بررسی ویژگی های پلیمرشدن، پخت و رفتار مکانیکی نانوکامپوزیت پلی استری غیراشباع: اثر نسبت مونومرها و غلظت نانوسیلیکات

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه پلیمر، بخش فنی مهندسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 پژوهشگاه پلیمرو پتروشیمی ایران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش،  پس از تهیه پلی استر غیراشباع با نسبت­ های گوناگون مونومرهای انیدریدی، مقدارهای گوناگون نانوسیلیکات به پلیمر افزوده شد و رفتار پخت و ویژگی­ های مکانیکی نانوکامپوزیت بررسی شد. طی واکنش استری شدن، رزین پلی­ استرغیراشباع با استفاده از نسبت ­های مولی گوناگون مونومرهای انیدریدی (مالئیک بر فتالیک به نسبت­های 10 تا 90 درصد) با پروپیلن گلیکول سنتز شد. برای بررسی پیشرفت پلیمریزاسیون از روش اندازه ­گیری عدد اسیدی استفاده شد. با افزایش درصد مولی مالئیک انیدرید، زمان واکنش پلیمریزاسیون و رسیدن به عدد اسیدی دلخواه افزایش یافت. در مرحله بعد، پخت رزین­ انجام شد. رفتار پخت با استفاده از نمودار پخت و اندازه ­گیری زمان ژل شدن تعیین شد. نمودار پخت نشان داد که با افزایش نسبت مونومر مالئیک از 10 تا 90 درصد، زمان پخت 77% کاهش و دمای بیشینه گرمازایی 24% افزایش یافت.  افزایش مقدار مالئیک انیدرید از 10 تا 90 درصد، سبب تغییر استحکام کششی از 11 به 70 مگاپاسکال و مدول کششی از 60 به 359 مگاپاسکال شد. استحکام ضربه و دمای خمش گرمایی نیز روند افزایشی نشان داد و در درصدهای بالای مالئیک ثابت شد. در ادامه، نانوکامپوزیت­ ها در مقدار مالئیک انیدرید  50% مولی، دارای 2، 4، 6 و 8  درصد وزنی از نانوسیلیکات تهیه شدند. با افزایش مقدار ذره های نانو سیلیکات، زمان پخت پلی استر غیر اشباع کاهش و دمای بیشینه گرمازایی افزایش یافت. بررسی ویژگی­ های مکانیکی با استفاده از آزمون­ های دمای خمش گرمایی، ویژگی­ های کششی، مقاومت ضربه و سختی سطحی انجام شد. افزایش نانوذره ها بهبود ویژگی­ های کششی را در پی داشت. ویژگی­ های استحکام ضربه و دمای خمش گرمایی نیز با افزایش مقدار نانو حتی در مقدارهای کم، روند افزایشی نشان داد. به­ طوری که با افزودن 8 درصد نانورس به زمینه، استحکام ضربه و دمای خمش گرمایی به ترتیب به میزان 11 درصد و 13 درصد افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Brandrup J., Immergut E. H., Grulke E. A., “Polymer Handbook”, Wiley, New York (1999).
[2] بابایی، سعید، تأثیر دانه‌بندی آمونیوم پرکلرات بر ویژگی‌های مکانیکی پیشرانه‌ بر پایه رزین گلسیدیل آزید پلیمر، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3) 36: 143 تا 149 (1396).
[3] فردوسیان، فاطمه؛ ابراهیمی، مرتضی؛ جان نثاری، علی؛ منتظری، شادی، بررسی اثر جرم مولکولی رزین بر سینتیک پخت آمیزه اپوکسی/دی آمینو دی فنیل متان، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4) 30: 105 تا 111 (1390).
[4] نادری، نفیسه؛ بهشتی، محمد حسین؛ مزینانی، سعیده، اثر نوع آغازگر بر پخت گرمایی رزین­های پلی استر اشباع نشده، نشریه علوم و تکنولوژی پلیمر، (5) 23: 415 تا 422 (1389).
[5] Parkyn B., Lamb F., Clifton B. V., "Polyesters: Unsaturated Polyesters and Polyester Plasticisers", American Elsevier, New York (1967).
[6] Johnson K. G., Yang L. S., "Modern Polyesters: Chemistry and Technology of Polyesters and Copolyesters", John Wiley & Sons, Inc., New Jersey (2004).
[7] بهشتی، محمدحسین؛ رضادوست، امیرمسعود، "پلاستیک­های تقویت شده (کامپوزیت­ها)" پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران (1391).
[8] Chabros A., Gawdzik B., The Impact of Crosslinking Monomers Concentration on the Properties of Unsaturated Polyester Resins, Annales Universitatis Mariae Curie-Sklodowska, 72: 13-21 (2017).
[9] Fan M., Ceska G. W., Horgan  J., Trainer N., Radiation Curable Compositions Comprising an Unsaturated Polyester and a Compound Having Two, to Six-Propenyl Ether Groups, US Patent 6030 703, Assigned to S, Company, Inc. (Exton, PA) F29 (2000).
[10] Airola K., Farm O., Mahbub  P., Valtonen E., Unsaturated Polyester Resin Compositions, US Patent 6617417, Assigned to Ashland I (Covington, KY) S9 (2003).
[11] Lei J. H., Li H., Du X. D., Zhang A. F., Effect of Diester in Esterification Product of Polyethylene Glycol and Acrylic Acid on the Performance of Polycarboxylate Superplasticizer, Iranian Polymer Journal, 22:117-122 (2013).
[12] Li P., Yang X., Yu Y., Yu D., Cure kinetics, Microheterogeneity, and Mechanical Properties of the High‐Temperature Cure of Vinyl Ester Resins, Journal of Applied Polymer Science, 92: 1124-1133 (2004).
[13] Schoon I., Kluge M., Eschig S., Robert T., Catalyst Influence on Undesired Side Reactions in the Polycondensation of Fully Bio-Based Polyester Itaconates, Polymers, 9: 1-11 (2017).
[14] Panda S., Behera D., "Unsaturated Polyester Nanocomposites", Elsevier, New York (2019).
[15] Sundqvist T., Oasmaa A., Koskinen A., Upgrading Fast Pyrolysis Bio-Oil Quality by Esterification and Azeotropic Water Removal, Energy & Fuels, 29: 2527-2534 (2015).
[16] Yamane K., Matsubara R., Yamamoto S., Nonaka S., Flame-Retardant Low-Specific Gravity Unsaturated Polyester Resin Composition, JP Patent 2001261954, Assigned to Showa Highpolymer Co. Ltd S26, (2001).
[17] Beheshty M. H., Nasiri H., Vafayan M., Gel Time and Exotherm Behaviour Studies of an Unsaturated Polyester Resin Initiated and Promoted with Dual Systems, Iranian Polymer Journal, 14: 990-999 (2005).
[18] Sanchez E. M. S., Zavaglia C. A. C., Felisberti M. I., Unsaturated Polyester Resins: Influence of the Styrene Concentration on the Miscibility and Mechanical Properties, Polymer, 41: 765-769 (2000).
[19] Yeon K. S., Jin N. J., Kwon Y. Η., Ryu K. W., Workability and Strength Properties of MMA-Modified UP Polymer Concrete, Journal of Polymer Engineering, 23: 385-398 (2003).
[20] Thomas S., Hosur M., Chirayil C. J., "Unsaturated Polyester Resins: Fundamentals, Design, Fabrication, and Applications", Elsevier, Amsterdam (2019).
[21] جعفری نژاد، شهریار؛ ابوالقاسمی، حسین؛ احمدی، سید جواد؛ قربانیان، سهرابعلی، ویژگی­های مکانیکی نانوکامپوزیت­های پلی پروپیلن- خاک رس تهیه شده با روش مخلوط مذاب، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)30: 61 تا 67 (1390).
[22] رفیعی، حمیدرضا؛ شیروانی مهران، کاربرد کامپوزیت پلی‌اکریلیک اسید- بنتونیت برای جذب کروم از محلول­های آبی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2) 36: 127 تا 139 (1396).
[23] ذوقی، سپیده؛ نادری، قاسم؛ بخشنده، غلامرضا؛ احسانی، مرتضی؛ شکوهی، شیرین، خواص مکانیکی و ریزساختار نانوکامپوزیت‌های تهیه شده بر پایه لاستیک بوتادی‌ان، نانوخاک‌رس و هیبرید اپوکسی ـ پلی استر، نشریه علوم و تکنولوژی پلیمر، (3) 26: 233 تا 242 (1392).
[24] Ollier R., Rodriguez E., Alvarez V., Unsaturated Polyester/Bentonite Nanocomposites: Influence of Clay Modification on Final Performance, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 48: 137-143 (2013).
[25] Pereira C. M. C., Herrero M., Labajos F. M., Preparation and Properties of New Flame Retardant Unsaturated Polyester Nanocomposites Based on Layered Double Hydroxides, Polymer Degradation and Stability, 94: 939-946 (2009).
[26] Naderi N., Mazinani S., Beheshty M. H., Mahdi Rajab M., Cure Kinetics of hot Cured Unsaturated Polyester (UP)/Nanoclay Nanocomposite Including Dual Initiators, Plastics, Rubber and Composites, 44: 19-25 (2015).
[27] برغمدی، محمد؛ کرابی، محمد؛ قریشی، میرحمیدرضا؛ محمدیان گزاز، سمیه؛ اثر نانوصفحه­های گرافن بر خواص رئولوژی و کششی و رفتار پخت نانوکامپوزیت­های برپایه آمیخته­های NBR/PVC تهیه شده با روش اختلاط مذاب، مجله علوم و تکنولوژی پلیمر،  (3) 31: 288 تا 300 (1397).
[28] Mirmohammadi S.A., Nekoomanesh‐Haghighi M., Mohammadian Gezaz S., Bahri N., Polybutadiene/Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane Nanohybrid: Investigation of Various Reactants in Polyesterification Reaction, Polymer International, 65: 516-525 (2016).
[29] Xu X., Zhou Q., Song N., Ni Q., Ni L., Kinetic Analysis of Isothermal Curing of Unsaturated Polyester Resin Catalyzed with Tert-Butyl Peroxybenzoate and Cobalt Octoate by Differential Scanning Calorimetry, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 129: 843–850 (2017).
[30] Telegdi J., Trif L., Nagy E., Mihály J., Molnár N., New Comonomers in Malic Acid Polyesters, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 129: 991–1000 (2017).
[31] Lvov Y., Guo B., Fakhrullin R. F., "Functional Polymer Composites with Nanoclays", Royal Society of Chemistry, London (2016).
[32] Barghamadi M., Karrabi M., Ghoreishy M. H. R., Mohammadian‐Gezaz S., Effects of Two Types of Nanoparticles on the Cure, Rheological, and Mechanical Properties of Rubber Nanocomposites Based on the NBR/PVC Blends, Journal of Applied Polymer Science, 47550 (2019).
[33] کثیریها، سیدحسین؛ لطفی، مرضیه؛ شفیعی، مجتبی، بهبود خواص مکانیکی لنت ترمز خودرو با استفاده از نانو کامپوزیت فنولیک ـ نانورس، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)39: 185 تا 195 (1399).
[34] پورستار، احمد؛ محمودیان، مهدی؛ نوزاد، احسان؛ محمدی، هانیه، اصلاح گرافن اکسید به روش پلیمریزاسیون درجا و استفاده از آن به عنوان نانوذره موثر در بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت پلی متیل متاکریلات، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)38: 43 تا 52 (1398).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار