Analysis of energy transfer and ternary non-covalent filler/matrix/UV stabilizer interactions in carbon nanofiber and oxidized carbon nanofiber filled poly(methyl methacrylate) composites

Abstract

Ternary non-covalent interactions between carbon nanofibers (CNFs), oxidized carbon nanofibers (ox- CNFs), poly(methyl methacrylate) (PMMA) chains, and benzotriazole-containing UV stabilizers were analyzed using Fourier-transform infra red spectroscopy (FTIR), time-resolved fluorescence emission spectroscopy, and fluorescence lifetime imaging microscopy. The results indicated that PMMA chains form hydrogen bonds both with ox-CNF fibers and the UV stabilizer molecules. It was also determined that UV stabilizers strongly interact with CNF particles via p-p interactions. The extent of p-p and hydrogen bonding interactions was determined to be lower between ox-CNF particles and UV stabilizers due to less perfect graphitic structure of the former. The morphology of the composites indicated that the hydrogen bonds between PMMA chains and ox-CNF particles resulted in highly improved state of filler dispersion in ox-CNF/PMMA composites.

Las interacciones ternarias no covalentes entre nanofibras de carbono (CNF), nanofibras de carbono oxidadas (ox-CNF), cadenas de poli (metacrilato de metilo) (PMMA) y estabilizadores UV que contienen benzotriazol se analizaron mediante espectroscopia de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopía de emisión de fluorescencia resuelta en el tiempo y microscopía de imágenes de fluorescencia de por vida. Los resultados indicaron que las cadenas de PMMA forman enlaces de hidrógeno tanto con fibras ox-CNF como con moléculas estabilizadoras de UV. También se determinó que los estabilizadores de UV interactúan fuertemente con las partículas de CNF a través de interacciones p-p. Se determinó que la extensión de las interacciones de los enlaces de hidrógeno y p-p era menor entre las partículas ox-CNF y los estabilizadores UV debido a la estructura grafítica menos perfecta del primero. La morfología de los materiales compuestos indicó que los enlaces de hidrógeno entre las cadenas de PMMA y las partículas ox-CNF dieron como resultado un estado altamente mejorado de dispersión del relleno en los compuestos ox-CNF / PMMA.