بررسی اثر کوپلیمر شانه­ای پلی(وینیل‌کلرید)-پیوند- پلی(بوتیل‌آکریلات) به‌عنوان نرم­کننده بر عملکرد فیلم­های پلی(وینیل‌کلرید)

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه مهندسی پلیمریزاسیون

2 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه مهندسی پلیمر

چکیده
موضوع تحقیق: این پژوهش به بررسی اثر نرم‌کننده‌های پلیمری بر پایه پلی(بوتیل‌آکریلات) (PBA) بر عملکرد فیلم‌های پلی(وینیل‌کلرید) (PVC) پرداخته است. هدف اصلی، سنتز و ارزیابی نرم‌کننده‌های کوپلیمر شانه‌ای PVC-g-PBA با زنجیره‌های PBA با طول‌های مختلف و بررسی تأثیر آن‌ها بر ریزساختار، خواص مکانیکی و پایداری فیلم‌های PVC بوده است.
روش تحقیق: زنجیره‌های PBA با درصدهای مولی مختلف (۴۰ تا ۸۰ درصد) از طریق پلیمری‌شدن رادیکالی کنترل‌شده به روش انتقال اتم (ATRP) به زنجیره‌های PVC پیوند زده شدند. ریزساختار کوپلیمرهای سنتزشده با استفاده از طیف‌سنجی فروسرخ (FT-IR) و رزونانس مغناطیسی هسته پروتون (1H-NMR) تأیید شد. سپس، این کوپلیمرها به‌عنوان نرم‌کننده (با درصد وزنی 22%) در ساخت فیلم‌های PVC استفاده شدند. خواص مکانیکی (تنش تسلیم و کرنش شکست)، مورفولوژی (به‌کمک آزمون پراش پرتو ایکس (WAXD)) ، پایداری نرم‌کننده در ماتریس PVC (آزمون استخراج) و رفتار حرارتی-دینامیکی (به کمک آزمون دینامیکی-مکانیکی حرارتی (DMTA)) مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج اصلی: افزایش درصد مولی PBA در کوپلیمرها منجر به کاهش تنش تسلیم از 53 به ۱۰ مگاپاسکال و افزایش چشمگیر کرنش شکست از 9 به %162 شد، که نشان‌دهنده بهبود انعطاف‌پذیری فیلم‌های PVC است. نتایج WAXD نشان داد که با افزایش درصد مولی PBA (تا %۶۳)، نظم زنجیره‌ها افزایش یافته، اما در درصدهای بالاتر (%۷۳)، بلورینگی کاهش می‌یابد که ناشی از ماهیت آمورف PBA است. آزمون استخراج، پایداری بالای نرم‌کننده‌های سنتز شده در ماتریس PVC را پس از ۲۴ ساعت تأیید کرد. تحلیل DMTA نشان‌دهنده تغییر دمای انتقال شیشه‌ای بین فازها با افزایش ترکیب درصد PBA بود. نرم‌کننده‌های سنتزشده در مقایسه با نرم‌کننده متداول DOP، عملکرد مکانیکی بهتری داشته و به‌عنوان جایگزینی مناسب با پایداری بالا در ماتریس PVC پیشنهاد شدند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigation of the Effect of Poly(vinyl chloride)-g-Poly(butyl acrylate) Brush Copolymer as Plasticizer on the Performance of the Poly(vinyl chloride) Films

نویسندگان English

Pooyeh Mehrabi 1
Maral Ghahramani 1
Ahmad Reza Bahramian 2
1 Polymer Reaction Engineering, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran
2 Polymer Engineering Group, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran
چکیده English

Research subject: This study investigates the effect of poly(butyl acrylate) (PBA)-based polymeric plasticizers on the performance of poly(vinyl chloride) (PVC) films. The main objectives were the synthesis and evaluation of graft copolymer plasticizers, PVC-g-PBA, with varying PBA chain lengths, and the examination of their impact on the microstructure, mechanical properties, and stability of PVC films.
Research approach: PBA chains with different molar percentages (40–80%) were grafted onto PVC chains via atom transfer radical polymerization (ATRP). The microstructures of the synthesized copolymers were confirmed using Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) and proton nuclear magnetic resonance (¹H-NMR). These copolymers were then used as plasticizers (at 22 wt%) in the preparation of PVC films. The mechanical properties (tensile strength and elongation at break), morphology (via wide-angle X-ray diffraction (WAXD)), plasticizer stability in the PVC matrix (extraction test), and thermomechanical behavior (via dynamic mechanical thermal analysis (DMTA)) were evaluated.
Main results: Increasing the molar percentage of PBA in the copolymers reduced the yield stress from 53 to 10 MPa, while significantly increasing the elongation at break from 9% to 162%, indicating enhanced flexibility of the PVC films. WAXD results revealed that at lower PBA contents (up to 63%), chain ordering improved, whereas higher PBA incorporation (73%) led to a notable reduction in crystallinity due to the amorphous nature of PBA. The extraction test confirmed the high stability of the synthesized plasticizers in the PVC matrix after 24 hours. DMTA analysis indicated shifts in the glass transition temperature between phases as the PBA content increased. Compared to the conventional plasticizer dioctyl phthalate (DOP), the synthesized plasticizers exhibited superior mechanical performance and are proposed as a highly stable alternative for PVC applications.

 

کلیدواژه‌ها English

Poly(vinyl chloride)
Poly(butyl acrylate)
Controlled radical polymerization
Plasticizer
Copolymer

  • تاریخ دریافت 18 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری
  • تاریخ پذیرش 21 تیر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 21 تیر 1404
  • تاریخ انتشار 01 دی 1403