به طور ذاتی با پلیمر‌های آب گریز، ناسازگار هستند[28, 36-38] بنابراین از ترکیب دیگری موسوم به اتصال دهنده استفاده می‌شود و بر اساس مکانیزم‌‌های زیر وارد عمل می‌شوند[39] که در ادامه تعدادی از این روش‌‌های شیمیایی مورد بحث قرار خواهند گرفت.
• حذف لایه‌‌های ضعیف مرزی
• ایجاد لایه‌‌های چقرمه و انعطاف پذیر
• ایجاد پیوند‌های عرضی در فصل مشترک
• بهبود خیس شوندگی در فصل مشترک
• ایجاد پیوند کووالانسی بین پلیمر و الیاف
• تغییر اسیدتی سطح مورد نظر
i. آغشته سازی الیاف17: یکی از روش‌‌های سازگاری الیاف و ماتریس پلیمری، روش آغشته‌سازی ست که در آن، الیاف تقویت کننده را با محلول پلیمر یا محلول پلیمر با ویسکوزیته‌ی کم آغشته می‌کنند[37, 40, 41]. برای تعدادی از پلیمرها فقدان حلال مانع انجام روش آغشته سازی می‌شود.
ii. اتصال دهنده‌‌های شیمیایی18: مهم‌ترین روش بهبود چسبندگی فصل مشترک روش اتصال دهنده‌‌های شیمیایی است. در این روش پلی از باند‌های شیمیایی بین الیاف و ماتریس ایجاد می‌گردد.
کوپلیمریزاسیون گرافت19
یکی از روش‌‌های موثر اصلاح شیمیایی الیاف طبیعی روش کوپلیمریزاسیون گرافت است[33]. در این روش، واکنش توسط رادیکال‌های آزاد سلولز آغاز شده و در آن، سایت‌های رادیکالی با محلول مناسب آماده سازی می‌شوند، همانند آماده سازی الیاف سلولزی با کوپلیمر مالئیک انیدرید. پس از این آماده سازی انرژی سطح الیاف تا نزدیک انرژی سطح ماتریس افزایش پیدا می‌کند، بنابراین قابلیت خیس شدن و چسبندگی بین سطحی افزایش می‌یابد[37]. این روش موثر ولی پیچیده است.
عوامل اتصال دهنده ارگانو سیلان‌ها20
به خاطر خواص منحصر به فرد، از سال 1947 میلادی ترکیبات سیلانی مورد توجه صنعت و پژوهشگران قرار گرفته‏اند. به دلیل قابلیتِ داشتن گروه‌‌های عاملی متفاوت، این ترکیبات از زمره بهترین عوامل اتصال دهنده21 هستند. مکانیزم‏‌های متعددی جهت توجیه فعالیت جفت کنندگی آن‌ها ارائه شده‏اند که بهترین آن‌ها نظریه پیوند شیمیایی است. عوامل اتصال دهنده به مولکول‏‌هایی اطلاق می‏شود که حاوی گروه‏‌های عاملی شیمیایی خاص با قابلیت برقراری پیوند کووالانسی با گروه‌‌های هیدروکسیل روی ذرات معدنی می‏باشند. علاوه بر این، عوامل فوق دارای حداقل یک گروه عاملی متفاوت هستند که توانایی واکنش با ماتریس آلی را دارا می‌باشد[42].
مکانیزم اتصال دهندگی سیلان‏‌هایی با گروه عاملی آلی، به اتصال پایدار گروه‌‌های آلی (R) و گروه‏‌های با قابلیت هیدرولیز (OR) در ترکیبات با ساختار(OR)3SiR بستگی دارد.گروه‌‌های آلی (R) بر اساس واکنش پذیری و یا امتزاج پذیری با بستر آلی انتخاب می‌شوند در حالی که‌گروه ‌های قابل هیدرولیز (OR) صرفاً جهت تشکیل گروه‌‌های سیلانول جهت تشکیل پیوند با سطوح معدنی هستند[41].
همان‌گونه که ذکر شد گروه آلی متصل به سیلان بر اساس خواص و ترکیب شیمیایی رزین انتخاب می‏شود تا حداکثر هم‌خوانی را ایجاد کند در جدول 2-2 به برخی از معروف‌ترین عوامل اتصال دهنده سیلانی تجاری و بستر رزینی مورد اعمال آن‌ها اشاره شده و در جدول 2-3 چند نمونه از سیلان‌ها با گروه‏‌های عاملی متفاوت آورده شده است[22]. البته واضح است که این خانواده بزرگ به موارد فوق‌الذکر و یا حتی به مواد تجاری موجود خلاصه نشده و به راحتی می‏توان با انجام واکنش‏‌های شیمیایی نسبتاً ساده انواع ترکیبات سیلانی دلخواه را سنتز کرد.
جدول 2-2 : تعدادی از سیلان‌ها و محدوده کاربرد آن‌ها[22]
نوع سیلان
نوع پلیمر
وینیل تری اتو کسی سیلان
وینیل-تری، 2 متوکسی سیلان
گاما-متاکریلوکسی پروپیل تری متوکسی سیلان
Unsaturated Polyester, PVC, PS, ABS, SAN, PMMA
گاما-آمینوپروپیل تری اتو کسی سیلان
اپوکسی، فنولیک و رزین ‌های ملامین،
PA, PP, PE, PMMA, PC
گاما-گلیسیدوکسی پروپیل تری متوکسی سیلان
اپوکسی، فنولیک و رزین ‌های ملامین، پلی استر غیر اشباع، پلی سولفاید و
PE, PP, ABS, SAN, PS, PC, PVC
گاما-مرکاپتوپروپیل تری متوکسی سیلان
فنولیک و اپوکسی رزین، پلی سولفون، پلی سولفاید و EPDM, PS, PVC
جدول 2-3 : چند نمونه از ترکیبات سیلانی با گروه آلی متفاوت[22]
گروه عاملی
ساختار شیمیایی
وینیل
CH2=CHSi(OCH3)3
کلروپروپیل
ClCH2CH2CH2Si(OCH3)3
آمین نوع اول
H2NCH2CH2CH2Si(OC2H5)3
دی آمین
H2NCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH3)3
مرکاپتو
HSCH2CH2CH2Si(OCH3)3
استایریل کاتیونی
CH2=CHC6H4CH2NHCH2CH2NH(CH2)3Si(OCH3)3HCl
مکانیزم عملکرد ترکیبات سیلان‏دار به روش هیدرولیز را می‌توان در مراحل و معادلات زیر خلاصه نمود[41]:
• هیدرولیز شدن سیلان
• واکنش سیلانول با سطح ماده معدنی
• واکنش سطح ماده معدنی سیلانی شده با پلیمر
استیلاسیون الیاف طبیعی
جذب رطوبت الیاف طبیعی به علت ایجاد پیوند هیدروژنی بین مولکول‌های هیدروژن آب با گروه‌‌های هیدروکسیل سلولز است. برای جلوگیری از این امر نامطلوب، می‌توان گروه‌‌های هیدروکسیل دیواره سلول سلولز را استیله کرد، بنابراین با جایگزینی بعضی از گروه‌‌های هیدروکسیل با گروه‌‌های استیل مقدار جذب آب کم می‌شود. با این روش می‌توان الیاف طبیعی همچون جوت22، بامبو23، باگاس24 و … را آماده سازی و اصلاح نمود.
آماده سازی آلکالی الیاف طبیعی
در این روش، الیاف برای مدتی مشخص در محلول سود یا مشتقات آن قرار می‌گیرند. در اثر این اصلاح لیگنین و سایر قسمت‌های سخت حذف می‌شوند. بر اساس نظریه آلبانو25 و همکاران[43] ، با حذف لیگنین از الیاف لیگنو سلولز، پخش26 الیاف در سطح ماتریس بهبود می‌یابد، زیرا لیگنین عامل تجمع27 است و تجمع‌ها با ظاهر شدن در نقش ذرات درشت و کاهش چسبندگی در فصل مشترک کامپوزیت، سبب تضعیف خواص فیزیکی و مکانیکی می‌شوند. در نتیجه با کمتر شدن مقدار آن تجمع هم کمتر و الیاف بهتر توزیع می‌شوند. اثر دیگر حذف لیگنین رشته رشته سازی28 الیاف و در نتیجه افزایش سطح موثر برای تماس با ماتریس است. به عبارت دیگر به علت کاهش قطر الیاف، نسبت طول به قطر افزایش می‌یابد. سلولز عامل چسبیدن به ماتریس است، اما لیگنین مانع نفوذ سلولز روی ماتریس می‌شود، پس از چسبیدن جلوگیری می‌کند. بنابراین مقدار لیگنین و سلولز، به طور مستقیم بر چسبندگی ماده لیگنو سلولزی روی سطح ماتریس اثر دارد و اصلاح آلکالی نه تنها سطح را از مواد چرب پاک می‌کند، بلکه با حذف بخشی از لیگنین و همی سلولز و ایجاد سطحی سخت‌تر، برهم کنش را افزایش می‌دهد[43].
2-3-نانو ذرات
طبق تعریف جوامع علمی، نانو ذره به ذره‌‌ای گفته می‌شود که ابعادی بین 1تا100 نانومتر داشته باشد. نانو ذرات از طیف وسیعی از مواد ساخته می‌شوند. با توجه به تعریف نانو ذرات ممکن است این ذهنیت به وجود آید که این ذرات با چنین ابعادی در هوا معلق خواهند ماند، اما در واقع این چنین نیست و نیرو‌های الکترواستاتیکی بین این ذرات، آن‌ها را در کنار هم قرار می‌دهد. همان‌طور که در فصل گذشته نیز بیان شد، ذرات پُر کننده نانو کامپوزیت‌ها بر اساس ابعاد به سه دسته تقسیم بندی می‌شوند که در دسته سوم ذرات تنها دارای یک بعد در مقیاس نانو هستند و همان‌طور که بدان اشاره شد این نوع پرکننده‌ها ساختاری صفحه‌ای (لایه‌ای) دارند مانند رس که خود مشتمل بر چندین دسته همچون مونتموریلونیت‌ها و میکا هستند که بهترین ساختمان و خواص را برای استفاده در نانوکامپوزیت‌‌های پلیمری دارا می‌باشند. به جهت ارتباط بیشتر با موضوع این تحقیق مختصری در مورد سیلیکات‌‌های لایه‌ای بحث می‌شود[44].
2-3-1-سیلیکات‌های لایه‌ای
سیلیکات‏‌های لایه‌ای که اغلب در تهیه نانو کامپوزیت‌ها مورد استفاده قرار می‏گیرند از خانواده
پلی سیلیکات‏‌های 2:1هستند که در شکل 2-5 ساختار کریستالی آن‌ها نشان داده شده است.
شکل ‏02-5 : ساختار کریستالی سیلیکات‏‌های لایه‌ای[2]
ضخامت لایه‏‌های سیلیکات در حدود یک نانومتر بوده و ابعاد جانبی آن از Å300 تا چند میکرومتر متغیر می‌باشد، که در قالب توده‌‌های برهم انباشته‌ای که با نیرو‌های واندروالسی در کنار هم و به طور منظم قرار گرفته‏اند. از آنجایی که نیرو‌های بین لایه‌های نسبتاً ضعیف هستند، نفوذ کوچک مولکول‌‌های قطبی در بین لایه‏ها به راحتی صورت می‏پذیرد. همان‌گونه که در شکل 2-5 مشاهده می‏شود به دلیل حضور گروه‏‌های هیدروکسیل و اتم‏‌های اکسیژن این لایه‏ها در سطح آبدوست می‏باشند. سطوح اغلب نانو ذرات موجود آبدوست می‏باشند و در محمل‌های پلیمری تمایل به تجمع و کلوخه شدن دو چندان می‏گردد. در نتیجه در اثر عدم پخش یکنواخت در ابعاد نانو و عدم برقراری اتصال شیمیایی بین بستر رزینی و نانو ذرات تقویت کننده تأثیرات مورد انتظار مشاهده نمی‏شود و برای رسیدن به اهداف می‌بایست اصلاحاتی بر روی آن‌ها انجام پذیرد.
بنابراین اهداف کلی اصلاح سطح نانو ذرات را می‏توان در افزایش امتزاج پذیری نانو ذرات با ماتریس رزینی از طریق ایجاد برهمکنش شیمیایی بین گروه‏‌های فعال ماتریس و نانو ذرات دانست. از دیگر تأثیرات اصلاح سطح می‏توان به بهبود پخش پذیری فاز تقویت کننده در ماتریس رزینی و تسریع این پخش پذیری اشاره کرد. لزوم اصلاح سطحی نانو ذرات به دلایلی که ذکر شد موجب پیچیده شدن فرآیند و افزایش شدید قیمت محصول می‏گردد به نحوی که استفاده از این مواد را گاهاً غیر اقتصادی می‏نمایاند چرا که برای وارد کردن این ذرات در محیط‏‌های آلی، بایستی کاتیون‏‌های سطحی را با سطح فعال‏‌های کاتیونی نظیر آلکیل آمونیوم‏ها و یا آلکیل فسفونیوم‌ها جایگزین کرد که در نهایت رس حاصله آب گریز شده و با انرژی سطحی کمتر، به دلیل داشتن سطحی مملو از گروه‏‌های آلی با رزین پلیمری هم‌خوانی بیشتری دارند. متداول‌ترین سیلیکات‏‌های لایه‌ای مونت‌موریلونیت29، هکتوریت30و ساپونیت31 می‏باشند. این رس‏ها دارای بار سطحی منفی بوده که تحت عنوان ظرفیت تعویض کاتیون32 یا CEC با واحد meq/100g سنجیده می‏شود. مونت‌موریلونیت‏ها غالباً سطحی برابر با 700 متر مربع به ازای هرگرم دارند. این بار در تمامی نواحی سطحی به طور برابر تقسیم نشده است. هر چه اندازه دنباله آلی گروه اصلاح سطحی کننده بیشتر بوده و میزان اصلاح کننده‌ها در واحد سطح بیشتر شوند فاصله بین صفحات رس نیز افزایش می‌یابد. بسته به نوع رس، ماتریس پلیمری مورد استفاده، نوع و میزان اصلاح سطحی و نحوه فرآیند سه نوع کامپوزیت متفاوت حاصل می‏گردد که در مورد آن‌ها بحث خواهد شد[2].
خاک‌های رس از نوع اسمکتیت33 مانند مونت‌موریلونیت به دو دلیل استعداد بیشتری برای مصرف در ساخت نانو کامپوزیت‌ها دارند: اول اینکه این مواد به خاطر فراوانی در طبیعت دارای قیمت کمتری هستند و نیز از نظر کانی‌شناسی، خلوص بالایی دارند. دوم اینکه ساختار شیمیایی آن‌ها به گونه‌ای است که با انجام اصلاحات شیمیایی سطحی، امتزاج پذیری آن‌ها با پلیمرهای آلی فراهم می‌گردد[45].
2-3-2-ساختمان و خواص سیلیکات‌‌های لایه‌ای آلی دوست
اختلاط فیزیکی پلیمرها با خاک رس اصلاح نشده اغلب به جدایی فاز‌های آلی و معدنی می‌انجامد که نوعاً شبیه پلیمر‌های پرشده معمولی است. برهم‌کنش‌های فیزیکی نه چندان قوی بین اجزای آلی و معدنی، به خواص مکانیکی و حرارتی ضعیف منجر می‌شود. سیلیکات‌‌های لایه‌ای دست نخورده معمولاً دارای یون‌های سدیم یا پتاسیم هستند که در این حالت تنها با پلیمر‌های آب دوستی چون پلی اتیلن اکسید34 یا پلی وینیل الکل35 امتزاج پذیرند. در واقع برهم‌کنش‌های قوی بین پلیمر و سیلیکات‌‌های لایه‌ای منجر به

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه با کلمات کلیدی رضایت شغلی، رضایت شغل، بهداشت روان، سلامت روان
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید