بخشی از مقاله
چکیده
امروزه در صنعت از پلی پروپیلن به سبب خواص خوب همچون قیمت پائین، دانسیته کم، مقاومت حرارتی بالا، مقاومت شیمیایی بالا، شکل دهی راحت استفاده زیادی می کنند. بسیاری از کاربردهای صنعتی فیلمهای پلی پروپیلن به خواص چسبندگی خوب نیازدارند، حضور گروههای قطبی و مورفولوژی سطح فیلم نقش مهمی در بدست آوردن چسبندگی ایجاد میکند.
پلی پروپیلن به دلیل گروههای متیل قرینه و استحکام هیدروکربن یک سطح آبگریز دارد و این کاربردهای آن را محدود می کند. در صنعت برای بهبود خصوصیات سطح پلی پروپیلن آن را اصلاح می کنند. عملیات تخلیه کرونا سبب افزایش انرژی سطحی توسط ایجاد گروه های قطبی روی سطح میشود و چسبندگی خوبی بین پلی پروپیلن ورزین ایجاد می کند.
در این مطالعه ابتدا فیلم پلی پروپیلن را در دمای30 درجه سانتیگراد در حمام اولتراسونیک قرار داده تا ناخالصی ها زدوده شود. سپس با استفاده از عملیات کرونا سطح فیلم پلی پروپیلن اصلاح شد و فیلم عمل شده با کرونا با رزین و نانو کامپوزیت نقره /دی اکسید تیتانیوم با غلظت های مختلف نانو مواد آغشته گردید و از روش تاگوچی برای تجزیه وتحلیل آماری استفاده شد. پارامترهای متغیر در تاگوچی سرعت، ولتاژ، زمان و غلظت نانومواد انتخاب شد. برای بررسی تغییرات سطح از میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده شد و با استفاده از تحلیل تاگوچی مشخص شد که پارامتر غلظت نانو مواد بیشترین تأثیر را در اصلاح سطحی پلیمر و بهبود خصوصیات چسبندگی دارد، بدین معنی که با افزایش عملیات کرونا، بافت سطح و انحراف معیار تغییر پیدا کرده که تأیید دیگری بر تأثیر کرونا بر حکاکی سطح می باشد.
-1 مقدمه
پلی پروپیلن خواص بسیاری داردکه آن را درصنعت های گوناگون مفید می سازد. عمده کاربرد آن درصنعت نساجی است. خصوصیات اصلی آن عبارتند از استحکام بالا، پایداری در برابر میکروارگانیسم ها، جذب رطوبت کم، مقاوم در برابر شیمیایی ها، قابلیت شستشوی خوب، خشک کردن سریع، دارای ثبات رنگ، با دوام، ضد آلرژی ،کمک به ثبات ابعادی به دلیل جذب رطوبت کم [1] پلی پروپیلن در خودروها به کار می رود. فیلم پلی پروپیلن یک فیلم براق با یک استحکام بالا و مقاوم دربرابر سوراخ شدن است و خواص نوری خوبی دارد و در برابر هجوم حشرات پایدار است و قابلیت نفوذ آن در برابر گازها و بوها مناسب است. بنابراین برای بسته بندی غذاهای خشک به کار می رود
پلی پروپیلن به صورت فیلم ریخته گری شده فاقد آرایش، فیلم قالب ریزی دمشی، فیلم های آرایش دار و بدون آرایش و پوشش داده شده، تولید می شود . بسیاری از کاربردهای صنعتی فیلمهای پلی پروپیلن به خواص چسبندگی خوب نیازدارند، به عنوان مثال چسبیدگی توسط جوهر چاپ، رنگها و پوششها، لایه دار کردن و چسبهای رایج. به طور کلی حضور گروههای قطبی ومورفولوژی سطح فیلم یک نقش خیلی مهم برای بدست آوردن چسبیدگی خوب ایفا میکند. اگر چه فیلمهای پلی پروپیلن به سبب خاصیت غیر قطبیشان و کشش سطحی کم محدودیتهایی برای خواص کشش سطحی درچسبندگیشان دارند.
معمول ترین روش های اصلاح سطح پوشش پلی اولفین عبارتند از: کرونا، پلاسما، شعله که این عملیات برای افزایش پلیمریزاسیون سطح و اکسیداسیون به خوبی برای اصلاح کشش سطحی وخواص ممانعتی توسط تغییر زنجیر پلیمری به شکل مناسب می باشد. برای ایجاد گروههای عاملی مطمئن به سطح پلی پروپیلن به عنوان یک نتیجه انرژی سطحی افزایش می یابد و پیوندهای تقاطعی زنجیرهای پلیمری افزایش می یابد. همچنین کریستالیزاسیون سطح وسختی به واسطه تغییرات مورفولوژیکی افزایش مییابد.
عملیات تخلیه کرونا سبب افزایش انرژی سطحی توسط ایجاد گروههای قطبی روی سطح میشود. این خواص رطوبت و کشش سطحی را اصلاح میکند. تحقیقات زیادی درباره عملیات کرونا در 25 سال اخیر انجام شده است. سیستم عملیات کرونابرای افزایش انرژی سطحی غشاهای پلاستیکی،فویل ها و کاغذ به منظور اصلاح رطوبت پذیری و چسبندگی طراحی می شود.
امروزه نقره فلزی به شکل ذراتی با سایز کمتر از100 نانومتر به وجود آمده است که آن ها را نانوذرات نقره می نامند. این ذرات خواص غیرمعمول فیزیکی و شیمیایی و فعالیت های بیولوژیکی از خودنشان میدهند. نانوسیلوریاهمان نانوذرات نقره پرکاربرد ترین ذرات در حوزه نانو بعد از نانولوله های کربنی می باشد و هرروزه به کاربردآن دردنیای نانو افزوده می شود. یکی از دلایل کاربرد گسترده آن به دلیل خاصیت آنتی باکتریال این ذرات است.
نانوکامپوزیت ها شامل مواد چند فازی هستند که حداقل یکی از اجزای تشکیل دهنده آن در یک بعد اندازه کمتر از100 نانومتر داشته باشد. برای رسیدن به خواص بهتر در نانو کامپوزیت ها میبایست توزیع اندازه نانو ذرات و پراکندگی آنها در فازماتریس کامپوزیت را کنترل نمود
-1-2 بخش تجربی
-2-2 مواد و تجهیزات مورد استفاده
برای این تحقیق، از فیلم PP با ضخامت 60 میکرون و با آرایش یافتگی در یک جهت که در صنایع بسته بندی کاربرد دارد از شرکت پوشینه تهیه و مورد استفاده قرار گرفت. از رزین TS110 بر پایه اکریلیکی از شرکت سیماب رزین تهیه و استفاده گردید. این نوع رزین ها قابلیت اتصال به پلی پروپیلن بعد از عملیات سطحی را دارا می باشند. از نانواکسیدتیتانیوم کلویید محلول کلویید درآب با اندازه 8 نانومتر و غلظت 5 درصد و نانونقره محلول کلویید درآب با اندازه 10 نانومتر و غلظت0/1 mg/ml از شرکت plasma chem آلمان استفاده شد.
پس از تهیه نانوکامپوزیت براساس جدول تاگوچی ترسیم شده برای نمونه های مختلف کرونا شده، آن را برروی سطح PP اعمال کرده اما قبل از آن باید نانو Tio2 و نانونقره را با رزین ترکیب کرد. از آنجائی که نانو Tio2 و نانونقره در این نوع رزین ها پخش خوبی ندارد برای توزیع و پخش آن از دستگاه آلتراسونیک استفاده شد. ابتدا در حمام آلتراسونیک به مدت 30 دقیقه قرار داده تا ذرات نانو بطور کامل در رزین پخش شوند و سپس با استفاده از دستگاه همزن برقی به مدت نیم ساعت کاملا همزده شد تا کاملا هم خورده و پخش خوبی داشته باشند.
پس از تهیه رزین ها با استفاده از دستگاه فیلمکش، فیلمی به ضخامت 90 میکرومتر بر روی سطح کشیده و در دمای محیط کاملا خشک گردید تا نانو کامپوزیت بدست آمده برای آزمون ها آماده گردد. دستگاه کرونا استفاده شده در این تحقیق از نوع کرونا DC که در دانشگاه آزاد قائمشهر برای اصلاح سطحی پلیمر مورد استفاده قرار می گیرد بکار برده شد. ولتاژ این دستگاه متغیر بوده و قابلیت تغییر از 0 تا 10000 وات را دارا می باشد.
شکل -1 تصویر ماشین کرونای مورد آزمایش همراه با کیس تنظیم ولتاژ شکل -2تصویر تابش کرونا
این دستگاه بواسطه قادر بودن تغییر پارامترهای ولتاژ، زمان و دورقابلیت ایجاد اصلاح سطحی مختلف را بر روی PP فراهم می کند. از دستگاه AFM مدل DS-95-50E C-21 در شرکت مهار صنعت افزار برای مشخص کردن تأثیرات کرونا بر روی سطح و اثر حکاکی از این آزمون استفاده گردید. این دستگاه حکاکی بر روی سطح را در حالت سه بعدی نشان می دهدکه علاوه بر بافت سطح، متوسط زبری و کنده کاری های ایجاد شده را به خوبی نمایش می دهد.
شکل-3 نمایی از دستگاه AFM
-3 نتایج و بحث
بعد از اینکه نمونه ها تحت تابش الکترونی کرونا قرار گرفتند برای بررسی زبری و کنده کاری ایجاد شده بر روی سطح پلی پروپیلن از میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده گردید تا بر اساس تصاویر بدست آمده تجزیه و تحلیل روی آن صورت گیرد.
31 تصاویرمیکروسکوپ نیروی اتمی - AFM -
تغییرات در سطح فیلم پلی پروپیلن توسط آنالیز تصاویر AFM مورد مطالعه قرار گرفت برای مشخص کردن تأثیرات کرونا بر روی سطح و اثر حکاکی و زبری از این روش استفاده گردید. این روش زبری سطح و کنده کاری های ایجاد شده بر روی سطح را در حالت سه بعدی به خوبی نمایش می دهد.
کرونا اولیه : کرونا شده باولتاژ 100 ولت، زمان 1 دقیقه و دور6 متر بر دقیقه، کرونامینیمم: کرونا شده باولتاژ1000 ولت، زمان 3 دقیقه و دور 8 متر بر دقیقه، کرونای متوسط: کرونا شده با ولتاژ 5000 ولت، زمان 5 دقیقه و دور 10 متر بر دقیقه و کرونای ماکزیمم: کرونا شده با ولتاژ 10000 ولت، زمان 7 دقیقه و دور 12 متر بر دقیقه.
