دانلود پایان نامه

الکتروستاتيک جذب مي شوند و به راحتي قابل تعويض با کاتيون هاي ديگر هستند[18].
در صنعت نانوکامپوزيت، ظرفيت تبادل يوني خاک رس ها در حالت ايده آل بايد بين 20 تا 200 ميلي اکي والان بر 100 گرم خاک رس باشد. اگر CEC خاک رس کمتر از اين مقدار باشد جذب عامل متورم کننده کاهش مي يابد. اگر مقدار CEC بيشتر از دامنه ذکر شده باشد پيوند ها ي محکم مانع از نفوذ عامل باز کننده صفحات مي شوند. در بين كاني هاي خاك رس، مونت موريلونيت از ظرفيت تبادل كاتيوني بالايي برخوردار مي باشد،که ظرفيت تبادل يوني آن بين 80 تا 120 ميلي اکي والان بر 100 گرم خاک رس گزارش شده است. يعني تعداد كاتيون هاي فلزي قابل تعويض در اين ماده بيشتر از ساير گونه ها است. بنابراين جهت اصلاح سطح نانو ذرات خاک رس، داشتن اطلاعات کافي در مورد ظرفيت تبادل کاتيوني خاک رس بسيار مهم و ضروري است[19].
لايه هاي سيليکاتي با توجه به ساختار قطبي و ذات آب دوستي که دارند ميتوانند با پليمرهاي مشابه خود، نظير پلي اتيلن اکسايد وپلي وينيل الکل اختلاط يابند. اما اختلاط اين لايهها با پليمر هاي غير قطبي و آب گريز امکان پذير نيست. براي ايجاد اين سازگاري بايد ماده معدني با روش هاي اصلاح به يک ماده آلي دوست تبديل شود تا اين دو ماده امتزاج پذير باشند. دوروش کلي براي اصلاح خاک رس ها وجود دارد:
روش تبادل يوني :
در اين روش کاتيون هاي آلي نظير يون هاي نوع چهارم آلکيل آمونيومي يا آلکيل فوسفونيومي با کاتيون هاي فلزي يک ظرفيتي بين لايه اي همانندکاتيون هاي هيدراته سديمي و پتاسيمي مبادله مي شوند.
روش يون دوقطبي :
دراين روش مولکولهاي آلي که داراي يون دوقطبي هستند با کاتيون هاي بين لايه اي پيوند برقرار مي کنند.

براي تعويض کاتيونها در بين صفحات خاک رس، لا يه هاي سيليکات بايد درون آب متورم شده باشند که به اين عمل آب پوشي يا هيدراسيون گويند. به علت وجود پيوند ضعيف بين لايه‌هاي سيليكاتي و تماس آب با خاك رس، آب به راحتي در لايه ها نفوذ مي کند. مقداري از اين آب توسط سطح جذب مي‌شود و مقداري نيز توسط كاتيون ها، با هيدراته شدن آب يعني تبديل به OH- و H+ شدن، جذب مي‌گردند. خاصيت مهم مونت موريلونيت، اين است كه فواصل بين لايه‌ها مي‌تواند توسط مايعي قطبي مثل آب زياد شود[20] .
يون هاي آلکيل آمونيوم به عنوان اصلاح کننده22 با فرمول کلي-NH3 )n -(CH2 CH3 (1Pure MMTSAP-MMTAP-MMTSAA-MMTAA-MMT
پايداري حرارتي نمونه اي که تنها با اصلاح کننده سيلاني آلي شده(S-MMT) بيشتر از نمونه هاي ديگر گزارش شده است.
نمونه هاي اصلاح شده با نمک آلکيل فوسفونيوم( (AP-MMT,SAP-MMTپايداري حرارتي بيشتري نسبت به نمونه هاي اصلاح شده با نمک آلکيل آمونيوم (AA-MMT, SAA-MMT)از خود نشان دادند.
همانطورکه قبلا هم اشاره شد ويژگي يک نانو کامپوزيت پليمر / خاک رسبا انواع ساختارهايش شامل لخته اي، ميان لايه اي و ورقه ورقه شده مشخص مي گردد. در بعضي از نانو کامپوزيت ها ، ساختارهاي ميان لايه اي و ورقه ورقه شده در کنار هم وجود دارند و پيک منحني اينگونه ساختارها در آناليز پراش اشعه ايکس شدت متوسط را نسبت به ساختارهايي دارد که تنها ميان لايه اي هستند و اگر تنها ساختار ورقه ورقه شده باشد پيکي مشاهده نمي شود. نيکولاديس وهمکاران نتايج آزمون پراش اشعه ايکس براي پلي متيل متاکريلات خالص و تهيه شده با خاک هاي رس اصلاح شده راگزارش کردند.
براي پلي متيل متاکريلات خالص ونانو کامپوزيت هاي PMMA-AAMMTوPMMA-SAAMMT منحني فاقد هرگونه پيک قابل توجهي است. ساختار نهايي نانوکامپوزيت ها اساسا به ساختار ورقه ورقه شده نزديکتر گزارش شده است. در نانوکامپوزيت هاي PMMA-APMMT وPMMA-SAPMMT پيک ضعيفي در 9/4 =?2 معادل nm 81/1 مشاهده کردند که نشانگر وجود دو ساختار ميان لايه اي و ورقه ورقه شده است.
تصاوير ميکروسکوپ الکتروني عبوري نيز تائيدي بر مشاهدات آناليز پراش اشعه ايکس مي باشد. در تصاوير گرفته شده از نانوکامپوزيت PMMA-AAMMT با درصد هاي 1و3و5 درصد وزني از AAMMT مشاهده کردند که هر چه درصد وزني AAMMT درماتريس پليمري بيشتر مي شود توزيع مناسب لايه ها و جداسازي آنها از يکديگر کمتر شده و ساختار ورقه ورقه اي جاي خود را به ساختار ميان لايه اي مي دهد.
هم چنين نتايج آزمون گرماوزن سنجي براي پلي متيل متاکريلات خالص و چهار نانو کامپوزيت تهيه شده را نيز مورد بررسي قرار دادند. پايداري حرارتي نانوکامپوزيت PMMA/MMT نسبت به پلي متيل متاکريلات خالص بهبود يافته است و نشان مي دهد که منحني تخريب به دماهاي بالاتري منتقل شده است. منشا اين افزايش را توانايي لايه هاي نانومتري سيليکا که مانع فرار گازهاي توليدشده ازتخريب گرمايي ميشوند، عنوان کردند.
نانو كامپوزيتهاي پليمري به تنهايي طيف وسيعي از دنياي نانو تكنولوژي را تشكيل مي دهند. بهبود خواصنانوكامپوزيتهاي پليمري همواره مورد توجه بوده است. ازآنجاييكه دليل اصلي افزودن ذرات معدني به پليمرها بهبودخواص مكانيكي آنها است، بررسي خواص مكانيكي نانوكامپوزيتهاي پليمري اهميت ويژهاي دارد. با توجه به مطالعات کمي که بر روي اصلاح خاک هاي رس تجاري و تهيه نانو کامپوزيت هاي پليمري به خصوص نانو کامپوزيت هاي پلي متيل متاکريلات/خاک رس به روش هاي مختلف از جمله روش پليمريزاسيون درجا انجام شده، دراين تحقيق اهداف زير مورد توجه قرار گرفته اند که عبارتند از :
دستيابي به دانش اصلاح مجدد نانو ذرات خاک رس آلي شده
دستيابي به دانش تهيه نانو کامپوزيت پلي متيل متاکريلات / خاک رس به روش درجا
تهيه نانو کامپوزيت پلي متيل متاکريلات / خاک رس با خواص بهبود يافته
بررسي ارتباط بين خواص و ساختار نانوکامپوزيت پلي متيل متاکريلات / خاک رس تهيه شده به روش پليمريزاسيون تعليقي درجا
اولين مرحله از اين تحقيق، به بررسي اصلاح مجدد خاک رس آلي شده اختصاص دارد در واقع سؤال اصلي مطرح در اين تحقيق اين است كه آيا اصلاح سطح و لبه نانوذرات خاك رس به روش پيوند زدن يك اصلاح كننده سيلاني- آكريلاتي مناسب، ميتواند بر بهبود خواص فيزيكي، مكانيكي وشيميايي نانوكامپوزيتهاي پليمري تأثير داشته باشد يا خير؟. در اين بخش، تاثير انواع روش هاي اصلاح و انواع اصلاح کننده هاي مصرفي بر فاصله بين صفحات خاک رس و پايداري حرارتي آنها مورد مطالعه قرار ميگيرد. در مرحله دوم از پروژه، تهيه نانو کامپوزيتهاي پلي متيل متاکريلات / خاک رس دوباراصلاح شده به روش پليمريزاسيون تعليقي درجا، دردرصد هاي مختلف از خاک رس، دردستورکار قرار دارد.
پس از شناسايي نوع ساختار شکل گرفته نانو کامپوزيت و چگونگي توزيع صفحات خاک رس درون ماتريس پليمري، خواص حرارتي و ديناميکي- مکانيکي نانوکامپوزيتها در مقايسه با پلي متيل متاکريلات خالصموردبررسيوآزمونقرارميگيرند.

فصل سوم
تجربي
دراين فصل ابتدا مواد شيميايي به کاررفته درآزمايش ها معرفي مي شوند و سپس روش اصلاح خاک رس وچگونگي تهيه نانو کامپوزيتهاي پليمر/خاک رس به روش پليمريزاسيون سوسپانسيوني درجا تشريح مي گردد. همچنين تشريح روند آزمون هاي مختلف دستگاهي و غير دستگاهي در انتها گنجانده شده است.
مواد مصرفي
مشخصات مواد شيميايي مورد استفاده از مراحل اصلاح خاک رس مصرفي و تهيه نانو کامپوزيت پلي متيل متاکريلات / خاک رس تا آماده سازي نمونه ها براي آزمون هاي مختلف در جدول3-1 آورده شده است.
جدول ‏3-1 مشخصات مواد شيميايي استفاده شده
مواد
جرم مولکولي
)g/mol((

نقطه ذوب )?(

نقطه جوش )?(

دانسيته )g/cm3(

وضعيت حلاليت درآب

در نقش
از شرکت
متيل متاکريلات
)MMA)
12/100
48-
101
94/0
8/1g/100ml
مونومر
ArkemaCo.
France
ماده
جرم مولکولي
)g/mol(

نقطه ذوب )?(

نقطه جوش )?(

دانسيته )g/cm3(

وضعيت حلاليت درآب

در نقش
از شرکت
بنزوئيل پراکسايد
)BPO(
23/242
105-103

334/1
ضعيف
شروع کننده
MERCK Co.
Germany
آزوبيس ايزوبوتيرونيتريل
(AIBN)
21/164
105-103

10/1

شروع کننده
DAEJUNGCo.
Korea
پلي وينيل الکل
(PVA)

200

31/1-19/1
کاملا حل شونده
پايدارکننده
Kuraray Co.
Japan
سديم نيتريت
(Na-Nitrite)
99/68
271

168/2
8/84 g/100ml
بازدارنده
DAE JUNG Co.
Korea
کانيپيا تي
(KT)



490/0
نامحلول
خاک رس آلي شده
Kuni mine Co.
Japan
کانيپيا دي
(KD)



471/0
نامحلول
خاک رس آلي شده
Kuni mine Co.
Japan
3-متاکريلوکسي پروپيل تري متوکسي سيلان
(MPS)55
5/248
50-
7/258
04/1

اصلاح کننده سيلاني
Evonik Co.
Germany
3-آمينوپروپيل متيل دي اتوکسي سيلان (1505)56
34/191


916/0

اصلاح کننده سيلاني
Evonik Co.
Germany
N-(n-بوتيل)-3-آمينوپروپيل تري متوکسي سيلان (1189)57
4/235
38-
238
95/0

اصلاح کننده سيلاني
Evonik Co.
Germany
تولوئن
(TOL)
14/92
95-
6/110
86/0
52/0 g/L
حلال
گريدصنعتي تقطير شده
دراين تحقيق از کانيپيا تي58(KT) و کانيپيا دي59(KD) به عنوان خاکهاي رس آلي يکبار اصلاح شده استفاده شده است که به ترتيب حاوي نمک هاي آمونيومي نوع چهارم شامل تري متيل اکتا دسيل آمونيوم برمايد(TMO) و دي متيل دي اکتا دسيل آمونيوم برمايد(DMO) هستند. همانطور که در شکل 3-1 مشاهده مي شود تفاوت دو اصلاح کننده آمونيومي درتعداد زنجيره آلکيلي آنهاست به طوريکه اصلاح کننده خاک رس KD داراي يک زنجيره آلکيلي بيشتر نسبت به اصلاح کننده خاک رس KT است.

شکل ‏3-1 ساختار يون هاي آمونيومي اصلاح کننده خاک رس معدني
براي اصلاح لبه صفحات خاک رس از سه نوع اصلاح کننده سيلاني شامل Dynasylan MEMO، 1189 Dynasylan وDynasylan1505 استفاده شده است. درمتن، براي اصلاح کننده هاي سيلاني فوق الذکر به ترتيب از نام هاي اختصاري MPS ، 1189و 1505 استفاده شده است. همانطور که در شکل 3-2 مشاهده مي شود اصلاح کننده سيلاني-آکريلاتي از نوع MPS در مقايسه با دو نوع ديگر، داراي گروه هاي وينيلي در انتهاي زنجيره خود است که وجود باند دوگانه در ساختارش آن را به يک اصلاح کننده سيلاني فعال تبديل کرده است که قابليت شرکت در واکنش هاي پليمريزاسيون را داراست.

شکل ‏3-2 ساختار اصلاح کننده هاي سيلاني
اصلاح مجدد نانو ذرات خاک رس
مقدار 40گرم از خاک رس KT يکبار اصلاح شده درون محلولي حاوي 120گرم تولوئن و 200گرم آب ديونيزه شده ريخته شد و به مدت 24ساعت اختلاط ادامه يافت (محلول 1). پس از يک روز، محلول حاصل شده با دستگاه فراصوت60 به مدت 5 دقيقه با شدت60% تحت امواج فراصوت قرارگرفت. امواج فراصوت به پخش بهتر خاک رس درون تولوئن کمک مي کند.
مقدار 20گرم اصلاح کننده سيلاني(MPS – 1189) درون 30 گرم تولوئن همراه با عمل اختلاط ريخته شد (محلول2). محلول 2 به محلول 1 به صورت قطره اي اضافه شد. پس از اتمام تزريق، مخلوط نهايي به مدت 5 روز هم زده شد. تمام اين مراحل در دماي محيط انجام گرفت.
به منظور جداسازي تولوئن از خاک رس دوباراصلاح شده، مخلوط مذکور به مدت 10 دقيقه و در rpm7800 تحت عمل سانتريفيوژ61 قرار گرفت. خاک رس ته نشين شده جمع آوري و به مدت 24 ساعت در دماي C ?80 درون آون خلا قرار گرفت تا حلال باقي مانده خارج و خاک رس دوبار اصلاح شده کاملا خشک گردد. سپس خاک رس خشک شده آسياب شد و پودر حاصله دوباره داخل آون خلا تحت شرايط ذکر شده قرارگرفت تا کاملا عاري از حلال شود.
لازم به ذکر است که براي خروج ترکيب سيلاني پيوند نخورده که به صورت فيزيکي در بين لايه هاي خاک رس باقي مانده اند، پس ازسانتريفيوژکردن اوليه،

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید