بخشی از مقاله
چکیده
مااثر افزودن ذرات نانورس به پلی اتیلن سبک1 رامورد بررسی قرار داده ایم. بدین منظور کوپلیمر اتیلن ونیل استات2 به عنوان سازگار کننده بین این دو، مورد استفاده قرار گرفته است. فیلم های نانوکامپوزیتی با0،3و5درصد وزنی نانورس و0،5و10درصد وزنی اتیلن وینیل استات به روش حلالی تهیه شد. در این روش نانورس در دمای 80 درجه و به مدت 2 ساعت در زایلن - و یا تولوئن - پخش می شود.
این کار به منظور نفوذ مولکول های حلال به درون لایه های نانو رس انجام می شود. سپس پلی اتیلن سبک و اتیل ونیل استات به محلول اضافه شده و به مدت 3 ساعت در آن حل می شود. سپس محلول پلیمری داغ به دست آمده درون قالب شیشه ای ریخته شده و به مدت 1 ساعت در آونی با دمای 50 درجه سانتی گراد و متعاقب آن به مدت 1 روز در دمای محیط قرار داده می شود. بعد از تبخیر کامل حلال، فیلم پلیمری نازکی تشکیل شده که با غوطه ور سازی قالب درون آب به راحتی از سطح قالب جدا می شود.
چگونگی پخش ذرات نانو رس درون پلیمر وفاصله بین لایه های رس توسط XRD بررسی شده است جایی که اثر کوپلیمر اتیلن ونیل استات به عنوان سازگار کننده در افزایش فاصله بین لایه ای به طور کامل مشهود است. خواص مکانیکی فیلم های ساخته شده شامل مدول، ازدیاد طول در نقطه ی پارگی و نیز نقطه ی تسلیم، به منظور بررسی اثر افزایش نانو رس و نیز سازگار کننده به طور کامل بررسی شد. مورفولوژی و کریستالینیته فیلم ها نیز به ترتیب توسط تست های DSC وSEM مشخص شده است. در نهایت خواص نفوذناپذیری فیلم های ساخته شده مورد بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
کامپوزیت های پلیمری به دسته ای از مواداطلاق می شودکه در آنها یک یا چند نوع پرکننده3 برای بهبود خواص مکانیکی وفیزیکی درون پلیمر پخش شده است. نانوکامپوزیت ها4 به دسته ای ازکامپوزیت ها اطلاق می شود که در آنها ذرات پر کن دست کم در یک جهت دارای ابعاد نانو هستند.1]و[2 نانوکامپوزیتها دارای خواص مطلوبتری در مقایسه با پلیمر خالص و میکروکامپوزیتها هستند. از مزایای نانو کامپوزیت ها می توان به سختی ،هدایت حرارتی- الکتریکی ،پایداری حرارتی ومقاومت شیمیایی بالاتر اشاره کرد .
مدول ذخیره ای ، نرخ کریستالیزاسیون ، دمای انتقال شیشه ای ،HDT ، Flexural Modulus و Tensile Modulus نیز با افزایش نانو ذرات به پلیمر زیاد می شود. همه این عوامل نانو کامپوزیت هارا برای صنعت بسته بندی غذا ، بطری های نوشیدنی، بسته بندی های تتراپک برای شیر استریل و آب میوه، پیورپک برای بسته بندی شیر پاستوریزه و ماست، تری پک برای بسته بندی های کیسه ای، سه لایه برای شیر پاستوریزه و پنج لایه برای شیر استریل مناسب می سازد.
ازمزایای مهم دیگر نانو کامپوزیت ها می توان به خواص نفوذ ناپذیری بسیارعالی آنها5 برابر اکسیژن، دی اکسید کربن ، بخار آب وسایر گازها اشاره کرد که آنها را برای بسته بندی وتولید ورقه های
نازک6 صنایع مواد غذایی ودارویی ایده آل می سازد.3 ]و[4 ذرات نانو به صورت لایه های موازی چند تایی در پلیمر پخش می شوند که مسیر حرکت گازها درون پلیمر راطولانی کرده وبدین ترتیب فیلم های تهیه شده ازنانوکامپوزیت ها نفوذ نا پذیر هستند. ازطرفی چون درصد نانو ذرات کم است - حداکثر5درصد - ورقه تولید شده برای بسته بندی وضوح وشفافیت خود راازدست نمی دهد.[5]
- 2آزمایشات
- 1-2مواد
نانورس مورد استفاده نوعی مونتموریلونیت به نام Nanoclay DK1 می باشد که توسط آلکیل آمونیوم بهبود یافته است و فاصله بین لایه ای آن 2/5 نانومتر است. این سیلیکات صفحه ای محصول شرکت zhejiang fenghong clayاست و دانسیته و ظرفیت تبادل کاتیونی آن به ترتیب 1/77 گرم برسانتی متر مکعب و110 میلی اکی والان به ازاء 100 گرم نانورس است. دو نوع کوپلیمر اتیل ونیل استات با 18 و 28 درصد از ونیل استات مورد استفاده قرار می گیرد.
28 EVA درصد از شرکت هیوندای کره جنوبی تهیه شد با شاخص مذاب 1 5 0 g 1 0 m in و دانسیته ρ 0.95 g cm 3 و 18 EVA درصد هم از شرکت هیوندای کره جنوبی با شاخص مذاب 1.7 g 10min و دانسیته ρ 0.939 g cm 3 بود. حلال های مورد استفاده تولوئن و زایلن هستند که هر دو پلیمر اتیلن ونیل استات و پلی اتیلن سبک را حل می کنند .با افزایش در صد ونیل استات، پلیمر شفاف تر و نرم تر خواهد شد و اندیس جریان مذاب و میزان ازدیاد طول آن بیشتر خواهد شد اما دمای ذوب آن کاهش می یابد.
- 2-2روش آماده سازی فیلم ها
فیلم های پلیمری که جزء اصلی آن پلی اتیلن سبک است شامل 0، 5 و10 درصد اتیلن وینیل استات و0 ، 3 و 5 درصد نانورس می باشد.که اتیلن وینیل استات به منظور سازگار کننده بین پلی اتیلن سبک و نانورس است. در این روش که یک روش تک مرحله ای است. نانورس در دمای 100 درجه و به مدت 2 ساعت در زایلن و یا تولوئن 100 - سی سی - پخش می شود. این کار به منظور نفوذ مولکول های حلال به درون لایه های نانو رس انجام می شود.
سپس پلی اتیلن سبک و اتیل ونیل استات به محلول اضافه شده و به مدت 3 ساعت در آن حل می شود. سپس محلول پلیمری داغ به دست آمده درون قالب شیشه ای ریخته شده و به مدت 24 ساعت در دمای محیط قرار داده می شود. بعد از تبخیر کامل حلال، فیلم پلیمری نازکی با ضخامت حدود 60 میکرومترتشکیل شده که با غوطه ور سازی قالب درون آب به راحتی از سطح قالب جدا می شود.
- 3-2تجهیزات
فاصله ی بین صفحات در نانو رس خالص ونیز نانورس موجود در نانوکامپوزیت ها توسط دستگاه Philips PW 1800X-Ray diffractometer و در محدوده ی 2θ 1 −10o مشخص می شود.پرتو X-ray تشعشع Cu-Ka با طول موج λ 0.154nm در 40 kVو20 mAبود.تست کشش با استفاده از دستگاه Instron 5567 با بار 100 Nانجام شد.سرعت کشش 12/5 mm/minبود. تست های کشش انجام شده مطابق استاندارد ASTM D882 بوده که به منظور اطمینان بر روی هر نمونه 5 بار تست انجام شده و مقادیر به دست آمده مقدار متوسط است.
از تست کشش مقادیر مدول7، ازدیاد طول در نقطه پارگی8 و تنش تسلیم9 به دست آمد. Scanning Electron Microscope به وسیله Philips XL30 electron microscope به منظوربررسی مورفولوژی فیلم های نانوکامپوزیتی انجام شد.به همین منظور فیلم های پلیمری تحت نیتروژن مایع شکسته شده وپس از گرفتن پوشش طلا بر روی سطح شکست از آن عکس می گیرند. برای تعیین میزان نفوذ پذیری گازها از درون فیلم های پلیمری از دستگاه نفوذ که شماتیک این دستگاه در شکل زیر نشان داده شده است.
جنس این دستگاه از فولاد ضدزنگ است و از دو قسمت تشکیل شده است. فیلم پلیمری درون آن قرار گرفته و با باز کردن شیر گاز، گاز با فشار نسبی 5 بار به قسمت بالایی فیلم وارد می شود با گذشت زمان مقداری از گاز از درون فیلم عبورکرده و وارد قسمت زیرین آن می شود این گاز به یک دبی سنج حبابی هدایت شده و به این ترتیب دبی گاز عبوری از درون فیلم حساب می شود. فشار نسبی گاز خروجی از درون فیلم صفر می باشد. با داشتن ضخامت و مساحت فیلم ضریب نفوذپذیری از فرمول مربوطه حساب می شود. این فرمول در زیر توضیح داده شده است.
دستگاه اندازه گیری ضریب نفوذپذیری
به منظور اندازه گیری دمای ذوب و مقدار کریستالینیته فیلم ها از تست DSC استفاده شد به همین منظور نمونه هایی با وزن 5 میلی گرم روی پن های آلومینیومی قرار داده شد و به مدت 5 دقیقه در دمای 130- 50 گرم نگه داشته و دوباره سرد می شود. سپس سیکل دوم تکرار می شود. نتایج به دست آمده مربوط به این سیکل است.
