بررسی خواص فیزیکی، حرارتی و ریخت‌شناسی نانوکامپوزیت‌های آرد نی/نانو رس/پلی‌پروپیلن اکسید شده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد فرآورده های چندسازه چوب، دانشگاه زابل

2 عضو هئیت علمی دانشگاه زابل

3 عضو باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، دانشگاه آزاد اسلامی واحد چالوس

چکیده

سابقه و هدف: فرآورده‌های چندسازه چوب پلاسنتیک که به اختصار (WPC) نامیده می‌شوند گروه جدیدی از مواد مرکب هستند که در طی سال‌های اخیر مورد توجه بسیاری از محققین و بخش عمده‌ایی از صنعت قرار گرفته‌اند. جهت بهبود برخی از خواص کامپوزیت‌های چوب پلاستیک، از نانو ذرات مختلفی استفاده می‌شود که یکی از آن‌ها نانو رس می‌باشد که به دلیل سطح ویژه بالا و منشآ معدنی باعث بهبود خواص کامپوزیت‌های حاصل خواهد شد. از این‌رو این تحقیق با هدف بررسی تاثیر نانو رس و سازگارکننده پلی‌پروپیلن اکسید شده (OPP) بر خواص نانوکامپوزیت‌های آرد نی/پلی‌پروپیلن ضایعاتی انجام شد.
مواد و روش‌ها: برای این منظور ابتدا پلی‌پروپیلن در فاز مذاب و در حضور اکسیژن هوا و الکل، اکسید شد. سپس آرد نی و پلی‌پروپیلن با نسبت 50 درصد در داخل دستگاه مخلوط‌کن داخلی مخلوط شدند. نانو رس در 3 سطح صفر، 2 و 4 درصد و سازگارکننده در 2 سطح صفر و 3 درصد استفاده شدند. تخته‌های آزمونی با استفاده از پرس گرم ساخته شدند. خواص فیزیکی شامل جذب آب و واکشیدگی ضخامت طولانی مدت، ضریب انتشار رطوبت و نرخ واکشیدگی ضخامت، خواص حرارتی شامل آنالیز حرارتی (TGA) و خواص ریخت‌شناسی شامل پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ‌های الکترونی پویشی گسیل میدانی و انتقالی بر روی نمونه‌ها انجام گردید. جهت اطمینان از اکسیداسیون پلی‌پروپیلن نیز از طیف‌سنجی مادون قرمز استفاده گردید.
یافته‌ها: نتایج نشان داد با افزایش نانو رس و سازگارکننده جذب آب و واکشیدگی ضخامت طولانی مدت، ضریب انتشار رطوبت و نرخ واکشیدگی ضخامت کاهش یافت. با افزایش نانو رس و سازگارکننده، خواص حرارتی نانوکامپوزیت‌ها بهبود یافت. نتایج میکروسکوپ اکترونی پویشی گسیل میدانی نشان داد که در اثر افزودن سازگارکننده، فصل مشترک بین دو فاز الیاف لیگنوسلولزی و ماتریس پلیمری بهبود یافت. نتایج پراش اشعه ایکس نشان داد که با افزایش نانو رس تا 2 درصد فاصله بین لایه‌های سیلیکاتی رس افزایش یافت اما در اثر افزودن 4 درصد نانو رس فاصله بین لایه‌های سیلیکاتی به مقدار ناچیزی کاهش یافت و نوع ساختار تشکیل شده در نانوکامپوزیت از نوع بین‌لایه‌ایی است، میکروسکوپ الکترونی انتقالی نیز این موضوع را تایید نمود. نتایج طیف‌سنجی مادون قرمز حاکی از اکسیداسیون پلی‌پروپیلن در مجاورت اکسیژن بود.
نتیجه‌گیری: به عنوان یک نتیجه کلی می‌توان گفت که استفاده از نانو رس و سازگارکننده پلی‌پروپیلن اکسید شده باعث بهبود خصوصیات نانوکامپوزیت‌های آرد نی/پلی‌پروپیلن خواهد شد. بنابراین استفاده از 2 درصد نانو رس (برای مقرون به صرفه بودن) به همراه 3 درصد سازگارکننده OPP برای ساخت کامپوزیت‌هایی با ویژگی‌های مطلوب پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigate of physical, thermal and morphological study of Phragmites australis flour/nanoclay/ polypropylene oxide

نویسنده [English]

  • fatemeh dehdast 1
چکیده [English]

Background and objectives: Wood plastic composite that briefly (WPC) called are a new class of composite materials that in recent years have been the attention of many researchers and a major part of the industry. For improve some properties of wood plastic composite, various nanoparticles was used that one of them is clay that due to the high specific surface and mineral source, improves properties of nanocomposite. Therefore this study with aim to investigation the effect of nanoclay and polypropylene oxide coupling agent (OPP) on Phragmites australis flour/waste polypropylene was done.
Materials and methods: For this purpose first polypropylene was oxidized in molding phase and in the presence of atmospheric oxygen and alcohol. Then Phragmites australis flour and polypropylene with were mixed weight ratio of 50% in internal mixer. Nanoclay to 3 levels 0, 2 and 4% and coupling agent to 2 levels 0 and 3% were used. Test boards were made using a hot press. Physical properties such as long-term water absorption and thickness swelling, humidity coefficient diffusion and thickness swelling rate, thermal properties such as thermal analysis (TGA) and morphological properties such as X-ray diffraction (XRD), the field emission scanning electron microscopy (FESEM) and transmission electron microscopy (TEM) were done. To ensure the oxidation of polypropylene as well as infrared spectroscopy (FTIR) were used.
Results: The results showed that the long-term water absorption and thickness swelling, humidity coefficient diffusion and thickness swelling rate were decreased with increasing of nanoclay and coupling agent (OPP),. Thermal properties of nanocomposite improved with increasing of nanoclay and coupling agent. The result of field emission scanning electron microscopy (SEM) showed that by addition of coupling agent, the interface between two phases' lignocellulosic fiber and polymeric matrix improvement. The result of X-ray diffraction (XRD) showed that with increasing of nanoclay to 2%, the distance between the silicate layers of clay increased but by addition 4T nanoclay, the distance between the silicate layers slightly decreased and type in nanocomposite structure is intercalation. The transmission electron microscopy (TEM) as well as approved this. The result of infrared spectroscopy (FTIR) indicates the oxidation of polypropylene in the presence of oxygen.
Conclusion: As a general conclusion can be said that the use of nanoclay and compatibility oxidized polypropylene (OPP), improved properties of Phragmites australis flour/polypropylene nanocomposite. Therefore, the use of 2% nanoclay (for cost-effectiveness) with 3% OPP for the manufacture of composites with desirable features is recommended. K

کلیدواژه‌ها [English]

  • Oxidized polypropylene
  • Phragmites australis flour
  • nanoclay
  • Morphology
  • Thermal properties