بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، اثر مقدار نانو رس بر ویژگیهاي آتشگیري ماده مرکب چوب پلاستیک حاصل از پلی وینیل کلراید و آرد چوب مورد بررسی قرار گرفت.براي این این منظور، آرد چوب با نسبت وزنی 60 درصد با پلی وینیل کلراید مخلوط شد و نانوکلی نیز با نسبت وزنی 0، 2، 4 و 6 درصد استفاده گردید، همچنیین ماده سازگار کننده MAPP به میزان 3 درصد در تمام ترکیبها بکار رفت. سپس نانو کامپوزیت چوب پلاستیک با استفاده از روش قالبگیري تزریقی ساخته شد، و آزمون هاي مختلف آتشگیري شامل مقدار ذغال باقیمانده، مقدار سوختن، دود تولید شده، زمان سوختن و مقدار حرات آزاده شده مطابق استاندارد ASTM بر روي نمونه ها انجام گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش مقدار ذرات نانو کلی، مقدار ذغال باقیمانده و زمان سوختن نانو کامپوزیت حاصله افزایش یافته، در صورتی
که مقدار سوختن، مقدار حرارت آزاده شده و مقدار کل دود تولید شده کاهش می یابد. همچنیین مطالعات ساختاري نانو کامپوزیت چوب پلاستیک به روش پراش اشعه ایکس نشان داد که توزیع ذرات نانو رس در زمینه پلیمري از نوع بین لایه اي است، و با افزایش مقدار ذرات نانو رس فاصله بین لایه ها کاهش می یابد.
واژهاي کلیدي : نانو کامپوزیت چوب پلاستیک، نانو رس، خواص آتشگیري، پلی وییل کلراید، پراش اشعه ایکس
مقدمه
یکی از مشکلات اساسی کامپوزیت هاي چوب پلاستیک قابلیت آتشگیري بسیار زیاد آنها است از این رو در ده اخیر به دلیل وضع قوانین جدید دولتی در رابطه با ایمنی مصرف کنندگان کند سوز کننده ها رشد چشمگیري داشته اند. بعضی از پلیمرها مثل مثل پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن کاملا آشتعال پذیر بوده در حالی که برخی دیگر از پلیمرها نظیر پلی وینیل کلراید به علت وجود عنصر کلر هالوژنی دیرتر مشتعل می شوند، ولی با این حال همه پلیمرها به کند سوز کننده نیاز دارند. به همین خاطر در سالهاي اخیر استفاده از ترکیبات شیمیایی نظیر اکسید آنتی موان، ترکیبات هالوژن دار آلی، تري هیدرات آلو مینیوم، هیدروکسید منیزیم، فسفاتهاي آلی، ترکیبات بورات، ترکیبات مولیبدنیوم و غیره به عنوان کند سوز کننده آتش1 در ساخت کامپوزیت ها ي چوب پلاستیک متداول شده است. ولی این ترکیبات باید به مقدار زیاد در ساخت کامپوزیت بکار روند تا روند کند سوز کنندگی بطور مؤثري انجام گیرد که این امر موجب افزایش دانسیته، کاهش انعطاف پذیري و خواص مکانیکی و مشکلات در مراحل اختلاط و ساخت کامپوزیت می گردد. از طرف دیگر این ترکیبات در هنگام سوختن دود و منو اکسید کربن و گاز هاي سمی زیادي از خود متصاعد می کنند که این امر خود مشکلات زیست محیطی را به وجود می آورد 6]
و .[ 7 لذا امروزه استفاده از ترکیبات شیمیایی جدید با ابعاد کاملا متفاوت در مقیاس نانو نظیر ذرات نانو رس2 به علت ماهیت ریز ساختاري و نحوه عملکرد جهت بهبود خواص کار بردي فراورده مرکب پلیمري ضرورت یافته است.همچنیین این ترکیبات به علت بر خورداري از ساختار بلوري شکل و ایجاد دالان هاي رسی می توانند موجب افزایش دوام کامپوزیت چوب پلاستیک در برابر اشتعال و بالا بردن توان کند سوزکنندگی آن جهت مصارف صنعتی گردند 2] ، 11و .[12
رفتار آتشگیري پلیمرهاي گرما نرم، گرما سخت و الاستومرها را با نانو کامپوزیت هاي مربوط به آنها که حاوي %5 خاك رس اصلاح شده بود. با استفاده از کا لریمتر مخروطی مقایسه نمودند.نتایج کاهش آتشگیري را براي تمامی نانو کامپوزیت هاي پلیمر – خاك رس نشان دادند. به طوري که تأثیرات ذرات نانو رس در کاهش آتشگیري و بهبود پایداري حرارتی پلیمرهاي گرما نرم بسیار قابل توجه بود.[1]
اظهار داشتند که تأثیر پرکننده ذرات نانورس بر خصوصیات کامپوزیت ها به شکل، اندازه، ضریب ظاهري،نوع، مقدار و کیفیت پراکنده شدن ذرات و چسبندگی آنها در سطح اتصال بستگی دارد . همچنین بیان کردند که افزو دن مقادیر اندك ذرات نانورس موجبات بهبود خواص مکانیکی، حرارتی و ثبات ابعاد در کامپوزیت ها را فراهم می سازند.[12 ]
در مطالعه کامپوزیت هاي چوب - پلی پروپیلن دریافتند که به هنگام استفاده از ترکیبات نانورس مقدارحرات آزاد شده 3، مقدار کاهش وزن 4 و تولید گازهاي سمی نانوکامپوزیت به هنگام احتراق و آتشگیري بطور معنی داري کاهش یافته وزمان سوختن 5 افزایش می یابد.[3]
با مطالعه تخریب حرارتی نانوکامپوزیت حاصل از پلی متیل متاکریلات و خاك رس مونتموریلونیت بیان کردند که ذرات نانورس به خاطر داشتن ضریب ظاهري بالا، تشکیل ساختار لایه لایه اي و بین لایه اي و ایجاد مکانیسم نفوذناپذیري موجب افزایش دماي تجزیه حرارتی، کاهش سرعت آزادسازي حرارت و تأخیر زمان اشتعال نانوکامپوزیت می گردند.[4 ]
مواد پلیمري اغلب به وسیله پرکننده ها براي اصلاح خواص مکانیکی تقویت می شوند، به تازگی کامپوزیت هاي پلیمر- خاك رس اصلاح شده - نانورس - علایق زیادي را در حوزه صنعت و پژوهش ایجاد کرده اند، زیرا این ترکیبات در مقایسه با پلیمرهاي خالص و کامپوزیتهاي معمولی خواص عالی از خود نشان می دهند . بنابراین با توجه به اهمیت موضوع و رویکرد جهانی به سوي نانوکامپوزیتها و ناشناخته بودن سازوکار این مواد، در سالهاي اخیر مطالعات بسیاري در راستاي شناسایی خواص نانوکامپوزیت هاي پلیمري- خاك رس و توسعه کاربردي این گروه از مواد شکل گرفته است 11 ] و .[ 12 از اینرو، این تحقیق با هدف بررسی تأثیر ذرات نانوکلی بر ویژگیهاي آتشگیري کامپوزیت چوب پلاستیک حاصل از آرد چوب و پلی وینیل کلراید صورت گرفت.
مواد و روشها
در این تحقیق از پلی وینیل کلراید، تولید شده توسط شرکت پتروشیمی اراك با چگالی1/3 g/cm3 به عنوان ماده پلیمري، از مالئیک انیدرید پیوند شده با پلی پروپیلن از محصولات شرکت بلژیکی Solvay با شاخص جریان مذاب 64 g/10min و نام تجاري20070 Priex به عنوان عامل سازگارکننده، وآرد چوب پهن برگان بصورت مخلوط تولید شده توسط شرکتآریاسلولزقزوین ، با مش 150مورد استفاده قرار گرفت .همچنین از پودر نانوکلیCloisite15A تولید شده توسط شرکت Southern-Clay کشورآمریکا با نام تجاري Cloisite 15A - d001= 31 ,5 Ao - استفاده گردید .
فرآیند اختلاط
همچنین به منظور بررسی اثر میزان ذرات نانورس بر خواص کامپوزیت چوب پلاستیک حاصل از پلی وینیل کلراید-آرد چوب ، نانورس کلویزیت 15 Aدر چهار سطح 0، 2، 4 و 6 درصد مورد استفاده قرار گرفت - جدول . - 1 فرآیند اختلاط مواد با دستگاه مخلوط کن داخلی1 در پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران با دماي اختلاط 150 OCو سرعت اختلاط 80 دور در دقیقه انجام شده که پس از اختلاط مواد،چند سازه بی شکل تولید شده پس از سرد شدن دوباره آسیاب شده و به دستگاه قالب گیري تزریقی 2 منتقل شده و این دستگاه پس ازذوب مجدد، ماده مذاب را به درون قالب هایی تزریق نموده و نمونه هاي مورد نظر تهیه می شود.
اندازه گیري خواص آتشگیري
نمونه ها به صورت ورقهاي با ابعاد 100 ×100× 6میلی مترمکعب جهت انجام آزمون تهیه شدند، و آزمونهاي مختلف آتشگیري به ترتیب ذیل انجام شد.[9]
- -1 مقدار ذغال باقی مانده - - CR مطابق استاندارد ASTME - 1354 توسط دستگاه Calorimetr انجام پذیرفت
