بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، نانوکامپوریت پلیاستایرن مقاوم به ضربه -اکسید روی - HIPS-ZnO - با درصدهای وزنی 1 - ، 2 و 3 درصد - و با بکارگیری نانوذرات 30 و 70 نانومتری تهیه شد. خواص فیزیکوشیمیایی نمونههای بدست آمده با انجام تستهای نقطه نرمی وایکات، استحکام ضربه Izod، شاخص جریان مذاب - MFI - و خواص مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت و با خواص HIPS مقایسه گردید. نتایج بدست آمده نشان داد خواص فیزیکوشیمیایی نمونههای بدست آمده از افزایش اکسید روی 30 نانومتری با درصد های وزنی مختلف تغییر چندانی نسبت به خواص HIPS نشان نمیدهد.
درصورتی که استحکام ضربه Izod و دمای نقطه نرمی وایکات با افزایش مقدار اکسید روی 70 نانومتری افزایش و مقدار MFI کاهش مییابد. همچنین بیشترین استحکام کششی به نانوکامپوزیت HIPS-1%ZnO 70nm متعلق است. به منظور بررسی پایداری حرارتی و ویژگیهای مورفولوژیکی نانوکامپوزیت فوق از تکنیکهای - Thermogravimetric Analysis - TGA و - Scanning Elecron SEM Microscope - بهره گرفته شده است.
-1 مقدمه
پلیمرهای صنعتی و از جمله پلیاستایرن با دارا بودن مزایایی چون ارزانی، انعطافپذیری، قابلیت فراورش، سبکی و ... دارای کاربردهای وسیع در زمینه های مختلف میباشند. با این وجود، خواص مکانیکی ضعیف آنها مانع بکارگیری آنها در زمینههایی می شود که نیازمند موادی با خواص مکانیکی بالا میباشد. یکی از راهکارهای موجود برای تقویت این خواص تهیه نانوکامپوزیت از طریق افزایش نانو ذرات به ماتریکس پلیمری میباشد.
در این میان نانوذرات اکسید روی بعلّت دارا بودن خواص منحصر بفرد، از جمله پایداری شیمیایی بالا، ثابت دی الکتریک پایین، فعالیت کاتالیزوری بالا، جذب بالای نور ماورای بنفش و مادون قرمز و ... بعنوان یکی از نانوذرات ایدهآل جهت تهیه نانوکامپوزیت پلیاستایرن مطرح میباشد. بطور کلی گزارشات معدودی در زمینه تهیه نانوکامپوزیت پلیاستایرن- اکسید روی به روش محلول - Jeeju, 2012:5433 - و روش درجا - Chen, 2008:3271 - وجود دارد که با هدف بهبود خواص فرآورده مورد نظر سنتز شده است.
به عنوان مثال Chae و همکارش نانو کامپوزیت پلی استایرن- اکسید روی را به روش محلول تهیه کرده و خواص فیزیکی آن را مورد بررسی قرار دادند. نتایج بدست آمده حاکی از توزیع یکنواخت نانوذرات در ماتریکس پلیمری و تقویت خواص پایداری حرارتی و خواص مکانیکی در مقایسه با خواص پلیاستایرن خالص بود. Jeeju و همکارانش نیز نانوکامپوزیت پلیاستایرن- اکسید روی را به روش محلول تهیه کرده و خواص جذب نوری آن را به منظور کاربرد در حسگرها مورد بررسی قرار دادند.
در کار پژوهشی دیگری Chen و همکارانش نانوکامپوزیت پلیاستایرن -اکسید روی را به روش امولسیون و با آغازگرهای متفاوت تهیه کرده و تأثیر نوع آغازگر را بر خواص مورفولوژیکی کامپوزیت حاصل بررسی کردند. در کار پژوهشی حاضر با هدف بهبود خواص فیزیکوشیمیایی پلیاستایرن در جهت گسترش دامنه کاربرد آن، تهیه نانوکامپوزیت پلیاستایرن- اکسید روی به روش ذوب انجام گرفته است. جهت بررسی خواص فیزیکوشیمیایی نانوکامپوزیت تهیه شده و مقایسه آن با پلیاستایرن از تکنیک های Vicat، Izod، MFI، TGA، SEM و Tensile بهره گرفته شده است.
-2 تجربی
-1-2 مواد شیمیایی
پلیاستایرن مقاوم به ضربه - HIPS 7240 - به صورت گرانول و روغن معدنی - Mineral Oil - از پتروشیمی تبریز و نانوذرات اکسید روی - ZnO - با اندازه های 30 و 70 نانومتر از شرکت UC آمریکا تهیه شد. کلیه مواد مورد استفاده بدون خالص سازی اوّلیه و همانگونه که خریداری شده بودند استفاده شدند.
-2-2 دستگاه ها
برای تعیین نقطه نرمی وایکات و استحکام ضربهای آیزود از دستگاه Ceast ساخت کشور ایتالیا استفاده شد. آزمون MFI با استفاده از دستگاه تعیین شاخص جریان مذاب Zwick ساخت کشور آلمان انجام شد. بررسی خواص مکانیکی با استفاده از دستگاه کشش مدل z010 ساخت شرکت Zwick/Roell آلمان انجام شد . برای اندازه گیری TGA دستگاه Mettler Toledo آمریکا بکار گرفته شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مدل VP1430 ساخت شرکت LEO انگلستان برای بررسی مورفولوژی نانوکامپوزیت استفاده شد.
-3-2 تهیه نانوکامپوزیت پلیاستایرن- اکسید روی
جهت تهیه نانوکامپوزیت پلیاستایرن-اکسید روی، در مرحله اوّل پلیاستایرن و نانوذره با توجه به مقادیر و درصدهای وزنی مشخص شده در جدول و با کمک روغن معدنی بوسیله دست با یکدیگر مخلوط شدند. از 2 گرم روغن معدنی برای چسباندن نانوذره اکسید روی بر سطح گرانول پلیاستایرن به هنگام مخلوط کردن استفاده شد. در مرحله دوم، مخلوطهای بدست آمده از پلیاستایرن و نانوذرات اکسید روی جهت تهیه نانوکامپوزیت به روش مذاب درون اکسترودر با شرایط زیر ریخته شدند.
دمای اکسترودر به ترتیب از ابتدا تا انتهای دستگاه 156، 169، 188، 198، 215، 227، 221 و 223 درجه سانتیگراد، دور - screw - اکسترودر 120 rpm، دمای ماده مذاب 230 درجه سانتیگراد، فشار ماده مذاب 4/5 بار و سرعت بارگیری خوراک 34/8 rpm بوده است. گرانولهای تهیه شده از نانوکامپوزیت جهت انجام تست کشش در قالب دمبلی شکل تزریق شدند. در دیگر تستها از گرانول استفاده گردید.
