پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: پلی (‌وینیل‌کلرید) (PVC, poly (vinyl chloride))، غیرزیست‌تخریب‌پذیر است و استفاده از نرم‌کننده‌های متداول در فرمول‌بندی آن به‌ویژه فتالات‌ها نگرانی‌های قابل‌توجهی از نظر سلامت انسان و آلودگی محیطی ایجاد کرده است. در این پژوهش، ترکیب‌های مختلف PVCو پلی (لاکتیک‌اسید) (PLA, poly (lactic acid)) با نسبت‌های متفاوت در مخلوط‌کن داخلی تهیه شد و اثر میزان پلی (لاکتیک‌اسید) و همچنین تأثیر انواع نرم‌کننده‌ها شامل دی‌اکتیل‌فتالات (DOP, dioctyl phthalate)، دی‌اکتیل‌آدیپات (DOA, dioctyl adipate)، روغن سویای اپوکسید شده (ESO, epoxidized soybean oil) و واکس کلره(Chlorinated paraffin wax) بر خواص مکانیکی و زیست‌تخریب‌پذیری PVCبررسی شد. علاوه ‌بر این، نقش سازگارکننده در بهبود توزیع فازPLA و افزایش سازگاری بین پلیمرها ارزیابی شد.
روش تحقیق: برای مطالعه رفتار مکانیکی، آزمون کشش (Tensile) و آزمون تحلیل دینامیکی (DMTA, dynamic mechanical thermal analysis) و تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM, scanning electron microscopy) برای بررسی مورفولوژی و توزیعPLA انجام شد. همچنین، آزمون زیست‌تخریب‌پذیری برای تحلیل رفتار تخریب نمونه‌ها در محیط انجام شد.
نتایج اصلی: نتایج نشان داد که ترکیب PVC/PLA(90/10)-DOP دارای توزیع مناسب فاز PLA در ماتریس PVC است، درحالی‌که در ترکیب PVC/PLA(80/20)-DOP توزیع نامناسب PLA در PVC مشاهده شد. افزودن سازگارکننده در نمونه PVC/PLA(80/20)-DOP موجب افزایش یکنواختی توزیع فاز PLA و بهبود استحکام کششی شد. نمونه‌های دارای PLA بیشتر، رفتار زیست‌تخریب‌پذیری بهتری نشان دادند که بیانگر نقش PLA به‌عنوان عامل افزایش‌دهنده تجزیه‌پذیری است. مقایسه انواع نرم‌کننده‌ها نشان داد که برخی از نرم‌کننده‌هایی که در این پژوهش استفاده شده است، خواصی مشابه نرم‌کننده DOP دارند و می‌توانند جایگزین مناسبی برای آن باشند. نتایج حاکی از آن است که استفاده هم‌زمان از PLA و نرم‌کننده‌های مناسب مانند ESO و نیز به‌کارگیری سازگارکننده، روشی مؤثر برای تولید نمونه‌های PVC با خواص مکانیکی و زیست‌تخریب‌پذیری بهبودیافته است.

چکیده در سالهای اخیر، استفاده از نانو صفحات گرافن (GnPs) در تهیه نانو کامپوزیت‌های پلیمری بسیار مورد توجه قرار گرفته است. چگونگی پخش GnPs در ماتریس پلیمری از اهمیت به‌سزایی برخوردار است به‌نحوی که می‌تواند بر ریزساختار و خواص نهایی نانو کامپوزیت تاثیرگذار باشد. بر این اساس، در این پژوهش تاثیر استفاده از سازگارکننده بر نحوه پخش GnPs و نیز شکل‌گیری ساختار داخلی، آرایش‌یافتگی و خواص کششی الیاف نانو کامپوزیت پلی‌پروپیلن (PP) حاوی GnPs مورد بررسی قرار می‌گیرد.
الیاف نانو کامپوزیت PP/GnPs حاوی %1/0 و %5/0 GnPs با و بدون سازگارکننده پلی‌پروپیلن گرافت شده با مالئیک انیدرید (PP-g-MA) به روش ذوب‌ریسی تهیه شدند. نحوه پخش GnPs و مکان قرارگیری آنها در درون الیاف با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و پراش اشعه ایکس با زاویه باریک (SAXS) بررسی شدند. همچنین آرایش‌یافتگی و بلورینگی الیاف به‌ترتیب با استفاده از طیف‌سنجی مادون قرمز پلاریزه (FTIR) و گرماسنج پویشی تفاضلی (DSC) مورد بررسی قرار گرفت. علاوه براین، به کمک تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) به‌دست آمده از سطح مقطع عرضی الیاف، چگونگی شکست در طی آزمون خواص کششی مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از مدل Halpin-Tsai نتایج آزمایشگاهی مدول کششی الیاف با مقادیر تئوری پیش‌بینی شده مقایسه شدند.
تصاویر TEM نشان می‌دهند که در الیاف نانو کامپوزیت حاوی سازگارکننده، میزان تجمعات GnPs کاهش یافته، اندازه تجمعات کوچک‌تر شده و پخش آنها بهبود یافته است. افزایش در طول ناحیه آمورف و بلوری (L_p) به‌دست آمده از آزمون SAXS نشان می‌دهد که در الیاف نانو کامپوزیت حاوی سازگارکننده، بخش اعظم GnPs در ناحیه درون فیبریلی قرار گرفته‌‌ا‌ند. براساس نتایج به‌دست آمده از آزمون FTIR پلاریزه و DSC، آرایش‌یافتگی و بلورینگی الیاف نانو کامپوزیت PP/G0.5 در حضور سازگارکننده به میزان قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد. همچنین اثر تقویت‌سازی GnPs در الیاف نانو کامپوزیت PP/MA/GnPs را می‌توان با پخش بهتر GnPs و تغییر ساختار داخلی الیاف تشریح نمود. علاوه بر این، حضور سازگارکننده در ساختار الیاف نانو کامپوزیت PP/GnPs، موجب تغییر رفتار شکست کششی الیاف از حالت انعطاف‌پذیر به حالت شکننده می‌شود.