starch displayed a highly improved extensibility and toughness. Very attractive gels displaying a promising potential as actuators or switches responsive to multiple stimuli (electrical current, induction, heat or light) were obtained by incorporating polyaniline (PANI) as second filler into porous PNIPAm/nano-SiO2 gels. An especial success of this part of work was the selective chemical deposition of PANI exclusively inside of the pore walls of the precursor PNIPAm/nano-SiO2 gels. In addition to very fast temperature-responsiveness, electrical conductivities as high as 74 000 µS/cm were achieved. In the second part of this work, organic filler phases were incorporated into rigid organic- inorganic matrices based on polymethylsiloxane networks (chemically related to silica). Similarly like in case of the above PNIPAm/SiO2/PANI gels, polyaniline – in this case in the form of microparticles – was employed to lend electrical conductivity to the polysiloxane matrix (good results above 40 wt.% PANI), while the mechanical properties of the matrix were preserved. The PANI filler was dispersed either as a colloid during the sol- gel-process of matrix monomers, or it was added as a micro-powder prior to the final cure of the siloxane resin. An interesting inverse-phase-composite also based on the polysiloxane matrix was filled with polypropylene-oxide-rich epoxy powder. 20–70 wt.% of this filler were incorporated as sacrificial material, in order to obtain SiOC foams as final products via pyrolysis, during which also the matrix underwent a chemical change. Macro-porosities of 35–70 vol.% were obtained, in combination with high SiOC foams’ moduli (up to 10 GPa) and compressive strengths (up to 38 MPa).
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Katarzyna Depa, Ph.D. 27.18 MB
Stáhnout Příloha k práci Katarzyna Depa, Ph.D. 9.77 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Katarzyna Depa, Ph.D. 150 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Katarzyna Depa, Ph.D. 104 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Katarzyna Depa, Ph.D. 7.33 MB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Libor Matějka, D.Sc. (Tech.), DSc. 1.13 MB
Stáhnout Posudek oponenta doc. RNDr. Jan Sedláček, Dr. 485 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 4.56 MB