Documents.tips Kompoziti Polimeri

7/26/2019 Documents.tips Kompoziti Polimeri

1/23

Univerzitet u Novom SaduTehnoloki fakultetKatedra za inenjerstvo materijala

Seminarski rad iz predmeta

Kompozitni materijali

PRIMENA POLIMERNIH NANOKOMPOZITA U NOVIMTEHNOLOGIJAMA

Stdenti! Pr"#es"r!Je$ena %"&n'a(i) ***+,-.H dr Jar"s$a/a %dinski. Simendi)Je$ena R"mi) **0+,-.H

#e1rar *,223UVO4


2/23

Poslednjih godina polimerni nanokompoziti su predmet velikog broja istraivanja upolimernoj nauci i nauci o materijalima Nanotehnologije pruaju mnogobrojne mogu!nostirazvoja materijala poboljanih svojstava za primene u elektronici" optoelektronici" mainstvu"

hemijskom inenjerstvu" tamparstvu" mikrobiolokim i biomedicinskim podru#jima $tabela %&'eliku primenu nanokompoziti imaju u razvoju gra(evinskih materijala" kao i pronalaenjunovih materijala za sanaciju i restauraciju kulturno)istorijskih spomenika Polimerninanokompoziti $termoplasti#ni i elastomerni& danas predstavljuju sve ve!u oblast istraivanja ismatraju se modernom tehnologijom ili tehnologijom budu!nosti" ali ne smemo zaboraviti da sujo davno nano#estice zale u svet elastomera Nano#estice #a(i i silicijumdioksida $silike& su senalazile u gumi kao vani punioci mnogo pre formiranja dananjeg smisla nanokompozita *umaje dakle najstariji polimerni nanokompozit" dalji razvoj elastomernih nanokompozita je doveo dopojave novih materijala koji se koriste u eletrotehnici" medicini" farmaciji itd +lastomerninanokompoziti tako(e po#inju da nalaze primenu kao smart materials $materijali koji prepoznaju

i pamte& kao i samo)regeneriu!i materijali

Nanokompoziti su materijali dobijeni unoenjem nano#estica" #estica reda %,)-m" umakroskopske jednostavne materijale" matrice Na ovaj na#in mogu se poboljati svojstvamaterijala kao to su. toplotna i elektri#na provodljivost" opti#ka" magnetna i mehani#kasvojstva Nano#estice #ine svega ,/ do /0 materijala" ali njihov raspored doprinosi velikojspecifi#noj povrini #estica to dalje dopronosi boljim svojstvima dobijenog nanokompozitaPoslednjih nekoliko decenija nauka i tehnologija poklanjaju sve vie panje polimernimnanokompozitima 1azlog tome je to su uo#ena inzvanredna svojstava ovih materijala 2esticeveli#ine od % do %,, nm definiu se kao nano)punjenja i one su veli#ine milionitog dela glave

#iode 3zvanrednost nano #estica ne krije se samo u njihovoj veli#ini ve! i u njihovoj specifi#nojpovrini Specifi#na povrina moe dosti!i i 4,, m56g" isto kada bismo ceo fudbalski teren staviliu kap kie 7vaj fenomen nano#estica i #ini nanokompozite posebnim materijalima

Tabela % Tehnoloki uticaj. sadanje stanje i potencijali nanotehnologije%

118 Siegel" + 9u" :; 1oco $+ds&. Nanostructure Science and Technolog< ) = 8orld>ideStud


3/23

Te5n"$"6i'e+materi'a$i+ Pr"iz/"di P"ten7i'a$na r'e&en'aSada&n'a r'e&en'a

4isperzi'e i s$"'e/i) nosa#i i predajnicilekova6genska terapija

) multifunkcionalninanoslojevi

) toplotne barijere) opti#ke $U' i vidljive& barijere) poja#iva#i slike) 3nk)jet materijali) slojevi otporni na abraziju) slojevi za zapisivanjeinformacija

Materi'a$i i pr"iz/"di /e$ikespe7i#i(ne p"/r&ine

) molekularni senzori) veliki ugljovodonici ili

bakterijski filteri

) rezervoari energije) *raetzel solarne !elije

) molekularna sita) nosa#i lekova) katalizatori

) apsorpcijski 6desorpcijskimaterijali

Materi'a$i /e$ike 6stine8k"ns"$idirani materi'a$i)

) keramike superplasti#nihsvojstava oblikovanja

) ultra#vrsti i ilavi materijali) magnetna hladila) polimerni kompoziti snanopunilima) duktilni cementi

) meki magnetni materijali) visokotvrdi i ilavi8;6;o alatni materijali) nanokompozitni cementi

Nan"re9a'i

)*:1 $*iant :agnetoresistance&glavaza #itanje diskovara#unara

) terabit memorija i

mikroprocesori) oblikovanje i sekvencioniranje $sizingAseBuencing& jednog

?N= molekula) biomedicinski senzori) novi laseri) nanocev#ice za visokosvetleekrane

Osta$e 1i"$"&ke prim'ene )Ciokatalizatori) bioelektronika) bioaktivne proteze) jednomolekularni osetljivibiosenzori

) dizajn molekula

Polimerni nanokompozitni materijali su izuzetno zna#ajni za savremenu industriju"njihovatrajnost i termi#ka stabilnost u razli#itim uslovima eksploatacije" kao i mogu!nostrazgradnjenakon upotrebe su takodje zna#ajni sa aspekta ekologije Komercijalni proizvodi odelastomernih materijala predstavljaju kompozite sa neorganskim ili organskim punilima #ije su

US=" 5,,,

3

Seminarski rad.Primenapolimernih nanokompozita u novim tehnologijama


4/23

primarne#estice nano veli#ina" pa u stvari takvi proizvodi predstavljaju nanokompoziteSinteti#kipolimerni materijali sve bre zamenjuju tradicionalne neorganske materijale" kao to sumetali"kao i prirodne polimerne materijal $drvo" vlakna&

U nastojanju da se poboljaju mehani#ka svojstva polimernih materijala dodaju im sepunioci i oja#avaju!a sredstva Najvie se dodaju stakleni ili ugljeni#ni vlaknasti punioci u

nasumi#no disperznom stanju 3ako ti punioci pove!avaju mehani#ka svojstva osnovnogpolimera" javljaju se i njihova negativna dejstva" kao to je snienje duktilnosti" slabija obrada"loa povrinska glatko!a Takvi konvencionalni kompoziti se ne mogu prera(ivati kao filmovi ivlakna Smatra se da je uzrok tome razlika u dimenzijama punioca $mikrometar& i polimera$nanometar& koja rezultira relativno slabim me(udelovanjima Kako bi se minimalizirala ta loastrana i poboljalo me(udelovanje komponenti" predloeni su novi tipovi kompozita u kojima jeme(udelovanje komponenti na nanometraskom nivou5

KOMPOZITNI MATERIJALI

Kompozitni materijali su materijali koji se sastoje od smee ili kombinacije dva ili viekonstituenata koji se razlikuju po obliku i hemijskom sastavu i koji su prakti#no nerastvorljivijedan u drugom ?ominantni slu#aj kompozitnog materijala je kombinacija vlakanai osnovnogmaterijala" osnove ili matrice $Slika %&. 'lakna su osnovni nosivi element kompozita i daju mu#vrsto!u" dok matrica dri vlakna zajedno" ima vanu funkciju u prenosu optere!enjana vlakno"daje spoljnu formu kompozitu" definie njegovo ponaanje obzirom na delovanje atmosfere itd

'lakna su naj#e!e. ugljeni#na" staklena" aramidna $npr kevlar& i metalna" a naj#ee #ine D, ) 4,0 zapreminskog udela u kompozitu7snovne karakteristike pojedinih vrsta vlakana prikazane suu tabeli 5:atrice mogu biti polimerne" kako duromeri tako i plastomeri" zatim ugljeni#ne"metalne$takvi se kompoziti nazivaju ::; engl :etal :atriE ;omposites&" kerami#ke idrTreba naglasiti da vlakna pored uobi#ajene konfiguracije dugih vlakana" mogu biti i kratkavlakna" >hiskers" sfere i dr 8hiskers su kratka vlakna" izrazito velike #vrsto!e"promera do %,Fm i duine do ,% m Njihova #vrsto!a teoretski moe iznositi i do %6%, modulaelasti#nosti?anas se sve vie govori o nanokompozitima kao posebnoj vrsti kompozitnihmaterijala 1adi se o ugljeni#nim nanocevima kod kojih su dvodimenzionalne bazalne ravninesavijene u oblik cevi" a oblik im zavisi od na#ina na koji su savijene Nanocevi su duga#ke do %,

Fm i imaju izrazitu #vrsto!u i krutost U laboratorijskim uslovima postignut je modul elasti#nostiod preko % TPa" te #vrsto!a od vie od %,, *Pa 7ve vrednosti znatno opadaju u slu#aju pojavene#isto!a u materijalu?anas je osnovni problem njihove primene vrlo skupa proizvodnja te nemogu!nost proizvodnjeu inenjerski potrebnim koli#inama 3ako su danas nanokompoziti jo vrlo daleko od prakti#ne

2+lkins" ; @ et al.Recent trends in macromolecular design" Plastics +ngineering" G65,,H"/I)D-

4



5/23

primene u stvarnim konstrukcijama" zasigurno se radi o materijalima budu!nosti i zbog toga sudanas predmet vrlo intenzivnih istraivanja

Slika % Kompozitni materijala& kontinualna jednosmerna vlakna" b& slu#ajno usmerena diskontinualna vlakna"

b& ortogonalno raspore(ena vlakna" d& viesmerno usmerena vlakna

Vlakna

'isoka mehani#ka svojstva vlakana rezultat su snanih me(uatomskih sila koje vladajuumaterijalima niskog atomskog broja i male gustine $npr ;" C" =l" Si& 'lakna mogubitinapravljena ili samo od tih elemenata" zatim od njihovih me(usobnih spojeva" ili spojeva skiseonikom i azotom Kod ovih materijala nije izraeno plasti#no te#enje" kaonpr kod metala"ve! se lom doga(a usled integralnog efekta delovanja mikroskopskih pukotina" #iji se brojsmanjuje to su manje dimenzije vlakna $popre#ni presek u odnosu na duinu" Slika 5& :aterijalu vlaknastoj formi" zato ima vrlo malu zapreminu po metru duine" pa je verovatno!a pojavepukotine obrnuto proporcionalna zapremini materijala Kod ovakvog materijalaznatno vie jeizraeno odstupanje svojstava od referentnih vrednosti 7va neujedna#enost mehani#kihsvojstava predstavlja velik problem pri prora#unu i izradi kompozitnih konstrukcija Crojmikroskopskih pukotina moe biti znatno smanjen tehnologijom izradevlakna $gdje je odposebne vanosti #isto!a sirovine od koje je vlakno napravljeno& ili zatitnom prevlakom okovlakna

5



6/23

Slika 5 Uticaj dimenzija vlakna d na #vrsto!uJ

?anas su ugljeni#na $karbonska& vlakna najrasprostranjenija" posebno kod mehani#kinajoptere!enijih avionskih konstrukcija Treba naglasiti da je pogreno nazivati ugljeni#navlakna grafitnim *rafit je jedan od oblika ugljenika" kod kojeg su snanimkovalentnim vezamapovezane heksagonalne bazalne ravni" dok je trodimenzionalnastruktura postignuta njihovimme(usobnim povezivanjem slabim 'an der 8alsovim silama Upravo ove sile omogu!avaju lakoklizanje bazalnih ravni jedne prema drugoj" to je i razlog zato grafit ima svojstvo

podmazivanja" odnosno smanjivanja trenja La razlikuod grafita" ugljieni#na vlakna imaju samodvodimenzionalnu strukturuStaklena vlakna se proizvode naj#e!e od silike $silicijumovog dioksida Si75&razli#itimpostupcima i po pravilu imaju slabija mehani#ka svojstva od ugljeni#nih vlakana 'rlosu rairena u primeni kod mehani#ki manje zahtevnih konstrukcija zbog njihove manje cenePolimerna vlakna su jedina od nabrojenih koja su u potpunosti sintetski stvorena :e(u njima sunajpoznatija Kevlarska vlakna" a u poslednje vreme se koriste i poliimidizbog mogu!nostikoritenja i na povienim temperaturama $preko H,, M;& Polimernavlakna se sastoje odpolimernih lanaca koji se posebnim postupcima izduuju u pravcu pruanja vlakna Njihova

svojstva su direktna posledica njihove mikrostrukture'lakna od silicijum)karbida proizvode se naparavanjem na jezgru od ugljeni#nog vlakna $engl;hemical 'apor ?eposition ) ;'?& 7va vlakna su posebno pogodna za oja#avanje metala$aluminijumskih i titanskih legura&" kao i oja#avanje keramike u formi vlakna od silicijum)karbida" silicijum)nitrida ili staklaU drugom se obliku ova vlakna izra(uju od polimera kojisadre silicijum i ugljenik ednood takvih vlakana poznato je pod trgova#kim imenom Nicalon

6



7/23

ili u poboljanoj verziji9i)Nicalon 7va vlakna imaju i svojstvo poluprovodnika" otpornost imzavisiod koli#ine ne#isto!a koje sadre

Tabela 5:ehani#ka svojstva materijala vlakanaH

Tabela H:ehani#ka svojstva materijala matriceH

33vica Smojver" :ehanika kompozitnih materijala)skripta"fakultet strojarstva i brodogradnje Sveu#ilita u Lagrebu

7



8/23

Matrice

7snovne funkcije matrice su.

prenoenje optere!enja na vlakno odvajanje vlakana jednih od drugih u svrhu spre#avanja irenja pukotina u materijalu formiranje spoljnog oblika kompozitne konstrukcije zatita kompozita od uticaja okoline

Svojstva matrice" prikazana u tabeli H" veoma su vana za odre(ivanje uzdune pritisne #rsto!e"popre#ne zatezne #vrsto!e kao i me(uslojne otpornosti na smicanje Primenu odre(enogkompozita naj#e!e odre(uju svojstva matriceU slu#aju izloenosti kompozita hemijskim iliuticajima okoline" matrica je ta koja je prva izloena smanjenju mehani#kih svojstava" pa njenasvojstva zna#ajno odre(uju ponaanje kompozita 'eoma je bitno fizi#ko svojstvo" temperaturaprelaska u #vrsto stanje $engl glass transitiontemperature ) *TT& koja predstavlja ta#ku prelazaiz viskoznog u #vrsto stanje matrice7va temperatura bitno odre(uje kona#na svojstva

matriceNaime" pri upotrebi iznad*TT" svojstva matrice znatno se sniavaju 'laga u kompozitu"ponajvie matrici" znatno sniava *TT Tehnologija izrade kompozita znatno uti#e na njegovasvojstva"jer mora osigurati dobru vezu vlakna i matrice kao i minimalan udeo upljina ilipukotinau kompozituKad je re# o polimerima" oni se dele u dve velika grupe. duromere i plastomere ?uromeri supolimeri koji se naj#e!e koriste u proizvodnji kompozita zbog relativno nie cene" niskihproizvodnih temperatura" niske viskoznosti pri proizvodnji La kompozite visokih mehani#kih

8



9/23

svojstava naj#e!e su koritene epoksidne smole zbog lakog koritenja" niskih cena"zbog svojihizvrsnih mehani#kih svojstava" dobre hemijske postojanosti" pa i zadravanja dobrih mehani#kihsvojstava i dimenzija pri povienoj temperaturi i vlagi ?obro reaguju" ostvaruju dobru adheziju sve!inom vrsta vlakana+poksidi su naj#e!e dvokompozitni" pri #emu se u procesu proizvodnje dodaje o#vr!iva# koji

postaje sastavni deo strukture matriceKona#na svojstva epoksidne matrice pokazuju izrazitukrhkost" to dovodi do znatne osetljivostiobzirom na pojavu pukotina ?ruga vrsta duromera kojase sve vie koristi zbog otpornosti povienim temperaturamajesu adicijski poliimidi :e(u njimasu najpoznatiji bizmaleimidi $C:3& kojiposeduju dobre proizvodne karakteristike" ali glavninedostatak im je poviena krhkost koja se moe smanjiti dodavanjem odgovaraju!ih spojeva kaosto su polisulfon" polieterimidi drugi3ako su polimeri dominantni kao materijali matrice" u velikoj meri se koriste joi metali $tada seto nazivaju engl:etal :atriE ;omposites ) ::;&" tako(e i keramika Kompozitis metalnommatricom se odlikuju veoma dobrim mehani#kim svojstvima La matricu se koriste laki metali"

kao i aluminijum i njegove legure" magnezijum" titanske legure i drugi7snovni problem priproizvodnji je hemijska $ne&kompatibilnost metalne matrice i vlakna zbog hemijskih reakcijame(u njima" to i suava broj kombinacije vlakana i matrica koje je mogu!e kombinovati Latosu se za oja#avanje metalnih matrica najboljepokazali Si;" =l57H Kori!enje ugljeni#nihvlakana je vrlo ograni#eno" obi#no na aluminijumske i magnezijske matrice" ako je izloenostvisokim temperaturama minimalna

Slika G Pore(enje specifi#nog modula elasti#nosti i specifi#ne #vrsto!e nekih metala ikompozita

PRIMENA 8NANO:KOMPOZITNIH MATERIJALA U KULTURNOJ%A;TINI

9



10/23

1azvoj savremenog gra(evinarstva zasniva se u najve!oj meri na permanentnom traganjuza novim visokovrednim materijalima i na usavravanju i poboljanju karakteristika postoje!ihmaterijala ;ilj aktuelnih istraivanja je razvoj materijala koji bi imali visoke mehani#kekarakteristike" zadovoljavaju!u otpornost na delovanje razli#itih agresivnih agenasa $trajnost&"

visoke estetske vrednosti i #ija bi primena bila ekonomski opravdana Pored toga" na istraivanjai razvoj gra(evinskih materijala" snaan uticaj ima opteprihva!eni koncept odrivog razvoja"koji pored sociolokih i ekonomskih aspekata" obuhvata utedu energije" zatitu ivotne okoline io#uvanje neobnovljivih prirodnih resursaPronalaenje novih materijala za sanaciju i restauraciju kulturno)istorijskih spomenika jedan jeod veoma vanih problema razvoja savremene nauke o materijalima

Na tritu je ponu(en veliki broj materijala razli#itog sastava i svojstava" a ve!ina je neorganskogporekla" me(utim ne moe bilo koji od njih da se koristi za oporavak kulturno)istorijskogspomenika 7dabrani materijal mora zadovoljiti kriterijume u pogledu hemijske i fizi#ke

kompatibilnosti sa starim materijalom Pri tom se mora potovati i arhitektura kulturno)istorijskog spomenika koju su dali graditelji u prolosti" a mora se voditi ra#una o tome da se nenarui postoje!e ravnoteno stanje gra(evinskog kompleksa

1. Polimerom modifikovani malteri

7tkrivanjem polimernih materijala kao to su polidimetilsiloksan" polivinilacetat" alkidnih smolai dr i ispitivanjem njihovih karakteristika dolo se do ideje o upotrebi polimera za restauraciju i

sanaciju kultunoistoriskih spomenika Postojanje iroke palete polimernih proizvoda" a samimtim i razli#itih karakteristika istima omogu!ava raznovrsnu primenu u kulturnoj batini Tako sedanas polimeri koriste u restauraciji i sanaciji slikarskih dela" vajarskih predmeta" zidnihpovrina" kamena pa i maltera Prilikom restauracije kulturno)istoriskih dobara interesantna jejedna vrlo bitna karakteristika pojedinih polimernih materijala a to je sposobnost in)situpolimerizacije" upravo ova karakteristika se koristi kod restauracije maltera" odnosno sanacijepukotina u malteru i kamenu Sanacija pukotina u malteru ili kamenu in)situ polimerizacijomvri se tako to se monomer6monomeri pomo!u nekog ure(aja za brizganje ubrizgavaju upukotinu pri #emu se sam proces polimerizacije monomera zapo#ne u ure(aju a zavri upukotini 3niciranje polimerizacije moe da bude termi#kim" hemiskim" fotohemiskim i

radiacionim putem Samo kori!enje polimera kao premaza za zatitu je odavno poznato ali ovajvid sanacije reavao je samo problem degradacije povrine dok bi prisutne pukotine i pore umaterijalu ostale ne sanirane" a njihovo napredovanje ne bi bilo spre#eno Tako(e interesantna jeprimena polimera za obrazovanje ""fineO poroznosti kao kod izrade fotokataliti#kih prevlaka

10



11/23

:alteri modifikovani polimerima dobijaju se dodavanjem monomera ili polimera u sveumaltersku masu Polimeri i monomeri koji se koriste u svojstvu modifikatora cementnihkompozita ematski su prikazani na slici /

Slika / Polimeri i monomeri koji se primenjuju za modifikaciju cementnih maltera i betona

Naj#e!e kori!eni modifikatori cementnih kompozita" na osnovu rezultata dosadanjihistraivanja i prakse" su polimerni lateksi U optem slu#aju polimerni lateksi predstavljajukopolimerne sisteme" koji se sastoje iz dva ili vie monomera" u obliku vodene disperzije?ispergovane #estice su reda veli#ine od ,,/)/m Sastav polimernih lateksa varira u zavisnostiod konkretnog tipa polimera i obi#no sadri H,)/,0 suve materije U okviru suve materijesadrani su i emulgatori i stabilizatori" a u nekim slu#ajevima i aditivi protiv penjenja Standardnipolimerni lateksi koji se mogu koristiti kao modifikatori cementnih kompozita" predstavljaju

netoksi#ne i bezopasne materijale" za koje nije potrebno preduzimati posebne mere opreza 7ptapodela lateksa" ematski je prikazana na slici D

Slika D Polimerni lateksi

11



12/23

Op&ti prin7ipi m"di#ika7i'e p"$imerima

:alteri modifikovani polimerima pripremaju se putem meanja polimera ili monomera udisperznoj" prakastoj ili te#noj formi sa sveom malterskom meavinom La sve vrste polimera imonomera koji se koriste u cementnim kompozitima ) malterima i betonima" posebno je vano

ista!i da se hidratacija cementa i obrazovanje polimerne faze $sjedinjavanje polimernih #estica ipolmerizacija monomera& odvijaju nesmetano i paralelno Pri tome dolazi do promene oblikamonolitne matri#ne faze sa reetkastom strukturom" a faza hidratisanog cementa i polimerna fazase me(usobno proimaju U strukturi maltera modifikovanih polimerima" zrna granulata supovezana takvom bimatri#nom fazom 'e!ina svojstava maltera modifikovanih polimerima su upore(enju sa obi#nim malterima promenjena zahvaljuju!i tako formiranoj strukturi U sistemima"modifikovanim lateksom" prakastim emulzijama i vodorastvorljivim polimerima" gubitak vodeiz tih sistema" pri hidrataciji cementa" dovodi do obrazovanja tankog polimernog sloja $filma& ilimembrane Nasuprot tome u sistemima modifikovanim te#nim smolama monomerima" dodatakvode stimulie i hidrataciju cementa i polimerizaciju te#nih smola i monomeraG

M"di#ika7i'a 7ementni5 ma$tera i 1et"na $ateksima

Proces hidratacije cementa obi#no prethodi procesu obrazovanja polimernog slojaCimatri#na faza" koja se sastoji iz cementnog gela i polimernog sloja" formira se kao vezivnafaza u skladu sa upro!enim trostepenim modelom" prikazanim na slici 4

Slika 4 :odel obrazovanja bimatri#ne faze

4Vlastimir R., Mirjana M., Ivan L., Vesna M., Polimer)betonski kompoziti na bazi recikliranog agregata" 5,,-god

12



13/23

Kada se polimerni lateks doda sveem cementnom malteru ili betonskoj meavini" polimerne#estice disperguju u fazu cementnog testa $faza a& U takvom" polimercementnom testu cementnigel se postepeno formira usled hidratacije cementa U isto vreme #estice polimera se postepenotaloe na povrini smee cementnog gela i nehidratisanih #estica cementa $faza b& Lahvaljuju!irazvijanju strukture cementnog gela" #estice polimera se postepeno orijentiu u prostore

kapilarnih pora Napredovanjem procesa hidratacije cementa" koli#ina kapilarne vode sesmanjuje" a polimerne #estice koaguliraju uz formiranje zaptivaju!eg sloja na povrini smeecementnog gela i nehidratisanih #estica cementa" a zatim se vezuju i za smeu i za silikatni slojna povrini granulata $faza c& Na kraju" #estice upakovanog polimera na produktima hidratacijecementa povezuju se u kontinualne slojeve ili membrane $faza d& Pri tome se formira monolitnareetka u kojoj polimerna faza proima fazu postoje!ih produkata hidratacije Upro!eni procesobrazovanja polimernog sloja preko produkata hidratacije prikazan je na slici I

Slika I Upro!eni model procesa obrazovanja polimernogsloja na produktima hidratacijecementa

Komponentni materijali koji se koriste za dobijanje maltera modifikovanih lateksima" su isti kaoi materijali za dobijanje klasi#nih cementnih maltera 2ist portland cement se naj#e!e koristi zadobijanje maltera modifikovanih lateksom ?odatke i aditive za malter u principu ne trebakoristiti bez prethodnih ispitivanja" a naro#ito ne dodatke tipa aeranata" zato to dodatak lateksaizaziva pove!anje koli#ine uvu#enog vazduha 7preznost pri eventualnoj primeni dodataka iaditiva je neophodna zato to" u optem slu#aju" kombinovanje polimera sa nekim od dodataka iliaditiva moe dovesti do nepovoljnih efekata" zbog mogu!ih hemijskih reakcija La spravljanjemaltera modifikovanih lateksima koristi se sitan agregat" kao i za klasi#ne maltere La korozionootporne maltere upotrebljava se kvarcni pesak i drobljeni agregat od kvarcita Treba izbegavatiprimenu agregata sa velikom povrinskom vlagom" zato to je u tom slu#aju teko posti!i eljenukonzistenciju maltera 'oda za spravljanje modifikovanih maltera ne sme da sadri sastojke kojimogu nepovoljno uticati na proces hidratacije cementa i6ili na proces polimerizacije U principuvoda koja ispunjava uslove za spravljanje klasi#nih maltera moe se koristiti i za spravljanje

13



14/23

modifikovanih maltera Pri spravljanju maltera modifikovanih lateksom #esto se koriste dodacitipa QantipenuavcaQ u cilju smanjenja koli#ine uvu#enog vazduha U poslednje vreme na tritusu se pojavili polimerni lateksi koji ve! sadre odgovaraju!e antipenuavce" pa se mogu koristitibez dodavanja takvih agenasa prilikom spravljanja maltera

Sastav maltera modifikovanih lateksima odre(uje sena sli#an na#in kao i za klasi#ne maltere"odnosno u zavisnosti od zahtevane ugradljivosti sveeg maltera" projektovane #vrsto!e"vodonepropustljivosti" hemijske otpornosti i drugih zahtevanih svojstava o#vrslog maltera Priizboru sastava modifikovanih maltera treba u prvom redu voditi ra#una o onim svojstvima$#vrsto!a na zatezanje i savijanje" duktilnost" athezija i trajnost& koja se bitno poboljavajuprimenom polimera 7va svojstva su zavisna od polimercementnog odnosa u ve!oj meri nego odvodocementnog odnosa" ali se ne sme zanemariti ni uticaj vodocementnog faktora na svojstvamaltera Polimercementni odnos $kg6kg& predstavlja koli#nik izme(u ukupne koli#ine suvesupstance u polimernoj disperziji i koli#ine cementa u modifikovanom malteruLbog toga seprilikom usvajanja polimercementnog odnosa mora znati ta#na koli#ina suve materije u

primenjenoj polimernoj disperziji Pored toga" pri odre(ivanju vodocementnog faktora meavinemora se voditi ra#una i o koli#ini vode koja se u meavinu unosi preko polimerne disperzijeStvarni sastav konkretnog modifikovanog maltera definie se na osnovu rezultataeksperimentalnog ispitivanja

:odifikovani malteri imaju neto kra!e vreme obradljivosti u pore(enju sa obi#nim cementnimmalterima" iako vreme obrade zavisi u velikoj meri od temperature spoljne sredine Cudu!i damodifikovani malteri imaju mnogo bolju atheziju sa razli#itim materijalima" #ak i sa metalima"sva oprema i alati moraju biti oprani i o#i!eni odmah nakon kori!enja :odifikovane maltere ibetone ne treba ugra(ivati pri temperaturama niim od /R i viim od H,R; Prilikom

kompaktiranja modifikovanog betona i maltera treba izbegavati dugo vibriranje" odnosno suvinevibracije" da se ne bi izazvalo izdvajanje vode zajedno sa polimerom na povrinu betona6malteraTako(e" poznato je da je za hidrataciju cementa potrebna vlana sredina $voda&" dok je zaformiranje polimerne matrice potrebna suva sredina $vazduh&

M"6)n"sti za primen m"di#ik"/ani5 ma$tera i 1et"na

Cetoni i malteri modifikovani polimerima mogu se primenjivati u svim oblastimagra(evinarstva" kao i klasi#ni betoni i malteri :e(utim" zbog njihove vie cene" koriste se uslu#ajevima kada se od betona i maltera" pored #vrsto!e" zahtevaju posebna svojstva $korozionaotpornost" otpornost na habanje" otpornost na dejstvo mraza i soli za odmrzavanje" pove!anaduktilnost" manje skupljanje itd& Naime" ve!a po#etna ulaganja u betone i malteremodifikovanepolimerima" opravdavaju se produenjem eksploatacionog veka betonskihkonstrukcija 7d svih betona i maltera modifikovanih raznim vrstama polimera" najiru primenu

14



15/23

imaju malteri i betoni modifikovani lateksima 7vi kompoziti se koriste u mnogim specijalnimoblastima" gde obi#ni cementni malteri i betoni imaju ograni#enu primenu

U naoj sredini jo uvek nije otpo#ela masovnija primena betona modifikovanihpolimerima" a poslednjih godina zapo#ela je primena gotovih maltera modifikovanih polimerima"koji se uglavnom koriste za sanacione radove i izvo(enje industrijskih podova Prema dostupnim

podacima" primena istih u razvijenim zemljama" obuhvata prakti#no sve vrste objekata i sveoblasti gra(evinarstva" ali je najizraenija kod industrijskih i saobra!ajnih objekata 7va primenaodnosi se kako na gra(enjenovih" tako i na sanaciju postoje!ih objekata

2. Nanokompozitni materijali u vidu tankih filmova, prevlaka i premaza

Kompozitni materijali imaju veliki zna#aj i primenu u oblasti zatite kulturno)istorijskihspomenika Primena kompozitnih materijala $kao&.

Latitni filmovi nano #estica na bazi silicijum dioksida i polimera Prevlake za spomenike od kamena Nanomaterijali za konzervaciju zidnog slikarstva i kamena 1astvori nano #estica za zidno slikarstva i kamene povrine 3straivanje kamena N:1 tehnikama :eki i tvrdi nanomaterijali za restauraciju i konzervaciju kulturnog nasle(a :aterijali za kulturnu konzervaciju. eti#ki izazovi za konzervatore

Nan" (esti7e za "(/an'e #reski

'redna umetni#kadela na zidovima drevnih gra(evina kao to su hramovi" pe!ine teko jeo#uvati" ali bi primenjena nanotehnologija" mogla pomo!i i u ovom slu#ajuNalazite @a =ntigua;iudad :a


16/23

na taj na#in se obnavlja povrinski sloj slike U slu#aju da su u slici prisutne velike koli#inemagneziju)sulfata" moe do!i do kontra efekta i tu do izraaja dolazi barijum)hidroksid" #ijenano #estice ublaavaju tu reakciju" a spajanjem ova dva elementa moe se posti!i vrlo efikasnazatita povrina" kao i njena restauracijaUpravo su se tom meavinom zatitili crtei :aja u;alakumuliPromena na crteima se videla ve! za nedelju dana i dalja degradacija nije

prime!ena 7vo otkri!e otvorilo je sasvim novo poglavlje u zatiti drevnih spomenika iumetni#kih dela/

Slika -Nalazite @a =ntigua ;iudad :a


17/23

Uzorci prirodnog kamena ili ru#no izra(eni kalcijum karbonatni blokovi su tretirani kaomineralna podloga

a& b&

Slika %, Kapi vode na ;a;7Hpodlozi premazanoj sa.a& P::= sa %0 Si75$4 nm&V b& PP+ sa %0 Si75$4 nm&

Porast rapavosti postignuta je mineralnim hemijskim nagrizanjem ili kreiranjemdvokomponentnog nano filma na povrini podloge Kori!eni polimeri su P::= i PP+" dok sunano#estice silicijum dioksida razli#itih veli#ina iskori!ene za stvaranje nanokompozitnihfilmova 3spitivanje rapavosti premazanih i nepremazanih povrina i =: i merenja uglovakvaenja vodom pokazuju izraen uticaj hidrofobnosti na povrinsku rapavost Posebno" uslu#ajevima presvla#enja nanokompozitima" povrine postaju super hidrofobne?vokomponentne nanokompozitne filmove karakterie jednostavnost i niska cena" to ih #inikompatibilnim materijalima za zatitu od vode spomenika na bazi kamenaD

PRIMENA NANOKOMPOZITNIH MATERIJALA U ELEKTRONI>I

6P Caglioni" + ;arretti" ? ;helazzi" @ ?ei" 1 *iorgi" S *rassi" = :acherelli" C Salvadori" W5= ) ;olloidalScience and Nanotechnolog< for ;ultural 9eritage ;onservation

17



18/23

Super brzi raunari

Upotreba nano ica u izradi 1=:)a mogla bi omogu!iti stvaranje ra#unara koja su

spremna za rad iste sekunde kada se uklju#e ?ruga vana funkcija ove tehnologije je i o#uvanjepodataka ukoliko do(e do nestanka struje ?r Stuart Parkin" 3C:)ov istraiva# iz San oseapredstavio je svoje istraivanje o tzv ?racetrack memoriji


19/23

Nau#nici rade na razvoju nove klase Qplazmatskih metamaterijalaQ Nadaju se kako !ejednog dana ti materijali utrti put razvoju napredne opti#ke tehnologije poput. ultra)jakihmikroskopa i ra#unara" naprednih solarnih !elija" a moda #ak i plat nevidljivosti Profesorasistent elektri#nog i ra#unarskog inenjerstva na univerzitetuPurdue=leEandar Coltassev jerekao da !emozahvaljuju!i ovim novim materijalima uskoro mo!i koristiti@nano"foton#ke@

ure(aje na mnogo razli#itih na#ina La razliku od prirodnih materijala" metamaterijale moguodlikovati faktori loma manji od jedan pa #ak i manji od nula @om je pojava skretanjaelektromagnetskih tlasa" dakle i svetlosti" na granici sredstava razli#ite opti#ke gusto!e Lbogpojave loma svetlosti nama se #ini da se ravni tap uronjen u vodu savija na povrini

Testiranje je izvreno naBirck anotec!nolog"centru" smjetenom u Parku otkri!asveu#ilitaPurdue Plazmatski materijali mogli bi se primeniti na mnogim podru#jima :ogli biposluiti za izradu Xhiper)so#ivaX koja bi u#inila opti#ke mikroskope #ak deset puta ja#im" a kojibi mogli izotriti sliku objekta dimenzija molekula ?NK :ogli bi se iskoristiti za izradunaprednih senzora ili pak nove klase sustava za pretvorbu solarne energije :ogli bi uzrokovati

drasti#ne pomake u ra#unalstvu i uopteno elektronici koja koristi elektri#ne signale za obraduinformacijaStrujna kola zasnovanana tehnologiji opti#ke nano)fotonike mogli bi sabirati cele oblake

elektrona" tzv povrinskih plazmona te upravljati i preusmjeravati svetlost u ure(ajima premalimza dananje lasere Neki od novih materijala mnogo obe!avaju u spektru infracrvene svjetlosti1adi se o delu elektromagnetskog spektra od velike vanosti za telekomunikacijeU budu!nosti!ese fotonska elektronika vrteti oko novih tipova opti#kih tranzistora" sklopki i procesora ?ananjira#unari prenose i obra(uju podatke serijski" odnosno jedan po jedan podatak Nasuprot tome"ra#unala budu!nosti mo!i !e raditi s paralelnim tokovima podataka to !e omogu!iti razvoj brihmreaI

PRIMENA NANOKOMPOZITNIH MATERIJALA U;TAMPARSTVU

8http.66>>>znanostcom6clanak6novi)materijali)najavljuju)dolazak)nove)opticke)tehnologije

19

http://www.znanost.com/clanak/novi-materijali-najavljuju-dolazak-nove-opticke-tehnologijehttp://www.znanost.com/clanak/novi-materijali-najavljuju-dolazak-nove-opticke-tehnologije


20/23

Ytamparstvo je jedno od najzna#ajnih tehnolokih dostignu!a u ljudskoj istoriji Korenitamparstva datiraju iz '333 veka kada se u Kini i apanu pojavljuje tampa na papiru" a kaotamparske forme kori!eni su drveni i kerami#ki pe#atiU Z33 veku u Koreji prvi put se koristemetalni pokretljivi karakteri?anas postoji pet glavnih tamparskih tehnika koje zahtevaju kontaktni prenos ablona. reljefnatampa" gravura" litografija" skrin" elektrofotografija Krajem ZZ veka otkriveno je takozvanomikrokontaktno tampanje 1evolucionarstvo ovog procesa je u prenosu monomolekulskog slojamastila na povrinu substrata :ikrokontaktno tampanje je izvor za razvoj skupa sli#nihtamparskih pristupa sumarno nazvanisoft litografija. 7snovna karakteristika soft litografije jeformiranje kontakta molekulskih razmera izme(u elastomernog pe#ata i substrataPrednost pri kori!enju elastomera u mikrokontaktnom tampanju su.

) sposobnost deformacije pe#ata omgu!uje prilago(avanje hrapavim povrinamasubstrata

) mogu!nost kori!enja mikrokontaktnog tampanja na sfernim substratima $npr opti#kavlakna" so#iva& #ak i kad substrat ima radijus krive manji od %, nm

) elastomeri bazirani na P?:S)u $polidimetil)siloksan&" koji su u velikoj meri inertni"komercijalno su dostupni u irokom opsegu molekulske mase sa mogu!no!ukombinovanja sa drugim polimerima

Svi tamparski postupci se mogu podeliti u dva koraka Prvi je odre(ivanje preciznog ablona"drugi je da se on dovolno priblii supstratu da bi se eljeni postupak $prenos mastila" hemijskareakcija" pe#a!enje& mogao izvriti ?a bi se poboljale tamparske mogu!nosti i proirilotampanje na #vrste substrate kao to su metal" keramika" staklo i silikon upotrebljava se meka

guma za prenos sloja mastila Soft litografija koristi profilisan elastomerni pe#at koji ostvarujeprisan kontakt izme(u mastila na elastomernom pe#atu i substrata

P&MS kao materijal za 'tampar#ke peate

Najire kori!en elastomerni materijal u soft litografiji je P?:S $polidimetil)siloksan&koji ima visoko umreenu trodimenzionalnu strukturu" opti#ki je #ist" inertan" netoksi#an inezapaljiv P?:S" kao najkori!eniji materijal za pe#ate" je veoma mek" lako uspostavlja kontaktsa substratom i pokazuje odli#ne tamparske karakteristike sa nepolarim mastilima$alkanetiolima&Pored prednosti i iroke primene P?:S ima i svoje nedostatke Posle polimerizacije iumreavanja P?:S uzorci imaju hidrofobnu spoljnju povrinu Upravo ta hidrofobnost povrinepredstavlja jedan od nedostataka ovog polimera 9idrofobna povrina komplikuje tampanje sapolarnim mastilima Polarna mastila ispoljavaju slabu rastvorljivost u pomenutom organskompolimeru" pa je uzastopno tampanje problemati#no Kako bi se izmenila hemija povrine koristise plazma oksidacije ?odavanjem silanol grupa $Si79& povrina postaje hidrofilna i timepoboljava svojstva kvaenja sa polarnim mastilima Pomenuti efekat traje vrlo kratko" pa je

20



21/23

neophodno pristupiti pronalaenju hidrofilnih termoplasti#nih elastomera kako bi se ovi problemizaobili Clok)kopolimer koji sadri segmete. politetra metilen)glikola $PT:*& i polibutilen)tereftalata $PCT& kori!en je za hidrofilne gumene pe#ate Termoplasti#na i elastomerna svojstvaovog blok)kopolimera polieter)estra $P++& lee u dvofaznoj nanostrukturi koja uklju#uje #vrstPCT koji se ponaa kao fizi#ka faza i termo)reverzibilna umreena meka gumena PT:* faza

Uzorci tampani sa P++ pe#atima su zna#ajno bolji od onih koji su tampani sa P?:S pe#atima"kako u kvalitetu gaviranih ablona" tako i u o#uvanju otpornosti na graviranje u uzastopnomtamparskom procesu P++ uzorak je hidrofilniji u odnosu na P?:S P++ pe#ati mogu bitiupotrebljeni za uzastopno tampanje bez gubitka kvaliteta ?rugi nedostatak P?:S)aje njegovvrlo mali moduo $5:Pa& to ga #ini vrlo nestabilnimza visoke rezolucije mikrokontaktnogtampanja zbog udvajanja " avijanja i kolapsa reljefne strukture 1eenje ovog problema je #vr!iP?:S ili ispunjavanje materijala sa neorganskim deli!ima ili pove!anje gustine mreeNepoeljan efekat ovih metoda je to P?:S postaje krt i lomljiv ?eformacija pe#ata. blok)kopolimera stiren)butadien)stiren $SCS& i blok)kopolimera stiren)eilen)ko)butilen)stiren $S+CS&

je upore(ena sa P?:S pe#atom Kori!enje #vr!ih polimera $SCS" S+CS& rezultujesmanjenjem deformacije i na ovaj na#in uzorci mogu biti tampani tonije slu#aj sa P?:Spe#atimaCudu!i materijali mogu zahtevati da broj nepovezanih lanaca u polimernoj matricibude smanjen i da kontrola nad indeksom refrakcije bude poboljana toliko dobro kao i hemijskeosobine i adhezija na povrinu U budu!nosti pristupa#nost novih nisko skupljaju!ih i visokopre#i!enih polimera za proizvodnju pe#ata" baziranih na toplotnom ili U' umeavanju bi!ejedna od vode!ih sila za poboljanje solf litografije-

PRIMENA NANOKOMPOZITNIH MATERIJALA U

AVIOIN4USTRIJI

edan od najzna#ajnijih ciljeva me(unarodne aeronauti#ke industrije danas predstavljapove!anje efikasnosti aviona" a time i redukovanje potronje goriva" #ime !e se u mnogomesmanjiti visoki trokovi za gorivo i pomo!i u borbi protiv glovalnog zagrevanja edna odstrategija je smanjivenje teina letelica Sve popularnija metoda za redukciju teine jestekori!enje kompozitnih materijala" naro#ito poja#anih plasti#nih masa na bazi ugljeni#nihvlakana" umesto raznih metala" koji su bili standardni materijali tokom duge istorije savremeneavijacije Takvi kompozitni materijali se satoje od specijalnih polimera oja#anih slojevimaugljeni#nih vlakana" postavljenih u takvom smeru da osiguravaju optimalnu ja#inu

Lbog zahteva sigurnosti i pouzdanosti" tei se da delovi avionskih konstrukcija budu#vr!i" ilaviji i dugotrajniji Klju#no svojstvo je dinami#ka izdrljivost" odnosno otpornost nazamor ?inami#ka izdrljivost raste sa smanjenjem veli#ine zrna strukture materijalaNanostrukturirani materijali pruaju mogu!nost pove!anja dinami#ke izdrljivost za 5 do H putau odnosu na klasi#ne materijale Tako(e" delovi izra(eni od nanomaterijala su #vr!i i pri

9Prof dr aroslava Cudinski)Simendi!#lastomerni materijali, Tehnolokifakultet" Novi Sad" 5,,4

21



22/23

povienim i visokim temperaturama Pogonski sistemi svemirskih letelica $delovi raketa&podvrgnuti su vrlo visokim radnim temperaturama" pa su nanostrukturirani materijali izvrsnikandidati za takve primene @opatice plinskih turbina zati!uju se od toplote i erozije nizomslojeva keramike debljine od %, do %,,, nmNanotehnologija" vrelo podru#je za brojne inovacije na polju nauke" ima tako(e svoje mesto i u

proizvodnji avionskih delova od ugljeni#kih vlakana Nano#estice dodate u sinteti#ke smolemogu fantasti#no da pove!aju snagu i elasti#nost finalnih proizvoda Tako(e" nano#estice moguda poslue i kao zna#ajni usporiva#i vatre" pove!avaju!i sposobnost materijala da podnosetoplotu i gore bez stvaranja toksi#nih gasova

Slika %% 'rste materijala u Coeing 4+4 $4I4&

ZAKLJUAK

22



23/23

Nanotehnologija se zasniva na pojavama da" materijal na bazi #estica veli#ine ispod %,,nm" kori!en za stvaranje nanostrukture" dobija nove osobine i ponaanje u skladu sa njima 3akose nanotehnologija smatra najvanijim teorijskim sistemom ljudskog znanja za bliu budu!nost"

postoje ograni#enja na nekoliko osnovnih programa)konzerviranje i restauriranje kulturnebatinePrimenom ovih materijala produuje se vek trajanja kulturno)istorijskim spomenicima tite!i ihod razli#itih spoljnih" fizi#ko)hemijskih uticaja $vetar" voda" klima" hemikalije& U zidnomslikarstvu" njihov zna#aj ogleda se u vra!anju starog izgleda i desulfatizacije slika" kao io#uvanju lepka koji je kori!en pri stvaranju zidne slike" ili zamenom odgovaraju!imkompatibilnim materijalom" ne menjaju!i izgled stare slike 7snova svakog konzervatorskog irestauratorskog rada je dobro poznavanje materijala" uzro#nika ote!enja kulturno)istorijskihspomenika" primena odgovaraju!ih metoda zatite kao i angaovanje stru#nog tima iz razli#itihoblasti $tehnologija" istorija umetnosti" arhitektura" gra(evina" biologija" ekologija i sl&

La izradu nanostrukturnih materijala danas postoji ve! #itav niz tehnolokih postupaka koji su iliprilago(eni ili posebno razvijeni 3z dosadanje dinamike razvoja podru#ja nanostrukturiranihmaterijala mogu!e je zaklju#iti da !e se u bliskoj budu!nosti sve prednosti ovih materijala mo!iekonomski iskoristiti Pri tome se misli na zamenu dananjih materijala i poboljanje njihovihsvojstava" ali i na iskoritenje njihovih sasvim novih svojstava

Sposobnost ostvarenja eljenih svojstava po meri zahteva primene" osnova je za dalji razvojnanotehnologija proizvodnje nanostrukturiranih materijala" kojima se pripisuje klju#na uloga zaceo 5% vek 7sim tehnolokih i ekonomskih nedoumica za primenu" nezaobilazna su i ekoloka ieti#ka pitanja nanonauke i nanotehnologija

23