نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

اصلاح گرافن اکسید به روش پلیمریزاسیون درجا و استفاده از آن به عنوان نانوذره موثر در بهبود ویژگی های مکانیکی نانوکامپوزیت پلی متیل متاکریلات

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
احمد پورستار مرجانی 1
مهدی محمودیان 2
احسان نوزاد 1
هانیه محمدی 1
1 گروه شیمی آلی، دانشکده شیمی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
2 گروه نانوفناوری، دانشکده علوم، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
در این پژوهش، گرافن اکسید با استفاده از روش پلیمریزاسیون درجا و در حضور متیل متاکریلات برای بهبود پراکندگی نانو ذره در ماتریکس پلی متیل متاکریلات و همچنین بهبود ویژگی ­های مکانیکی آن اصلاح شد. از فناوری فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR) برای تأیید اصلاح موفقیت آمیز گرافن اکسید استفاده شد. نانوکامپوزیت­ های پلی متیل متاکریلات با استفاده از روش اختلاط ذوبی تهیه شدند و فناوری­ های آنالیز گرما وزن سنجی (TGA) و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) برای بررسی نانو کامپوزیت­ های تهیه شده مورد استفاده قرار گرفت. همچنین اثرهای مقدار گرافن اکسید افزوده شده و پارامترهای فرآیند توسط طراحی آزمایش تاگوچی مورد مطالعه قرار گرفتند. (مقدار گرافن اکسید: 0، 2 و 4 درصد وزنی، فشار پشت تزریق 40، 60 و 80 مگا پاسکال، فشار تزریق 60، 80 و 100 مگا پاسکال و زمان فشار پشت تزریق 1، 5/2 و 4 ثانیه به عنوان پارامترهای متغیر در نظر گرفته شدند). برای بررسی ویژگی­های مکانیکی کامپوزیت­ های تهیه شده، آزمون های استحکام کششی، سختی و ضربه مورد مطالعه قرارگرفتند. نتیجه­ ها نشان دادند که استحکام کششی نمونه تهیه شده در مقدار 2 درصد وزنی نانوذره ­ها، فشار پشت تزریق 40 و فشار تزریق 60 مگا پاسکال و زمان فشار پشت تزریق 4 ثانیه بیش ­ترین مقدار را داشته است. سخنی نانوکامپوزیت ها نیز با افزایش مقدار نانوذره افزایش یافته و فشار تزریق، فشار پشت تزریق و زمان فشار پشت تزریق در سختی نمونه ها تاثیر چندانی نداشت. هم چنین آزمون ضربه بر روی نمونه ها نشان داد که با افزایش مقدار نانوذره و افزایش فشار تزریق استحکام در برابر ضربه کاهش یافته است، افزون بر این، در فشار پشت تزریق 80 مگا پاسکال و زمان فشار پشت تزریق 1 ثانیه نیز نمونه ها بیش ­ترین مقاومت در برابر ضربه را داشته اند.
کلیدواژه‌ها
نانوکامپوزیت
گرافن اکسید اصلاح شده
پلی متیل متاکریلات
ویژگی های مکانیکی

موضوعات

[1] Sreeja  R., John J., Aneesh P., Jayaraj M., Linear and Nonlinear Optical Properties of Luminescent ZnO Nanoparticles Embedded in PMMA Matrix. Opt. Commun. 283(14): 2908-2913 (2010).
[2] Kiziltas E.E., Kiziltas A., Bollin S.C., Gardner D.J., Preparation and Characterization of Transparent PMMA–cellulose-based Nanocomposites. Carbohydr. Polym. 127: 381-389 (2015).
[3] Ou Y., Yang F., Yu Z.Z., A New Conception on the Toughness of Nylon 6/Silica Nanocomposite Prepared via in situ Polymerization. J. Polym. Sci. Part. B. Polym. Phys. 36(5): 789-795 (1998).
[4] Yuchun O., Feng Y., Jin C., Interfacial Interaction and Mechanical Properties of Nylon 6‐Potassium Titanate Composites Prepared by in‐situ Polymerization. J. Appl. Polym. Sci. 64(12): 2317-2322 (1997).
[5] Zhang M.Q., Rong M.Z., Friedrich K., "Handbook of Organic-inorganic Hybrid Materials and Nanocomposites". American Scientific Publishers, Michigan (2003).
[6] Posthumus W., Magusin P.J., Brokken-Zijp J.C.M., Tinnemans A., Van der Linde R. Surface Modification of Oxidic Nanoparticles using 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane. J. Colloid. Interface. Sci.  269(1): 109-116 (2004).
[7] Jiao C.M., Wang Z.Z., Chen X.L., Hu Y. Synthesis of a Magnesium/Aluminum/Iron Layered Double Hydroxide and Its Flammability Characteristics in Halogen‐free, Flame‐retardant Ethylene/Vinyl Acetate Copolymer Composites. J. Appl. Polym. Sci. 107(4): 2626-2631 (2008).
[8] Liu H., Yi J. Polystyrene/Magnesium Hydroxide Nanocomposite Particles Prepared by Surface-initiated in-situ Polymerization. Appl. Surf. Sci. 255(11): 5714-5720 (2009).
[9] Wang Y., Zhang X., Yan J., Xiao Y., Lang M. Surface Modification of Hydroxyapatite with Poly(methyl methacrylate) via Surface-initiated ATRP.  Appl. Surf. Sci. 257(14):6233-6238 (2011).
[10] Zhu Y., Murali S., Cai W., Li X., Suk J.W., Potts J.R., Ruoff R.S. Graphene and Graphene Oxide: Synthesis, Properties, and Applications. Adv. Mater. 22(35): 3906-3924 (2010).
[11] Gonçalves G., Marques P.A.A.P., Barros-Timmons A., Bdkin I., Singh M.K., Emami N., Grácio J., Graphene Oxide Modified with PMMA via ATRP as a Reinforcement Filler. J. Mater. Chem. 20(44): 9927-9934 (2010).
[12] Vallés C., Kinloch I.A., Young R.J., Wilson N.R., Rourke J.P. Graphene Oxide and Base-washed Graphene Oxide as Reinforcements in PMMA Nanocomposites. Compos. Sci. Technol. 88: 158-164 (2013).
[13] Tripathi S.N., Saini P., Gupta D., Choudhary V. Electrical and Mechanical Properties of PMMA/Reduced Graphene Oxide Nanocomposites Prepared via in situ Polymerization. J. Mater. Sci. 48(18): 6223-6232 (2013).
[14] Kuila T., Bose S., Khanra P., Kim N.H., Rhee K.Y., Lee J.H. Characterization and Properties of in situ Emulsion Polymerized Poly(methyl methacrylate)/Graphene Nanocomposites. Compos. Part. A. Appl. Sci Manuf. 42(11): 1856-1861 (2011).
[15] Li Y.L., Kuan C.F., Chen C.H., Kuan H.C., Yip M.C., Chiu S.L., Chiang C.L. Preparation, Thermal Stability and Electrical Properties of PMMA/Functionalized Graphene Oxide Nanosheets Composites. Mater. Chem. Phys. 134(2) 677-685 (2012).