بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، نانوکامپوزیت آلیاژ پلیمری با خواص بهینهسازی شده به وسیله تزریق سوسپانسیون نانوکلی به درون اکسترودر دوپیچه همسوگرد تولید شد. برای انجام این کار از آلیاژ پلی اتیلن سبک - LDPE - و پلی اتیلن سبک خطی - LLDPE - با نسبت وزنی 60 به 40، سوسپانسیون نانوکلی اصلاح نشده در آب مقطر، انواع مختلف نمکهای آلکیل آمونیومی و سازگارکننده پلی اتیلن مالئیک انیدرید استفاده شد. نوع نمک اصلاحکننده میتواند بر پراکنش نانوذرات کلی بسیار تاثیرگذار باشد. در این کار تاثیر سه نوع نمک آلکیل آمونیومی متفاوت بر خواص نانوکامپوزیتها مورد بررسی قرار گرفت . نمکهای اصلاح کننده استفاده شده در این کار اکتادسیل تری متیل آمونیوم کلراید - OTAC - ، دودسیل تری متیل آمونیوم کلراید - DTAC - و دودسیل تری متیل آمونیوم برماید - DTAB - بودند.
علاوه بر نوع نمک اثر دو پارامتر دیگرشامل درصد نانوکلی و سرعت خوراکدهی نیز با روش سطح پاسخ بررسی شد. برای انجام این بررسی از روش سطح پاسخ استفاده شد. از آنجا که خواص نانوکامپوزیت ارتباط تنگاتنگی با پراکنش نانوذرات در درون آن دارد، آزمونهای رئولوژیکی و پراش اشعه ایکس میتوانند به طور غیر مستقیم برای پیش بینی خواص نانوکامپوزیتها به کار گرفتهشوند. نتایج آزمونهای رئولوژیکی نشان داد که تولید نانوکامپوزیتها با نمک OTAC در سرعت خوراکدهی پایین خواص بهتری را برای نانوکامپوزیت به همراه میآورد. همچنین نتایج آزمون پراش اشعه ایکس نیز تأیید کرد که استفاده از نمک OTAC باعث باز شدن بیشتر صفحات نانوکلی از هم و در نتیجه باعث پراکنش و خواص بهتر نانوکامپوزیت میشود.
-1 مقدمه
روشهای متفاوتی برای تهیه نانوکامپوزیتهای پلیمر/کلی وجود دارد. در این میان، پراستفادهترین روش برای تهیه این نانوکامپوزیتها روش اختلاط مذاب است. این عمل توسط ذوب کردن پلیمر یا آلیاژ پلیمری در اثر حرارت و برش و سپس اختلاط ذرات نانوکلی با آن در حالت مذاب و تحت میدانهای برشی انجام می شود .[3-1] روشهای اختلاط مذاب پیوسته - اکستروژن - برای تهیه نانوکامپوزیت- های پلیمری از نظر صنعتی اهمیت بالاتری نسبت به روش های غیر پیوسته - اختلاط گر داخلی - دارند.
هدف اصلی در تهیه نانوکامپوزیتهای پلیمر/ نانوکلی، پخش شدن هرچه بیشتر نانوذرات در بستر پلیمری است. در این حالت امکان استفاده هرچه بیشتر از مساحت سطح فوق العاده بالای ذرات نانوکلی پدید میآید و خواص نانوکامپوزیت تولید شده بهبود مییابد. یکی از پر مصرفترین پلیمرها برای تهیه این نانوکامپوزیتها پلی اتیلن میباشد. این پلیمر به دلیل خواص مناسب و هزینه پایین در زمینه- های متنوعی توسط محققان مورد استفاده قرار گرفتهاست. یک مشکل اساسی برای تهیه نانوکامپوزیت پلی اتیلن / نانوکلی این است که پلی اتیلن آب گریز است و نانوکلی طبیعی ماده ای آبدوست است. به علت همین اختلاف در ماهیت، برهمکنش بین این دو ماده در این حالت چندان زیاد نیست و امکان پراکندن ذرات نانوکلی در بستر پلیمر مذاب فراهم نمیشود.
برای رفع این مشکل ذرات نانوکلی را به وسیله واکنش دادن با نمکهای آلکیل آمونیوم که عموما اصلاح کننده نامیده میشوند اصلاح میکنند تا خاصیت آبدوستی آن را کاهش دهند. پلیمر را نیز به وسیله اختلاط با موادی که سازگار کننده نامیده میشوند مقداری قطبی میکنند. با این روش تفاوت ماهیتی بین پلیمر و نانوذرات کمتر شده و امکان پراکنش نانوذرات در ماتریس بیشتر میشود. تولید نانوکامپوزیتها به این روش فرایندی پیچیده است زیرا عوامل موادی متعددی نظیر نوع نمک اصلاح کننده، مقدار نمک اصلاح کننده، نسبت نانوذرات به اصلاح کننده، نوع سازگارکننده، نسبت پیوند خوردگی سازگارکننده، وزن مولکولی سازگارکننده، امتزاج پذیری سازگارکننده با پلیمر، نسبت وزنی نانوذرات به سازگارکننده و عوامل فرایندی بسیاری از قبیل شکل پیچ، سرعت پیچ، پروفایل دمایی پیچ، نرخ خوراکدهی مواد، ترتیب خوراکدهی مواد همگی پارامتر هایی تاثیرگذار بر این فرایند هستند .[4]
در این میان ابتکاری در فرایند اختلاط مذاب نیز رخ دادهاست که در آن از آب برای پراکنش بهتر نانوذرات کلی در ماتریس پلیمری استفاده میشود .[5]به طور کلی روش تزریق به سه نوع مختلفِ تزریق سوسپانسیون، تزریق آب و تزریق محلول اصلاح کننده انجام میشود. شکل - 1 - نحوه اضافه کردن مواد در هر روش را نشان میدهد. هر یک از این روش ها معایب و مزایای خود را دارند. برای مثال در روش تزریق سوسپانسیون آب بسیار زیادی به درون اکسترودر اضافه میشود که فرایند تولید را پیچیده تر میکند. روش تزریق محلول فقط برای نمکهایی که محلول در آب باشند قابل استفاده است. نانوکامپوزیتهای تولید شده به روش تزریق آب نیز خواص نسبتا ضعیفتری را در مقایسه با دو روش دیگر نشان میدهند. در نهایت بررسیها نشان میدهد نانوکامپوزیتهای تهیه شده به روش تزریق سوسپانسیون میتوانند به خواص بهتری در مقایسه با دو روش دیگر دست یابند .[6]
در این پژوهش، نانوکامپوزیتهای آلیاژ پلی اتیلن سبک - LDPE - و پلی اتیلن سبک خطی - - LLDPE حاوی نانوذرات کلی در شرایط مختلف به روش های اختلاط مذاب پیوسته - اکستروژن - تهیهشدند. برای پراکنش مناسب نانوذرات کلی از روش تزریق سوسپانسیون برای تولید نانوکامپوزیتها استفاده شد. به منظور تولید نانوکامپوزیت آلیاژ پلیمری با خواص بهینه سازی و پراکنش بیشتر نانوذرات کلی از روش سطح پاسخ از نوع باکس-بنکن استفاده شد. متغییرهایی که مورد بررسی قرار گرفتند عبارتند از نوع نمک، درصد نانوکلی و سرعت خوراکدهی. در نهایت برای بررسی خواص نهایی نانوکامپوزیتها نیز از آزمونهای رئولوژیکی و پراش اشعه ایکس استفاده شد.
