بخشی از مقاله
چکیده:
دراین مطالعه پژوهشی تهیه و بررسی خواص رئولوژیکی و مکانیکی آمیخته پلی اتیلن ترفتالات/پلی اتیلن نفتالات انجام شد.آلیاژ PEN/PET با درصدهای وزنی مختلفی نسبت به هم شامل100/0، 75/725، 75/50،25/50 و 0/100 درصد وزنی با استفاده از دستگاه اکسترودر ZSK در دمای280 و 300 درجه سانتیگراد و در زمان اختلاط10 و 30 دقیقه تهیه شده است. رفتار فیزیکی مکانیکی نمونه ها با استفاده از دستگاه تست کشش، ضربه و SEM مورد بررسی قرار گرفت و تغییرات به وجود آمده در ساختار مولکولی و زنجیره های پلیمری مشاهده شد .
آلیاژ این دو پلیمر ذراتی مات با فاز ناسازگار می باشد که سعی و کوشش های فراوانی جهت تولید نوع شفاف آن شده است و چون رسیدن به خواص مطلوب مستلزم انجام فرآیند های سازگاری بین این دو پلیمر می باشد بنابراین لازم است که تا آنجا که امکان دارد میزان سازگاری بین این دو پلیمر را بالا برد. در نتیجه با افزایش دمای اختلاط میزان تبادل واکنش های استری افزایش می یابد و همزمان با افزایش تبادل استری، میزان سازگاری بین سطح مشترک دو فاز افزایش یافته و در نهایت خواص رئولوژیکی و مکانیکی افزایش مییابند. در نتیجه با تقویت خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمر PET با ترکیب پلیمر PEN می توان بطریهای PET را تبدیل به بطریهای چند بار مصرف قابل شستشو کرد.
واژه های کلیدی: پلی اتیلن ترفتالات ، پلی اتیلن نفتالات ، رفتار رئولوژیکی ، خواص فیزیکی ، آلیاژ
مقدمه
PET به دلیل خواص حفاظتی خوبی که دارد یک ماده خیلی متداول برای بسته بندی مواد می باشد و به طور وسیعی در ساخت بطری های نوشیدنی مورد استفاده قرار می گیرد و به دلیل شفافیتی که می توان به آن داد در مواردی از این نظر جایگزین شیشه می شود. از طرفی به منظور ارتقاءاین خواص - البته به جز شفافیت - می توان در صدی تبلور ایجاد کرد اما چون پایداری حرارتی کمی دارد PEN جایگزین خوبی می تواند برای آن باشد . پلی اتیلن نتفالات - - PEN دمای انتقال شیشه ای بالاتری نسبت به پلی اتیلن تر فتالات - - PET دارا می باشد و در مقابل اکسیژن به میزان 5 برابر PET مقاوم تر است و بنابراین از این می توان جهت ظروف آشامیدنی گرم استفاده کرد. اما به دلیل گران بودن PEN این ماده به صورت کوپلیمری با PET مورد استفاده قرار می گیرد و یکی از روش های جهت دستیابی به خواص حفاظتی و حرارتی مطلوب آلیاژ کردن این دو به نسبت ترکیب در صدی وابسته به خواص مورد نیاز می باشد.
پلی اتیلن نفتالات یک پلی استر گرانقیمت است که دارای طیف خواص نهایی بالایی میباشد بخصوص دارای مقاومت حرارتی بالا و مقاومت به نفوذ گاز - اکسیژن و - . CO2نوعاً خواص نفوذپذیری که توسط فیلمهای PEN بدست میآید 5تا 4 برابر فیلمهای PET میباشد. ظروف قالبگیری دمشی برای ذخیره غذاهای گرم و نوشیدنیهای گازدار که مستلزم پایداری حرارتی بالا و گاهی اوقات مقاومت به اسید و بطریهای نوشابه های الکلی که باید نفوذپذیری اکسیژن در آنها کمتر از 0/5 در مقیاس متریک باشد پتانسیل زیادی جهت کاربرد PEN/PET ایجاد نمودهاند. بطریهای چند بار مصرف در چندین کشور - آلمان، دانمارک و اسکاندیناوی - مورد استفاده قرار گرفتند . این چنین بطریها چندین بار توسط آب قلیایی شستشو داده میشوند و دوباره مورد استفاده قرار می گیرند . این شستشو معمولاً در دمایی نزدیک به دمای انتقال شیشه ای PET انجام می شوند و بطریهای یک بار مصرف به دلیل وقوع پدیده جمع شدگی برای این منظور مناسب نیستند.
بخش تجربی
مواد اولیه آلیاژ پلیمری PET/PEN از دو بخش تشکیل شده است. پلیاتیلن ترفتالات به روش پلیمریزاسیون تراکمی ذوبی از ترفتالیک اسید یا دی متیل ترفتالات و اتیلن گلیکول تهیه می شود. PET مورد نیاز جهت تهیه نمونه ها، پلیاتیلن ترفتالات گرید بطری پتروشیمی تندگویان1 می باشد. پلی اتیلن نفتالات 71001 با وزن مولکولی کم تر از 20000 و گرانراوی ویژه کمتر از 1/3 تهیه شده از شرکت SASA ترکیه - صنایع پلیاستر ترکیه - تهیه شده است. این پلیمر به طریق مشابه با پلیاتیلنترفتالات سنتز میشود تنها اختلاف در دمای مرحله نهایی بسپارش است که در پلیاتیلننفتالات 10 تا 15 درجه2سانتیگراد بالاتر است و این به دلیل دارا بودن نقطه ذوب بالاتر از پلیاتیلنترفتالات است.
مواد اولیه پلیاتیلن ترفتالات و پلی اتیلن نفتالات تهیه شده به مدت 24 ساعت در داخل دستگاه آون در دمای 100 درجه سانتیگراد قرار می دهیم تا کاملا خشک شوند و اثرات ناشی از رطوبت باعث نتایج اشتباهی نشود. پس از خشک شدن کامل، جهت به دست آوردن درصدهای مورد نیاز،مواد را با استفاده از ترازوی دیجیتال به نسبت مورد نیاز تهیه کرده و به صورت یکنواخت با هم مخلوط و سپس به قیف تغذیه در چند مرحله ریخته شدند. نمونه ها را در درصدهای مختلف وزنی نسبت به هم - 100/0، 25/75، 50/50، 75/25، - 0/100 با استفاده از اکسترودر ZSK ساخت شرکت COPERONI کشور آلمان در 280 درجه سانتیگراد تا 300 درجه سانتیگراد طبق جدول شماره 1 ، دارای ماردون دو مارپیچه همسوگرد با طول ماردون 100 سانتی متر و قطر مارپیچ 2/5 سانتی متر است که L/D=40 می باشد.
در این نمونه گیری از سرعت 250 rpm اکسترودر جهت تهیه نمونه استفاده شد.مخلوط به دست آمده به صورت یک رشته مذاب از دای اکسترودر خارج و به دلیل اینکه شکل جامد به خود بگیرد، از داخل حوضچه آب که نقش سیستم خنک کنندگی را ایفا می-کند، عبور میکند .سپس رشته های جامد به دست آمده را از داخل دستگاه آسیاب عبور میدهیم تا شکل گرانول را داشته باشند. گرانول بدست آمده برای هر ترکیب درصد را جداگانه در داخل آون به مدت 24 ساعت و در دمای 100 درجه سانتیگراد قرار میدهیم تا رطوبت به طور کامل از بین رفته و کاملا خشک شود تا اثرات ناشی از رطوبت باعث ایجاد حباب در زمان قالب گیری نشود.
نتایج و بحث
نتایج بدست آمده از آزمون خواص فیزیکی مکانیکی شامل نتایج تست کشش و ضربه می باشد. در تحلیل داده های بدست آمده از آزمون کشش معلوم شد که مدول کششی نمونه ها با افزایش میزان PEN به PET افزایش می یابد. مدول الاستیک مواد پلیمری ناشی از ساختار پلیمر می باشد و با تغییر ساختار پلیمر مدول تغییر می کند . با توجه به اینکه ساختار مولکولی PET شامل یک حلقه بنزن بوده و در پلیمر PEN این حلقه به دو 2 عدد افزایش یافته است در نتیجه ساختار ماده سخت تر شده و مدول الاستیک آلیاژ مرتبا افزایش می یابد. در مورد پر کننده های مواد پلیمری نیز این قضیه صادق است به دلیل ساختار سخت مواد پرکننده نسبت به مواد پلیمری با افزایش این مواد به آلیاژ های پلیمری مدول الاستیک افزایش مییابد.
دلیل افزایش مدول در شکل 1 افزایش ساختار 2حلقه ای PEN بوده که به عنوان جسم سخت عمل میکند و خاصیت پرکننده را در پلیمر افزایش میدهد. شکل 1 نوسان مدول الاستیک در نمونه های مختلف از آلیاژ پلی اتیلن ترفتالات و پلی اتیلن نفتالات را نشان میدهد. تغییر مدول الاستیک در آلیاژ حاوی پلیاتیلن نفتالات خالص محسوس می باشد که به دلیل ساختار سخت واحد پلیمری PEN می باشد.از بررسی آزمون کشش و داده های مربوط به مقاومت کششی آلیاژهای پلیاتیلن ترفتالات و پلی اتیلن نفتالات مشاهده می شود که مقاومت کششی پلیاتیلن ترفتالات خالص 68.3 Mpa و مقاومت کششی پلی اتیلن نفتالات خالص75 Mpa می باشد که دلیل این اختلاف ساختار مقاوم زنجیر پلیمری PEN نسبت به PET میباشد.
به هنگام آلیاژ کردن PET و PEN از ترکیب درصدهای مختلف آنها استفاده شده است. با توجه به شکل 2 مشاهده می شود که با افزایش 25 درصدی PEN به PET، مقاومت کششی به صورت چشمگیری افزایش پیدا میکند و به عدد 78 مگاپاسگال می رسد که افزایش %15 را نمایان می-کند.با افزایش درصد پلی اتیلن نفتالات به %50 وزنی، مقاومت کششی به نقطه اوج خود میرسد و به عدد 79 مگاپاسگال میل میکند. دلیل این افزایش در این ترکیب درصد را می توان در
