The properties of sepiolite based nanostructured composite materials and their applications in paper industry

Abstract

The aim of this study was to investigate the influence of synthesis parameters on properties of sepiolite based nanostructered composite and their applications in paper industry. The investigation of the properties of starch dispersions with sepiolite nanoparticles different concentrations showed that increasing the sepiolite content led to a change of the nature of the viscosity. Pure starch dispersion is a non-Newtonian dilatant fluid; and the addition of ultrasonificated sepiolite nanoparticles transformed this dispersion into a pseudoplastic fluid. Scanning electron microscopy showed homogeneous sepiolite nanofibers dispersed on the paper samples. The presence of sepiolite influenced the paper grammage, breaking length, bursting strength and flat crush. Additionally, the preparation method of the sepiolite-starch dispersions influenced on the improvement of the mechanical properties of the paper. The papers coated with ultrasonificated dispersions followed by dilution, similar to the industry procedure, showed the highest values of the relevant mechanical and viscoelastic properties. The presence of sepiolite in PVB coating showed no significant influence on Tg values. The values of the break force and the tensile energy absorption of paper samples were increased by up to 10 %. The nanoindentation tests also showed increases in the hardness and modulus. The paper sample reinforced with nanocomposite PVB/3 wt. % sepiolite exhibited the best improvements of the mechanical properties measured by both methods...

Predmet ove doktorske disertacije je proučavanje uticaja parametara sinteze na svojstva nanostrukturnih kompozita na bazi sepiolita u cilju dobijanja materijala poboljšanih svojstava, kao i proučavanje primene ovih materijala u industriji papira. Proučavanjem svojstava disperzija skroba sa nanočestičnim sepiolitom različitih koncentracija utvrđeno je da povećanje sadržaja sepiolita u disperziji skroba dovodi do promene prirode viskoznosti ove disperzije. Disperzija čistog skroba je nenjutnovski dilatantni fluid, a dodatkom ultrazvučno tretiranih nanočestica sepiolita postaje pseudoplastični fluid. Skenirajućom elektronskom mikroskopijom je pokazano homogeno dispergovanje nanovlakana sepiolita na uzorcima papira na kojima je nanešena disperzija na bazi skroba i sepiolita. Prisustvo sepiolita u disperzijama koje se koriste za ojačavanje papira značajno je uticalo na gramaturu, dužinu kidanja, otpornost na pritisak i otpornost na pucanje papira. Utvrđeno je da način pripreme disperzija sepiolita i skroba takođe utiče na mehanička svojstva papira. Uzorci papira na koje su nanešene ultrazvučno tretirane disperzije, a zatim pripremljene slično industrijskom postupku, su pokazale najbolja mehanička i viskoelastična svojstva. Proučavanjem svojstava nanostrukturnih premaza za papir na bazi sepiolita i polivinil butirala pokazano je da prisustvo nanočestica sepiolita ne utiče značajno na vrednost temperature transformacije, Tg. Dodatkom različitih količina sepiolita, vrednosti sile kidanja i apsorbovane zatezne energije su povećane do 10 % u odnosu na uzorke papira sa čistim PVB-em. Mehanička svojstva papira ojačanog kompozitom PVB/sepiolit su IV ispitana mikrokidalicom i nanoindentacijom. Obe metode su pokazale da uzorak papira ojačan sa PVB-em u kome je dispergovano 3 mas. % sepiolita ima najbolja mehanička svojstva, što je posledica sinergetskog dejstva čestica sepiolita i polimernog matriksa, polivinil butirala...