Influence of nanodiamond loading on properties of poly(vinyl alcohol) nanocomposite membranes

Abstract

Karbonové materiály jsou známy díky jejich unikátním vlastnostem. Díky svým vynikajícím mechanickým vlastnostem se staly významným vyztužujícím plnivem. Polymerní materiály získaly vynikající mechanické vlastnosti dík vyztužení pomocí nanodiamantů (ND), díky jejich hladkému povrchu a vynikajícím optickým, mechanickým a teplotním vlastnostem. Pomocí metody odlévání z roztoku jsme v jednom kroku připravili pokročilé nanokompozitní membrány na bázi polyvinylalkoholu (PVA) a ND, díky čemuž jsme dosáhli vysoké dispergovatelnosti ND v PVA matrici. Tepelné, mechanické a reologické vlastnosti membrán byly zkoumány za pomoci termogravimetrie (TGA), dynamické mechanické analýzy (DMA) a reometru Ares G2. Výsledné nanokompozity měly vynikající vlastnosti odvozené od ND i PVA. Tepelné a mechanické vlastnosti se dramaticky zvýšily se zvyšujícím se obsahem ND, což naznačuje silnou interakci mezi ND a PVA. Předpokládáme, že ND budou schopny konkurovat jako nano-plnivo konvenčním nano-plnivům na bázi uhlíku pro polymerní kompozity.

Carbon nanomaterials are well-known for their unique physical properties. They have attracted interest as reinforcing fillers because of their superb mechanical properties. We report the excellent reinforcement properties of polymer nanocomposites by the incorporation of nanodiamond (ND). ND has been expected to offer polymer nanocomposites optimal properties because of its smooth surface and excellent optical, mechanical, and thermal properties, which can approach the values of single diamond crystal. We prepared advanced nanocomposites membranes based on poly(vinyl alcohol) (PVA) and ND in a single step using the solution casting method from aqueous medium and achieved the high dispersibility of ND in the PVA matrices. The thermal, mechanical and rheological properties of the membranes were investigated by means of thermogravimetry (TGA), dynamic mechanical analysis (DMA) and Ares G2 rheometer. The resulting nanocomposites had excellent properties derived both from ND and PVA. Thermal and mechanical properties increased dramatically with increasing ND content, indicating a strong interaction between ND and PVA. We anticipate that ND will be able to compete as a nano filler against conventional carbon-based nano fillers for polymer composites, and it is possible their reinforcement properties will be extended in the future.