Preparation and properties as positive electrodes of PANI-LiNi0.8Co0.2O2 nanocomposites

PANI-LiNi0.8Co0.2O2 nanocomposite material with improved properties as positive electrode was prepared by a new synthesis method. In a first step, LiNi0.8Co0.2O2 mixed oxide in the form of a fine powder was dispersed in aniline and this suspension was sprayed on the surface of an aqueous solution of HCl and ammonium peroxodisulfate. The resulting PANI-LiNi0.8Co0.2O2 nanocomposite is spontaneously formed by polymerization of the aniline molecules present in the drops together with small particles of the oxide. This method induces the formation of nanocomposites showing a better distribution of the oxide particles in the polymer matrix than that observed in related PANI-LiNi0.8Co0.2O2 microcomposites prepared under ultrasound irradiation to disperse the oxide particles during PANI polymerization. Measurements of electrical conductivity and zeta potential, as well as structural characterization of PANI-LiNi0.8Co0.2O2 nanocomposites, reveal the existence of relatively strong interactions between the conducting polymer and the oxide particles. This feature determines higher values of the electrical conductivity (0.5 S cm(-1)) and of the average operative voltage (3.6 V), as well as of other technological parameters of the nanocomposite when it is used as the positive electrode of rechargeable lithium batteries, in comparison to those of the related microcomposite materials already reported.

Environmental ageing studies of chemically modified micro and nanofibril phenol formaldehyde composites

Cellulose micro and nano fibrils were extracted from banana macro fibres and chemically modified using sodium hydroxide, formic acid, 3-methacryloxy propyltrimethoxy silane. These untreated and chemically treated fibrils were incorporated into PF resin and the specimens were prepared. The composites were subjected to long-term water ageing, thermal ageing soil burial and outdoor weathering. The mechanical properties are reduced under all ageing conditions. The present study investigates the effects of different types of ageing on macro fibre, microfibril and nanofibril reinforced PF composites. The effect of chemical modifications of fibres on the degradability of the composites at different environments also has been analysed. © 2013 Elsevier B.V.

Synthesis and characterization of structurally well-defined polymer-layered silicate nanocomposites

Zusammenfassung Nanokomposite aus Polymeren und Schichtsilikaten werden zumeist auf der Basis natürlicher Tone wie Montmorillonit hergestellt. Für NMR- und EPR-Untersuchungen der Tensidschicht, die das Silikat mit dem Polymer kompatibilisiert, ist der Eisengehalt natürlicher Tone jedoch abträglich, weil er zu einer Verkürzung der Relaxationszeiten und zu einer Linienverbreiterung in den Spektren führt. Dieses Problem konnte überwunden werden, indem als Silikatkomponente eisenfreies, strukturell wohldefiniertes Magadiit hydrothermal synthetisiert und für die Kompositbildung eingesetzt wurde. Die Morphologie des Magadiits wurde durch Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert und der Interkalationsgrad von schmelzinterkalierten Polymer-Nanokompositen wurde durch Weitwinkelröntgenstreuung bestimmt. Polymere mit Carbonylgruppen scheinen leichter zu interkalieren als solche ohne Carbonylgruppen. Polycaprolacton interkalierte sowohl in Oragnomagadiite auf der Basis von Ammoniumtensiden als auch in solche auf der Basis von Phosphoniumtensiden. Die Dynamik auf einer Nanosekundenzeitskala und die Struktur der Tensidschicht wurden mittels ortsspezifisch spinmarkierter Tensidsonden unter Nutzung von Dauerstrich- (CW) und Puls-Methoden der elektronenparamagnetischen Resonanzspektroskopie (EPR) untersucht. Zusätzlich wurde die statische 2H-Kernmagnetresonanz (NMR) an spezifisch deuterierten Tensiden angewendet, um die Tensiddynamik auf einer komplementären Zeitskala zwischen Mikrosekunden und Millisekunden zu erfassen. Sowohl die CW-EPR- als auch die 2H-NMR-Ergebnisse zeigen eine Beschleunigung der Tensiddynamik durch Interkalation von Polycaprolacton auf, während sich in den nichtinterkalierten Mikrokompositen mit Polystyrol die Tensiddynamik verlangsamt. Die Rotationskorrelationszeiten und Aktivierungsenergien offenbaren verschiedene Regime der Tensiddynamik. In Polystyrol-Mikrokompositen entspricht die Übergangstemperatur zwischen den Regimen der Glasübergangstemperatur von Polystyrol, während sie in Polycaprolacton-Nanokompositen bei der Schmelztemperatur von Polycaprolacton liegt. Durch die erhebliche Verlängerung der Elektronenspin-Relaxationszeiten bei Verwendung von eisenfreiem Magadiit können Messdaten hoher Qualität mit Puls-EPR-Experimenten erhalten werden. Insebsondere wurden die Vier-Puls-Elektron-Elektron-Doppelresonanz (DEER), die Elektronenspinechoenveloppenmodulation (ESEEM) und die Elektronen-Kern-Doppelresonanz (ENDOR) an spinmarkierten sowie spezifisch deuterierten Tensiden angewandt. Die ENDOR-Ergebnisse legen ein Model der Tensidschicht nahe, in dem zusätzlich zu den Oberflächenlagen auf dem Silikat eine wohldefinierte mittlere Lage existiert. Dieses Modell erklärt auch Verdünnungseffekte durch das Polymer in Kompositen mit Polycaprolacton und Polystyrol. Die umfangreiche Information aus den Magnetresonanztechniken ergänzt die Information aus konventionellen Charakterisierungstechniken wie Röntgendiffraktion und Transmissionselektronenmikroskopie und führt so zu einem detaillierteren Bild der Struktur und Dynamik der Tensidschicht in Nanokompositen aus Polymeren und Schichtsilikaten.

Effect of extrusion and photo-oxidation on polyethylene/clay nanocomposites

Polyethylene (a 1:1 blend of m-LLDPE and z-LLDPE) double layer silicate clay nanocomposites were prepared by melt extrusion using a twin screw extruder. Maleic anhydride grafted polyethylene (PEgMA) was used as a compatibiliser to enhance the dispersion of two organically modified monmorilonite clays (OMMT): Closite 15A (CL15) and nanofill SE 3000 (NF), and natural montmorillonite (NaMMT). The clay dispersion and morphology obtained in the extruded nanocomposite samples were fully characterised both after processing and during photo-oxidation by a number of complementary analytical techniques. The effects of the compatibiliser, the organoclay modifier (quartenary alkyl ammonium surfactant) and the clays on the behaviour of the nanocomposites during processing and under accelerated weathering conditions were investigated. X-ray diffraction, transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), rheometry and attenuated reflectance spectroscopy (ATR-FTIR) showed that the nanocomposite structure obtained is dependent on the type of clay used, the presence or absence of a compatibiliser and the environment the samples are exposed to. The results revealed that during processing PE/clay nanocomposites are formed in the presence of the compatibiliser PEgMA giving a hybrid exfoliated and intercalated structures, while microcomposites were obtained in the absence of PEgMA; the unmodified NaMMT-containing samples showed encapsulated clay structures with limited extent of dispersion in the polymer matrix. The effect of processing on the thermal stability of the OMMT-containing polymer samples was determined by measuring the additional amount of vinyl-type unsaturation formed due to a Hoffman elimination reaction that takes place in the alkyl ammonium surfactant of the modified clay at elevated temperatures. The results indicate that OMMT is responsible for the higher levels of unsaturation found in OMMT-PE samples when compared to both the polymer control and the NaMMT-PE samples and confirms the instability of the alkyl ammonium surfactant during melt processing and its deleterious effects on the durability aspects of nanocomposite products. The photostability of the PE/clay nanocomposites under accelerated weathering conditions was monitored by following changes in their infrared signatures and mechanical properties. The rate of photo-oxidation of the compatibilised PE/PEgMA/OMMT nanocomposites was much higher than that of the PE/OMMT (in absence of PEgMA) counterparts, the polymer controls and the PE–NaMMT sample. Several factors have been observed that can explain the difference in the photo-oxidative stability of the PE/clay nanocomposites including the adverse role played by the thermal decomposition products of the alkyl ammonium surfactant, the photo-instability of PEgMA, unfavourable interactions between PEgMA and products formed in the polymer as a consequence of the degradation of the surfactant on the clay, as well as a contribution from a much higher extent of exfoliated structures, determined by TEM, formed with increasing UV-exposure times.