a1

2

اسالمي آزاد دانشگاه

پارسیان واحد

کارشناسی درجه دریافت برای نامه پایان

شیمیایی صنایع تکنولوژی مهندسی

عنوان:

و نوري،رئولوژيكي،حرارتي خواص بررسي و تهيه - سبك اتيلن پلي نانوكامپوزيتي فيلمهاي مكانيكي

بندي بسته كاربردهاي براي استات، وينيل اتيلن

راهنما: استاد

رنجبر استاد جناب

نگارش:

غفاری مهدی

91 زمستان

3

: تشكر و تقدير

. دوش می داده محبتی به پاسخ در که است کار کمترین تشکر گاهی

.... ماند می سپاس تنها ، کنند می سکوت ، عظمت بیان در نیز ها واژه که آنگاه اما

به و شد رهنمون دانش علم طریقه به مارا که را یکتا پروردگار کران بی سپاس. نمود مفتخرمان دانش و علم رهرودان همنشینی

ویژه به علمی های زمینه تمام را من صمیمانه که رنجبر یآقا جناب گرامی استاد از. دارم را قدردانی و تشکر کمال نمودند یاری پروژه این

4

: به تقديم

جسارت دانستن، غرور و لذت بودن، باور ناب لحظات که فرشتگانی مهربان سبز حضور مدیون زندگیم، زیبای و یکتا های تجربه تمام و رسیدن عظمت خواستن،... آنهاست

عزیزم خانواده به تقدیم

5

مطالب فهرست

صفحهعنوان

چکيده........................................................................................................................................................................1

مقدمه.........................................................................................................................................................................2

: کليHات اول فصل

بسپار تعریف. 1-1..............................................................................................)پلیمر(

...........................................6

انواع. 1-1-1...............................................................................................بسپار

.............................................7

تاریخچه .1-1-2...............................................................................................بسپار

......................................8

نانوکامپوزیت انواع. 1-2....................................................................................................ها

...................................9

های نانوکامپوزیت .1-2-1..............................................................................................پلیمری

....................10

– رس خاك نانوکامپوزيتهاي تاريخچه .1-3................................................................................................پليمر

.10

– رس خاک هاي نانوکامپوزيت ساخت تکنولوژي .1-411................................................................................پليمر

پلیمریزاسیون روش. 1-4-1.................................................................................................درجا

....................12

6

روش. 1-4-2.............................................................................................محلولی

..........................................13

اختالط روش .1-4-3...............................................................................................مذاب

..............................14

نانوکامپوزیت تهیه روش ترین مناسب و مؤثرترین. 1-515....................................................................................ها

های نانوکامپوزیت در رس خاک ساختار تعیین .1-616..................................................................................پلیمری

– رس خاک هاي نانوکامپوزيت توسعه مشكالت .1-719.................................................................................پليمر

نانوکامپوزیت در رس خاک خواص و ساختار. 1-820.....................................................................................پلیمری

خاک ساختار .1-8-1.................................................................................................رس

................................20

خاک خواص. 1-8-2.................................................................................................رس

...............................21

درصد. 1-8-3..............................................................................................خلوص

.........................................22

(CEC) کاتیونی تبادل ظرفیت. 1-8-4......................................................................................................

....22

نسبت. 1-8-5................................................................................................منظر

..........................................23

خاک سطحی اصالح. 1-8-6.................................................................................................رس

..................23

7

خاک – پلیمر های نانوکامپوزیت در رس خاک توزیع. 1-924............................................................................رس

تحقیق : پیشینه دوم فصل

وینیل سبک/ اتیلن اتیلن پلی های نانوکامپوزیت .2-128................................................................................استات

دهی تابش LDPE/ EVA/ Nanoclay تایی سه سیستم برEVA تأثیر. 2-236.........................................نشده

تابشLDPE/ EVA/ Nanoclay تایی سه سیستم روی رس خاک تأثیر بررسی .2-343.................نشده دهی

تحقیق و کار : روش سوم فصل

مصرف مواد .3-1.................................................................................................شده

............................................46

اتیلن پلی. 3-1-1................................................................................................سبک

...................................46

وینیل اتیلن. 3-1-2..............................................................................................استات

.................................47

خاک ذره نانو. 3-1-3.................................................................................................رس

..............................48

آنتی. 3-1-4..........................................................................................اکسیدانت

...........................................49

نامگذاری و ها آمیزه تهیه. 3-2..................................................................................................آنها

.......................50

با کردن مخلوط برای نیاز موردEVA میزان سازی اول: بهینه مرحله. 3-2-1LDPE ..............................50

8

نانوکامپوزیت دوم: تهیه مرحله. 3-2-2....................................................................................................ها...49

قالبگیری توسط ها آزمونه تهیه. 3-2-3.............................................................................................فشاری

.51

مورد های دستگاه. 3-3............................................................................................استفاده

...................................53

دو اکسترودر. 3-3-1.............................................................................................مارپیچه

..............................53

Film blowing دستگاه. 3-3-2...................................................................................................................54

3-3-3. ..................................................................................................آون

.....................................................55

پرس دستگاه. 3-3-4...............................................................................................دستي

..............................56

............................................................................. X اشعه پراش دستگاه. 3-3-5...........................................57

.................................................... SEM الکترونی پيمايشگر ميکروسکوپ. 3-3-6........................................58

ده پوشش. 3-3-7..................................................................................................طال

...................................62

........................................................ TEM الکترونی انتقال ميکروسکوپ. 3-3-8......................................63

سازی آماده جهت اولترامیکروتوم. 3-3-9..............................................................................................نمونه

65

9

...................................................................................... DMTA دستگاه. 3-3-10.......................................67

Haze meter دستگاه. 3-3-11.....................................................................................................................68

Glass meter دستگاه. 3-3-12....................................................................................................................69

Universal Testing Machine دستگاه. 3-3-13....................................................................................70

Tear Resistance Test دستگاه. 3-3-14.................................................................................................70

.......................................................................................... DSC دستگاه. 3-3-15........................................71

Falling weight impact دستگاه. 3-3-16...............................................................................................72

.......................................................................................... MFI دستگاه. 3-3-17.........................................72

بحث و : نتایج چهارم فصل

جریان رفتار .4-1...............................................................................................آلیاژها

............................................74

(MFI) مذاب جریان شاخص .4-1-1...............................................................................................آلیاژها

..74

مورفولوژی .4-2...............................................................................................آلیاژها

.............................................75

) روبشی الکترونی میکروسکوپ .4-2-1SEM)...........................................................................................

75

10

مکانیکی خواص .4-3...............................................................................................آلیاژها

....................................78

. خواص4-3-1.............................................................................................کششی

........................................78

. استحکام4-3-2...............................................................................................ضربه

......................................81

-پاره استحکام .4-3-3..................................................................................................گی

................................82

هایفیلم نوری خواص .4-4...............................................................................................آلیاژی

..........................83

تهیه های فیلم(Haze) بودن کدر یا و(Gloss) درخشندگی میزان بررسی .4-4-183............................شده

هایفیلم گرمایی خواص .4-5...............................................................................................آلیاژی

.......................84

) روبشی دیفرانسیلی کالریمتری .4-5-1DSC)............................................................................................

84

) گرمایی مکانیک – دینامیک . آنالیز4-5-2DMTA)................................................................................. 86

-نانوکامپوزیت جریان رفتار .4-6....................................................................................................ها

........................90

- نانوکامپوزیت(MFI) مذاب جریان . شاخص4-6-190...................................................................................ها

-نانوکامپوزیت مورفولوژی و . ساختار4-7....................................................................................................ها

...........91

11

) ایکس اشعه . پراش4-7-1XRD)...............................................................................................

...............91

) عبوری الکترونی . میکروسکوپ4-7-2TEM)...........................................................................................

93

-نانوکامپوزیت مکانیکی خواص .4-8....................................................................................................ها

.................95

خواص .4-8-1.............................................................................................کششی

........................................96

. استحکام4-8-2...............................................................................................ضربه

......................................99

-پاره استحکام .4-8-3..................................................................................................گی

................................100

هایفیلم نوری خواص .4-9.....................................................................................نانوکامپوزیتی

.........................101

تهیه های فیلم(Haze) بودن کدر یا و(Gloss) درخشندگی میزان بررسی .4-9-1101............................شده

هایفیلم گرمایی خواص .4-10.....................................................................................نانوکامپوزیتی

...................102

) روبشی دیفرانسیلی . کالریمتری4-10-1DSC)..........................................................................................

102

) گرمایی مکانیک – دینامیک . آنالیز4-10-2DMTA).............................................................................. 104

12

4-11. پیشنهادات.........................................................................................

........................................................... 107

منابع.........................................................................................................................................................................108

چکیدهانگلیسی............................................................................................

............................................................111

جدول ها فهرست

صفحهعنوان

(LDPE) سبک اتيلن پلي مکانيکي و فيزيکي خواص: . جدول3-1...................................................................47

LDPE-EVA هایکامپوزیت وکدگذاری هافرموالسیون: جدول .3-2...............................................................51

یکدگذار و ونیفرموالس: . جدول3-3............................................................................................مستربچ..........52

یکدگذار و ونیفرموالس. جدول: 3-4......................................................................................تهاینانوکامپوز

........53

MP-S مدل یشگاهیآزما پرس دستگاه مشخصات: . جدول3-5........................................................................57

شده تهیه آلیاژی هایفیلم مذاب جریان شاخص: . جدول4-1............................................................................75

آلیاژی هایکدری( فیلم یا و درخشندگی )میزان نوری خواص نتایج: . جدول4-2LDPE-EVA ...................84

شده تهیه نانوکامپوزیتی هایفیلم مذاب جریان شاخص: . جدول4-3.................................................................91

13

هایکدری( فیلم یا و درخشندگی )میزان نوری خواص نتایج: . جدول4-4102.................................. نانوکامپوزیتی

شکل ها فهرست

صفحهعنوان

..................................... EVAرس/ خاک آمیزه برایXRD آنالیز نمونه: . شکل1-1......................................17

یا هیال یها کاتیلیس ییفضا ساختار: . شکل1-2.............................................................................................21

اصالح زنجیر طول افزایش با رس خاک های الیه فاصله افزایش: . شکل1-323....................................... کننده

اصالح زنجیر طول افزایش با رس خاک های الیه فاصله افزایش: . شکل1-426....................................... کننده

استات وینیل اتیلن کوپلیمر ساختار: . شکل2-1...................................................................................................30

(ج) ،%50( ب) ،%30( الف )EVA/ LDPE اژیآل یبرا SEM ریتصاو: . شکل2-270%.................................32

اختالط طول در برشی نیروی تحت پلیمری اجزاء شماتیک دیاگرام : شکل. 2-333....آن از پس بازآرایی و مذاب

14

تحت آلیاژ درEVA درصد ترکیب حسب بر کششی مقاومت تغییرات : شکل. 2-435.................................کشش

از آلیاژ درEVA درصد ترکیب حسب بر الکتریکی مقاومت تغییرات: . شکل2-536.........................تجربی نتایج

% خاک5 وPE کامپوزیت برایXRD الگوی: . شکل2-639... ...................................................................رس

%50 وPE کامپوزیت برایTEM تصاویر: . شکل2-740... .......................................................................خاک

برایXRD الگوی: . شکل2-8......................................................................................نانوکامپوزیت

..............41

خاک % وزنی3 با نانوکامپوزیت برایXRD الگوی: . شکل2-942رس... ............................................................

رس % خاک3 شامل LDPE/ EVA نانوکامپوزیتTEM تصویر: . شکل2-10..............................................43

رس خاک مقادیر باLDPE/ EVA (77:20) کامپوزیت برایXRD الگوی: . شکل2-1144................. متفاوت

شده خریداریLDPE یکیسه: . شکل3-1......................................................................................................

..46

شده خریداریEVA یکیسه: . شکل3-2......................................................................................................

....48

رس خاک ذره نانو ساختار: . شکل3-3......................................................................................................

...........45

Irganox 1010 ساختار: . شکل3-4...................................................................................................................46

هاآمیزه تهیه هنگام اکسترودر،در مانیتورینگ از نمایی: . شکل3-5....................................................................51

15

شده بندی بسته گرانولهای: . شکل3-6......................................................................................................

.........52

...................................................................... ZSK اکسترودر از نمایی: . شکل3-7............................................54

................................................................. ZSK اكسترودر ساز گرانول: . شکل3-8............................................54

Film Blowing دستگاه: . شکل3-9.................................................................................................................55

آون: . شکل3-10......................................................................................................

...........................................56

آزمایشگاهی پرس دستگاه: . شکل3-11......................................................................................................

........56

XRD Philips دستگاه: . شکل3-12.................................................................................................................58

....................................................... SEM دستگاه طرزکار از شمایی: . شکل3-13.............................................60

................................................................ SEM دستگاه از عکسهایی: . شکل3-14...........................................61

طال ده پوشش دستگاه: . شکل3-15......................................................................................................

.............62

....................................................... TEM دستگاه طرزکار از شمایی: . شکل3-16............................................64

اولترامیکروتوم دستگاه طرزکار از شمایی: . شکل3-17.......................................................................................66

کردن رنگ روش از شمایی: . شکل3-18......................................................................................................

......68

16

.................................................... DMTA تست دستگاه از عکسهایی: . شکل3-19.........................................68

Haze Meter دستگاه: . شکل3-20...................................................................................................................69

Glass Meter دستگاه: . شکل3-21..................................................................................................................69

Tensile Tester- Zwick : دستگاه . شکل3-22Roell .................................................................................70

-Tear resistance tester : دستگاه . شکل3-23CEAST .............................................................................71

..................................................................................... DSC : دستگاه . شکل3-24............................................71

Falling Weight Impact tester- CEAST دستگاه: . شکل3-25.............................................................72

...................................................................................... MFI : دستگاه . شکل3-26............................................72

های فیلم(SEM) روبشی الکترونی میکروسکوپ تصاویر: . شکل4-177....................................................آلیاژی

کششی شده: )الف( استحکام تهیه آلیاژی هایفیلم کششی خواص: . شکل4-280.....................................نهایی،

آلیاژی هایفیلم ضربه استحکام برEVA کوپلیمر مقدار افزایش اثر: . شکل4-3.............................................82

LDPE-EVA هایفیلم گی پاره استحکام نتایج: . شکل4-4...........................................................................83

ذوب )ب( منحنی کریستالیزاسیون، : )الف( منحنیDSC آزمون نتایج: . شکل4-5............................................85

)ب( مدول دما، برحسب اتالف : )الف( مدولDMTA آنالیز نتایج: . شکل4-687..................دما، برحسب ذخیره

خاک با مقایسه در ها نانوکامپوزیت(XRD) ایکس اشعه پراش الگوهای: . شکل4-793.............................. رس

17

%5)ج( و رس % خاک3)ب( رس، % خاک1: )الف( TEM تصاویر: . شکل4-895............................. رس خاک

نهایی کششی ها: )الف( استحکامنانوکامپوزیت کششی آزمون نتایج: . شکل4-999...................مقدار حسب بر

............................... F50 آلیاژ ضربه استحکام بر رس خاک مقدار اثر: . شکل4-10...........................................100

............................ F50 آلیاژ گیپاره استحکام بر رس خاک مقدار اثر: . شکل4-11...........................................101

)ب( منحنی کریستالیزاسیون، : )الف( منحنیDSC آزمون نتایج: . شکل4-12104......................................... ذوب

نانوکامپوزیتی: )الف( هاینمونه برایDMTA آنالیز نتایج: . شکل4-13106..................................................مدول

18

:چکیده

ب��ه گس��ترده طور به سبک اتیلن پلی ویژه به و هااتیلن پلی مختلف، پلیمرهای میان از اختص��اص خود به بندیبسته صنعت در را مهمی جایگاه فعال بندیبسته ماده عنوان

بیش��ترین فیلم س��بک، اتیلن پلی از ش��ده تهی��ه محصوالت انواع میان است. در داده بن��دیبسته برای سبک اتیلن پلی هایاست. فیلم داده اختصاص خود به را تولید حجم

آن ان�د. علتگرفت�ه ق�رار استفاده ... مورد و کشاورزی هایپوشش و هافیلم غذایی، کم، وزن خ��وب، ح��رارتی و مک��انیکی خواص مطلوب، فرآیندی هایویژگی بودن دارا

وینی��ل )اتیلن غ��ذایی( اس��ت.ک��وپلیمر م��واد ب��ه )نس��بت ب��ودن خن��ثی و پایین قیمت ص��نعت در گس��ترده ط��ور به که است بفرد منحصر پالستیک یک نیز (EVA)استات(

م��اده این ه��ایوی��ژگی مهم��ترین از اس��ت. یکی گرفته قرار استفاده مورد بندیبسته فیلم ج��ذابی�ت ب��ه منج��ر که است آن مطلوب بسیار شفافیت و نوری خواص پلیمری

ن��رم نقط��هLDPE ب��ا ت��رکیب در توان��دمی م��اده اس��ت. این شده بندیبسته هایبسته س��وراخ برابر در مقاومت نیز و ضربه به مقاومت و آورده پایین را آن ذوب و شدگی- میEVA وLDPE مخل��وط از شده تهیه هایفیلم دهد. همچنین افزایش را آن شدگی هایفیلم دهند. خواص نشان مطلوبی بسیار شفافیت و خوب کششی خواص توانند بهب��ود ی��ا اف��زایش ن��یز رس خ��اک نانوذره حضور در تواند میLDPE-EVA از شده تهیهیابد. مق��ادیر از ش��ده، گ��یری ان��دازه خ��واص ب��ر آلی��اژ درEVA مق��دار تأثیر بررسی برای

مک��انیکی، مورفول��وژی، خ��واص ب��رEVA مقدار تغییر و شده استفادهEVA متفاوت و ض��ربه اس��تحکام اف��زایش ،است. نتایج گرفته قرار ارزیابی مورد نوری و حرارتی دم��ای و کشش��ی خ��واص ک��اهش همچ��نین و ظ��اهری کیفیت و ش��فافیت بهب��ود

مق��دار به��ترین ازتع��یین ک��رد. پس تأیی��د راEVA مقدار افزایش با کریستالیزاسیونEVAمک��انیکی، مورفول��وژی، خواص بر رس خاک نانوذره اثر بهینه، نمونه انتخاب و

توزی�عTEM وXRD آنالیزه�ای گردی�د. نت�ایج مطالع�ه انتخ�ابی آلی�اژ نوری و حرارتی م��دول کشش��ی، مق��اومت در دادن��د. بهب��ود نش��ان را ن��انویی ه��ایپرکننده از خوبی

طول ازدیاد کاهش نیز و کریستالیزاسیون دمای افزایش پارگی، استحکام کششی،.آمد بدست آن مقدار افزایش با و نانوذره حضور در ضربه مقاومت و شکست در

خواص نانوکامپوزیت، استات(، )اتیلن- وینیل - کوپلیمر سبک اتیلن پلی :واژه کلیدحرارتی رفتار مکانیکی،

1

مقدمه

آن ب��ر را او کمتر، چگالی و باالتر استحکام با مواد به بشر نیاز بیستم قرن در

مرس��وم ه��ای ک��امپوزیت هم ب��از آورد. ولی روی ه��ا ک��امپوزیت تولی��د به که داشت

ری�ز روی تکمیلی مطالع�ات ل�ذا نب�وده، بش�ر ص�نعتی نیازه�ای از ب�رخی پاسخگوی

در م��واد ک��ه داد نش��ان م��واد س��اختار ری��ز گ��رفت. مطالع��ات انج��ام مواد 1ساختار

دهند. می نشان خود از متفاوتی بسیار رفتار کوچک بسیار مقیاس

جذابی تحقیقاتی رویکرد و موضوع نانومتری ابعاد در مواد تولید و فناوری نانو

های تالش است. نخستین کرده جلب خود به را بسیاری توجه اخیر دهه در که است

بیس��تم ق��رن هفت��اد و شص��ت ه��ای ده��ه ب��ه ها کامپوزیت نانو تهیه در آمیز موفقیت

تاریخچه در نباید را گرفت صورت زمان آن در که کارهایی گردد. ولی می بر میالدی

بهب��ود ب��رای چش��مگیری نتیج��ه ب��ه گاه هیچ که چرا آود، حساب به ها کامپوزیت نانو

پای��ه بر هایی کامپوزیت نانو وجود این نشد. با ختم ها آن مهندسی و فیزیکی خواص

3ول ه��انی ،2یونیکیتا تویوتا، ژاپنی شرکت توسط1980 سال در رس خاک و نایلون

ب��ود. بن��دی بس��ته ص��نایع و خودروس��ازی در آنه��ا ک��اربرد عم��ده ک��ه شد ارائه بایر و

جنرال های شرکت توسط2001 سال اواخر در ها نانوکامپوزیت تجاری کاربردهای

ک��اربرد ب��رای ه��ا اولفین پلی پای��ه ب��ر ه��ای ک��امپوزیت ن��انو تهی��ه در باسل و موتورز

زمینه این در وسیعی تحقیقات حاضر حال در. گرفت صورت خودرو بیرونی قطعات

مص��نوعی های4پلیمر از بسیاری تحقیقات این و است انجام حال در جهان سطح در

پلی آکریلونیتری��ل، کلری��د، وینیل پلی استایرن، پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی جمله از

پلی اس���تات، وینی���ل اتیلن کوپلیمره���ای ترفت���االت، اتیلن پلی مت���اکریالت، متی���ل

الکتی��د، پلی امی��د، پلی اپوکسی، رزین اکساید، اتیلن پلی کربنات، پلی اکریلونیتریل،

است. شده شامل را ها الستیک و رزین فنولیک کاپروالکتون، پلی

از بس��ياري در اي الع��اده فوق بهب��ود پليم��ر- رس خ��اک ه��اي نانوک��امپوزيت

اس��تفاده پرکنن��ده کمي مق��دار از آنه��ا در ک��ه پليمرهايي مهندسي و فيزيکي خواص

11- Substructure22- Unikita33- Honeywell44- Polymer

2

پي��دا ن��يز تج��اري ک��اربرد توان��د مي امروزه که تکنولوژي اين. کند مي ايجاد شود، مي

هايي پيشرفت عمدة. است کرده جلب خود به اخير سالهاي طي را زيادي توجه کند،

.است بوده اخير سال پانزده طي پيوسته، بوقوع زمينه اين در که

.اس��ت ش��ده مط��رح اي فزاينده بطور اخير سالهاي طي نانو فناوري موضوع

اي مح��دوده اين و اس��ت مولک��ولي ابع��اد و ميک��رو ابعاد بين اي محدوده نانو، عرصة

� و اند پرداخته مطالعاتي به آن در ها شيميدان و مواد دانشمندان که است مورد اتفاقا

ک�ه تکنول�وژي ولي. بلورها ساختار در مطالعه مانند است، گرفته قرار نيز آنها توجه

ب��ه نباي��د اس��ت، مع��روف نانومقي��اس ب��ه و يافته توسعه شيمي و مواد علوم توسط

کاربرده��اي ايج��اد ن��انوتکنولوژي در اص��لي ه��دف. ش��ود تلقي ن��انوتکنولوژي عنوان

ط��راحي همچ��نين و آنه��ا جنبش و س��ازماندهي با مواد، العاده فوق خواص و انقالبي

.باشد مي نانو مقياس در ابزار

در. هستند نهیزم نیا در موردي مثال يک پليمر- رس خاک هاي نانوکامپوزيت

موريل��ونيت مونت هکتوريت، قبيل از 1اسمکتيت نوع هاي رس خاک از مواد، نوع اين

.ش��ود مي اس��تفاده پليمره��ا خ��واص بهب��ود براي پرکننده عنوان به سنتزي، ميکاي و

سيليس�يم اتمه�اي از اليه، هر و دارند اي اليه ساختاري اسمکتيت، نوع هاي رس خاک

ه��اي لبه ب��ا وجهي هش��ت ص��فحه ي��ک ب��ه ک��ه وجهي چه��ار بص��ورت ش��ده کوئورانيه

Al(OH) از مشترک Mg(OH) يا 3 ب�ه توج�ه ب�ا. اس�ت ش�ده تش�کيل شده، متصل 2

اي الع��اده فوق مکانيکي خواص مواد، اين رود مي انتظار اتمها، اين بين پيوند طبيعت

هن��وز ها اليه اين دقيق مکانيکي خواص ولي دهند نشان ها اليه اين موازي جهت در را

�. اند نشده شناخته ک��ه ش��ده زده تخمين س��ازي مدل روش��هاي از اس��تفاده ب��ا اخ��يرا

ع��ادي پليم��ر ي��ک از بيش��تر براب��ر چهارص��د ت��ا پنجاه ها، اليه راستاي در يانگ ضريب

� الي��ه هر و دارند بااليي 2اي صفحه نسبت ها اليه. است ض��خامت ن��انومتر ي��ک تقريب��ا

يا صدها. باشد مي متفاوت ميکرون، چند تا نانومتر سي از آن شعاع حاليکه در دارد،

انباش��ته هم روي ض��عيف، واندروالس��ي نيروي يک بوسيله ها اليه اين از عدد هزاران

وج��ود امکان اين مناسب پيکربندي يک با. دهند تشکيل را رسي جزء يک تا شوند مي

11- Smectite-type22- Aspect ratio

3

ش�کل ب�ه پليم�ر، ي�ک درون گون�اگوني، س�اختارهاي و اش�کال ب�ه را ها رس که دارد

.دهيم قرار يافته سازمان

� گذشته، در پليم�ر ک�ارايي اف�زايش براي رسي هاي دانه از شکل اين به عمدتا

تولي��د در آنه�ا از ت��ا کردن��د مي خ�رد ميک��روني ح�د در را آنه�ا ک�ه ش��ود مي اس��تفاده

.کنند استفاده ميکرون، اندازه در هاي پرکننده بوسيله شده تقويت پليمرهاي

� کمي م��يزان از هنگاميکه مهندسي خواص از بسياري از کم��تر چ��يزي معم��وال

چ��ون پليمره��ايي در. يابد مي توجهي قابل بهبود شود، استفاده پرکننده وزني،% 5

-nylon-6) نايلون اف�زايش ي��ک شود، استفاده پرکننده کمي ميزان چنين از هرگاه( 6

در درصدي 146 و کشساني قدرت در درصدي 49 يانگ، ضريب در درصدي 103

خ��واص س��اير. ده��د مي نش��ان خ��ود از گرم��ا، اث��ر ب��ر شکل تغيير برابر در مقاومت

ه��دايت و ب��ارير مق��اومت آتش، براب��ر در مق��اومت: از عبارتن��د يافت��ه بهبود فيزيکي

.يوني

ت��وجهي قابل تاثير که است اين پليمر- رس خاک نانوکامپوزيتهاي ديگر امتياز

ط��ول از کم��تر بس��يار منف��رد، رس اليه يک ضخامت. ندارند پليمر اپتيکي خواص بر

ورق��ه خ��وب ک��ه پليمر- رس خاک هاي نانوکامپوزيت بنابراين است، مرئي نور موج

اي قه��وه مرس��وم، هاي ميکروکامپوزيت. باشد مي شفاف اپتيکي نظر از باشد، شده

� ها نانوکامپوزيت حاليکه در رسند، مي نظر به مات و اين ب��ا. بيرنگن��د و شفاف تقريبا

از خ��وبي نم��ايش پليم��ر- رس خ��اك نانوکامپوزيته��اي ک��ه گ��يريم مي نتيج��ه دالي��ل،

مقي��اس در پليمره��ا در کلي ساختار چينش و سازماندهي با. باشد مي نانوتکنولوژي

نانوکامپوزيته��اي توسعه در ديگر نکته. اند شده يافت نو خواص با جديد مواد نانومتر،

� تکنولوژي، اين که است اين پليمر- رس خاك کن��د، پيدا تجاري کاربرد تواند مي فورا

.هستند اثبات و مفاهيم مرحله در هنوز ديگر، هاي نانوتکنولوژي بيشتر حاليکه در

4

: اول فصل

کلیات

)پلیمر( بسپار تعریف- 1-1

)پ��اره، پ��ار ار( وی)بس�� بس بخش دو از ک��ه است فارسی واژه یک بسپار واژه

)پلی( ب��ه یون��انی بخش دو از ک��ه پلیم��ر بج��ای واژه است. این شده قطعه( تشکیل

اس��ت. ش��ده گرفت��ه باش��دمی قطع�ه ی��ا پ��اره قس�مت، معنی و)مر( به بسیار معنای

کوچ��ک واح��دهای از ک��ه اس��ت ب��زرگی ملکوله��ای ش��امل پلیمرم��اده ای ی��ا بس��پار

است. شده ساخته می شود نامیده منومر یا تکپار که تکرار شونده

گويد: مي چنين مونومر مورد در بريتانيكا المعارف دائره

ه��اي مولك��ول ب��ا توان��د مي ( ك��ه ارگاني��ك ) ا غلب تركيب��ات دس��ته هر از "مولكولي

پليم��ر ي��ا بزرگ بسيار هاي مولكول تشكيل و دهد واكنش ديگر نوع از يا خود همانند

5

مون��ومر است، آن دادن واكنش چندگانه مونومر اساسي ويژگي و بدهد. خاصي�ت را

ديگ��ر مون��ومر مولك��ول دو ح��د�اقل ب��ا ش��يميايي تركيب��ات دادن شكل قابلي�ت داراي

.است"

ه��اي حلق��ه همانن��د مون��ومر كه شد متوج�ه توان مي شد گفته آنچه به توج�ه با

ب��ه را پليم�ر ي��ك بت��وان باي�د واق�ع اس��ت. در زنج��ير خ�ود پليم�ر و اس��ت زنج��ير يك

باش��د، عنص��ر مون��ومر، يك كه ندارد لزومي كرد، تقسيم صحيح ضريب با مونومرها

وزن داراي و آي��د مي دست به پليمر آن تكرار از كه است مولكولي مونومر واقع در

باشد. مي كمي مولكولي

پ��روپیلن، اتیلن، مانن��د پتروش��می پای��ه موتد از بسپار ها خوراک عمده قسمت

جه�ان فس�یلی ان�رژی مص�رف از درص�د5 تنه�ا ک�ه میگ�ردد تامین زایلین ها و بنزن

س�ازنده بس�پار، کنن�دگان اس�ت. تولی�د داده اختص�اص خ�ود به ...( را و گاز ، )نفت

و چس��ب ها الی��اف، پالس��تیک ها، الس��تیک ها، قبی��ل از ارزش با محصول هزار هزاران

م��واد ب��ه نسبت باالتری بسیار افزوده ارزش از تنها نه که ... می باشند و ها پوشش

آورد.ه�دف می هم�راه ب�ه ن�یز را دستی پایین صنایع توسعه بلکه خوردارند، بر اولیه

پالستيك ، الستيك ، قبيل از پليمري محصوالت كليه توليد پليمر صنايع مهندسي رشته

� ن��يز پزش��كي ك��اربرد است . پليمرها صنعت نياز مورد مواد ساير و رزين دارن��د. مثال

ك��ل مي ش��وند. در س��اخته پليم��ري م��واد از همه چش��مي لنزهاي و مصنوعي دندان

و آن��اليز فرموالس��يون، ط��راحي، ش��ناخت، پليم��ر صنايع مهندسي كه گفت مي توان

ك��امپوزيت و پالس��تيك الس��تيك، عم��ده ماده سه مكانيكي و فيزيكي خواص بررسي

. است

بسپار انواع- 1-1-1

درج��ه ی��ا بس��پارش درجه بزرگ، مولکول یک در شونده تکرار واحد های تعداد

تک��رار واح��د ن��وع ی��ک از فق��ط ک��ه می شود. بس��پارهایی ( نامیدهDPپلیمریزاسیون)

ش��ونده تک��رار واح��د ن��وع دو از که آنهایی و1بسپار همگون اند، شده تشکیل شونده

1-Homopolymer6

ب��رای ن��یز 2ترپلیم��ر لفظ می ش��وند. گ��اهی نامی��ده 1بس��پار هم ش��ده اند، تش��کیل

در ح��ال، عین می رود. در ک��ار )منومر( به پار تک سه بسپارش از حاصل محصوالت

3بس��پار ن��اهمگون لفظ شده اند، بسپارش پار تک سه از بیش با که محصوالتی مورد

الس��تیک پش��م، م��و، کت��ان، چوب، پروتئین، همچون اساسی مواد است. بیشتر رایج

هستند. بسپار شود، می یافت زنده موجودات در که ها رزین )کائوچو( و خام

مانن�د: ص�نایع، نم�ود بن�دی طبقه مختل�ف های دی�دگاه از ت�وان می را بسپارها

پلیمریزاس��یون ، واکنش ه��ای ح��رارتی، واکنش نور، عبور مهندسی، یا اساسی منبع،

کریستالی. ساختمان و مولکولی ساختمان

عبارتن��د ک��ه می ش��وند بندی تقسیم اصلی گروه سه به منبع لحاظ از بسپار ها

در اثرپذیری نظر از مصنوعی. بسپارها و شده اطالح طبیعی طبیعی، از: بسپارهای

)ترموس�ت سخت ها گرما و4)ترموپالستیک ها( نرم ها گرما دسته دو به حرارت برابر

ب��ا ک��ه می شود گفته بسپارهایی به پالستیک ترمو یا نرم می شوند. گرما تقسیم5ها(

ب��ه ت��وان می را پلیمره��ا می ش��وند. این ذوب ش��یمیایی، تغی��یر ب��دون دم��ا اف��زایش

مایع��ات مانن��د م��ذاب ح��الت در بس��پارهایی نمود. چنین جامد دوباره و ذوب دفعات

متمایزند. عرضی اتصاالت دارای بسپار های با لحاظ این از و می شوند جاری

حرارت اعمال اثر در که می شود گفته بسپارهایی به ترموست یا سخت گرما

وزن نتیج��ه در و می ش��ود ایج��اد ش��یمیایی واکنش ه��ای ب��ا عرض��ی پیوند های آنها در

بس�پارها درمی آین�د. این ص�لب یکپارچ�ه ح�الت به و رفته باال آنها متوسط مولکولی

برگش��ت ص��ورت ب��ه ب��اال بس��یار دماه��ای در بلک��ه نش��ده، ذوب دهی حرارت هنگام

الس��تیک، ص��نعتی گروه پنج به بسپارها مادر، صنایع ازنظر می شوند. تجزیه ناپذیری

آنه��ا به بسیاری صنایع که شوند می بندی تقسیم چسب و پوششی الیاف، پالستیک،

. است وابسته

بسپار تاریخچه- 1-1-2

1-Copolymer2-Terpolymer3-Hetrerpolymer4-Thermoplastic5-Thermoset

7

الی��اف و ابریش��م و پش��م پروتئی��نی الی��اف چگون��ه ب��ود آموخت��ه نخستین بشر

مانن��د ط��بیعی بس��پارهای ببافد. از و کند رنگرزی آورد، عمل را کتان و پنبه سلولزی

کهرب��ا س��اخت در )که درختان صمغ و حیوانات شاخ پشت، الک خارجی پوشش قیر،

فش��ار اعم��ال و دادن ح��رارت از اس��تفاده اس��ت( ب��ا ش��ده می اس��تفاده الس��تیک و

س��اختن ب��رای ط��بیعی، الس��تیک از مرک��زی آمریک��ای بسازد. بومیان تزئینی وسائل

بسپارها تجاری کاربرد می کردند. اولین استفاده آب ضد پارچه های و کشسان اشیاء

ک��ه ب��ود مص��نوعی بسپار اولین 1آغازگردید. باکلیت کائوچو کشف با1843 سال در

1911 س��ال در 2ری��ون مص��نوعی نیم��ه الی��اف آن از پس و س��اخته1909 سال در

شد. ساخته

دین بوت��ا الس��تیک نئ��وپرن، آکریلی��ک، ن��ایلون، مانن��د م��وادی جن��گ ش��روع ب��ا

گردیدند. از کمیاب طبیعی مواد جایگزین بسپارها سایر و پلی اتیلن (،SBR) استایرن

یافت. ادامه بسپار صنایع رشد سیر زمان، آن

متح��ده ای��االت کش��ورهای در1980 س��ال ت��ا پتروشیمی پایه مواد درصد80

دیگ��ر ب��ه داخ��ل نی��از ت��امین ض��من ک��ه میگردی��د تولی��د ژاپن و غربی اروپای آمریکا،

قابل تغییرات پتروشیمی صنعت جهانی ساختار پس آن می شد. از صادر نیز مناطق

بهره من��د ط��بیعی گ�از و خ�ام نفت عظیم من��ابع از ک�ه کرد. کش�ورهایی پیدا توجهی

من��ابع اف��زوده ارزش اف��زایش منظ��ور به کانادا، و خاورمیانه کشورهای مانند بودند

نمودند. پتروشیمی واحدهای تاسیس به شروع خود

نی�از ت�امین منظ�ور ب�ه ت�ایوان و جن�وبی ک�ره س�نگاپور، کشورهای طرفی از

ب��رای زیادی ظرفیت های چین، نظیر کشورهایی به صادرات نیز و خود داخلی صنایع

س�ریع رش�د از ناش�ی ب�االی مصرف کرده اند. رشد ایجاد پتروشیمی پایه مواد تولید

اف��زایش را کش��ورها این پایه مواد تقاضای هند، و چین نظیر کشورها برخی جمعیت

ب��ه دسترس��ی ی��ا ک��ه جه��ان دیگ��ر من��اطق در پتروش��یمی واح��د های داد. راه اندازی

این ه��دف ب��ازار خ��ود ی��ا و س��عودی عربس��تان مانن��د داش��ته اند ص��نعت این خوراک

داد. ب��ه تغی��یر را جه��انی تج��ارت و تولی��د الگ��وی ، چین مانن��د ان��د ب��وده محص��والت

و غ��ربی اروپ��ای آمریکا، متحده )ایاالت جهان صنعتی مناطق ظرفیت سهم طوریکه1-Bakelite2-Rayon

8

در درص��د64 ب��ه1970 ده��ه در درص��د81 از پتروش��یمی پایه مواد تولید ( از ژاپن

در رقم این گ��ردد می بی��نی پیش ک��ه رسیده1990 دهه در درصد63 و1980 دهه

م�واد جه�انی ظ�رفیت حاضر، حال یابد. در کاهش درصد35 به میالدی2012 سال

بالغ بوتادین و زایلین ها،تولوئن متانول، بنزن، پروپیلن، اتیلن، قبیل از پتروشیمی پایه

. است تن میلیون379 بر

ها نانوکامپوزیت انواع- 1-2

می تقس��یم دسته سه به کننده تقویت و زمینه نوع اساس بر ها نانوکامپوزیت

شوند:

سرامیک – سرامیک های ( نانوکامپوزیت1

فلز – سرامیک های ( نانوکامپوزیت2

سرامیک – پلیمر های ( نانوکامپوزیت3

دسته این شرح به تنها تحقیق، این در پلیمری های نانوکامپوزیت از استفاده دلیل به

شود. می پرداخته ها نانوکامپوزیت از

پلیمری های نانوکامپوزیت- 1-2-1

ب��ه نسبت که فردی به منحصر خواص دلیل به پلیمری های نانوکامپوزیت تهیه

اس��ت. نانوک��امپوزیت ش��ده روبرو زیادی استقبال با دهند می نشان خود از پلیمرها

تش��کیل کنن��ده تقویت ماده یک و پلیمری ماده یک از که هستند موادی پلیمری، های

ان��دازه در ابع��ادش از یکی بای��د کنن��ده تق��ویت م��اده م��واد، گونه این در که اند شده

� الیاف و ذرات ساختاری، منظر باشد. از نانومتر100-1 ب��اعث ذاتی طور به معموال

مع��دنی، م��واد ب��ه چسبیدن با تواند می پلیمری ماتریس و شوند می استحکام ایجاد

این کند. در منتقل پرکننده به یکنواختی نحو به را کامپوزیت به شده اعمال نیروهای

می تغی��یر ک��امپوزیت درون ماده تخلخل و شفافیت سختی، چون خصوصیاتی حالت

ک��رده، حف��ظ ها آسیب از را کننده پر سطح تواند می همچنین پلیمری کند. ماتریس

این تم��ام از افتد. گذش��ته تأخیر به ترک رشد که نگهدارد جدا هم از طوری را ذرات

س��طحی بین تعام��ل اث��ر ب��ر توانن��د می نانوک��امپوزیتی مواد اجزاء ذاتی خصوصیات9

و کنن�د. ط�بیعت عم�ل به�تر خود اجزاء مجموع خواص از کننده، پر ذرات و ماتریس

جنبه همچون نانوکامپوزیت مختلف خصوصیات بر محوری نقشی تعامالت این درجه

دارد. غیره و حاللیت حرارتی، الکتریکی، مکانیکی، های

دارد. وج��ود پلیم��ری ه��ای نانوکامپوزیت بندی طبقه برای مختلفی های روش

از بع��د چن��د اینک��ه اس��اس ب��ر ت��وانمی را پلیم��ری های نانوکامپوزیت مثال عنوان به

م��اتریس ن��وع اس��اس ب��ر ی��ا و هس��تند نانو محدوده در ماتریس در شده تولید ذرات

. کرد بندی طبقه پلیمری

- پليمر رس خاك نانوکامپوزيتهاي تاريخچه- 1-3

1980 از قب��ل ب��ه - پليم��ر رس خ��اك ت��رکيب م��ورد در تحقيق��ات اگرچ��ه

تاريخچ��ه در نباي��د را گ��رفت ص��ورت زم��ان آن در ک��ه کاره��ايي ولي برمي گ��ردد،

نتيج��ه ب��ه هيچگ��اه ک��ه چ��را آورد، حس��اب ب��ه - پليم��ر رس خ��اك نانوکامپوزيته��اي

حقيقت نش��د. در ختم آنه��ا یمهندس�� و ف��يزيکي خ��واص بهب��ود ب��راي چش��مگيري

تالش ک�ه تويوت��ا ش��رکت کاره�اي را - پليمر رس خاك نانوتکنولوژي منشاء مي توان

ف��اش دانس��ت. آنه��ا ش��د، ش��روع6ن��ايلون در رس��ي دانه ه��اي ک��ردن اليه اليه براي

بوس��يله تقويتش��ان ب��ا پليمره��ا، خواص در توجهي قابل بهبود توانسته اند که ساختند

اين در وسيعي تحقيقات بعد به موقع آن کنند. از ايجاد نانومتر، مقياس در رس خاک

س��اير ب��ه بهبوده��ا اين حاض��ر ح��ال اس��ت. در ش��ده انج��ام جه��ان س��طح در زمين��ه

کلريد، وينيل پلي استايرن، پلي اتيلن، پلي پروپيلن، پلي جمله از مهندسي پليمرهاي

کوپليمرهاي ، PET متاکريالت، متيل پلي استايرن، انبوتادي پليمرهاي آکريلونيتريل،

( PEO) اکس��يد اتيلن پلي کربن��ات، پلي اکريلونيتري��ل، پلي اس��تات، ويني��ل اتيلن ،

ف��نيلن پلي-پي رزين، فنوليک کاپروالکتون، پلي الکتيد، پلي اميد، پلي رزين، اپوکسي

پيري��دين، ويني��ل پلي اورت��ان، پلي )آه��ار(، اس��تارک الس��تيک، پ��يرول، پلي وي��نيلن،

.کرده سرايت

- پليمر رس خاک هاي نانوکامپوزيت ساخت تکنولوژي- 1-4

10

ک��ردن ج��دا جدا - پليمر، رس خاك هاي نانوکامپوزيت ساخت در نهايي مرحله

ب��ه دارد بس��تگي ک��ار مي باش��د. اس��تراتژي پليم��ر در آن پخش و رس��ي اليه ه��اي

ک��ه مي کند تعيين مي شود. اين استفاده که پليمري و رس بودن همگون و سازگاري

ي��ا هس��ت ک��ردن مخلوط از قبل پليمر يا رس خاك روي مقدماتي عمليات به نياز آيا

مستقيم اختالط باشد، همگون و سازگار پليمر، با سيليکاتي اليه هاي سطح خیر. اگر

باش��د. چ�نين مق�دماتي عملي��ات به نياز اينکه بدون بيفتد، اتفاق مي تواند دو اين بين

PVP ي��ا PEO مانن��د آب، در حل قابل پليمر از که مي افتد اتفاق وقتي بيشتر مواردي

آبدوس�ت دو ه�ر س�يليکات، اليه ه�اي س�طح و پليمره�ا اين ک�ه چ�را ک�نيم، استفاده

س��هولت ب��اعث س��يليکات، اليه ه��اي بين وان دروالسي يا دوقطبي نيروهاي و هستند

نتيج��ه در که مي شود اليه روي عمودي فشارهاي ايجاد و آبدوست مولکولهاي جذب

مي گردد. پليمرها اين در رسي اليه هاي تک تک جداکردن باعث

آبدوس��ت، رسي دانه هاي با نتيجه در و گريز آب پليمرها بيشتر حال، هر به اما

ي�ا رس خ�اک روي مق�دماتي عمليات يکسري به نياز موارد اين هستند. در ناسازگار

از اس��تفاده رس��ي، دانه ه��اي اص��الح ب��راي روش ه��ا داريم. پرک��اربردترين پليم��ر

س��طح ت��ا ارگانيک هاس��ت ت��ترا فس��فونيم ي��ا و آلي آم��ونيم نمکه��اي آمينواس��يدها،

اص��الح روش اين ب��ه ک��ه رس��ي کنيم. دانه هاي تبديل گريز آب به را رس ها آبدوست

گ��روه هرگون��ه فاق��د ک��ه پليمرهايي مورد مي شوند. در ناميده ارگانوکلي مي شوند،

( PP) پروپيلن پلي مانند مي باشند، عاملي ، � گ��روه اف��زودن هاي تکنيک از معموال

فرآين��د طي در اينک��ه ي��ا و مي ش��ود اس��تفاده پليم��ري زنج��يره روي قط��بي ع��املي

� وارد مس���تقيم بص���ورت را خ���ورده پيون���د پليمره���اي س���اخت، در مي کنن���د. مثال

پلي به خورده پيوند اسيد مالئيک از ( clay PP) پروپيلن پلي رسي هاي نانوکامپوزيت

است. شده استفاده مستقيم بصورت پروپيلن،

از ک��ه روش��ي سه ولي شده، استفاده نانوکامپوزيتها توليد در زيادي روشهاي

محل��ول ترکيب ،1درجا پليمريزاسيون از: ندتعبار يافته اند بيشتري توسعه کار ابتداي

. 3مذاب اختالت فرآيند و 2القاشده

1-In situ2 - Solution induced interceletion3- Melt Intercalated Method

11

درجا پلیمریزاسیون روش- 1-4-1

[.7گردید] استفاده6آمید- پلی نانوکامپوزیت سنتز برای ابتدا روش این از

شود. می متورم منومر در آلی ترکیبات با شده اصالح رس خاک ابتدا روش این در

منومر، های مولکول قطبیت میزان به که دارد معینی زمان به نیاز مرحله این

بستگی تورم دمای و رس خاک ذرات روی بر گرفته قرار آلی های گروه میزان

شروع یا پخت عوامل شد، متورم منومر درون رس خاک ذرات اینکه از دارد. پس

گیرد می انجام خاک ذرات حضور در شدن پلیمر و شود می افزوده سامانه با کننده

� و این در کننده کنترل اصلی شود. عامل می تشکیل پلیمری نانوکامپوزیت نهایتا

اگر که داشت توجه هاست. بایدالیه بین شدن پلیمر درجه و سرعت کنترل روش

پذیرد، انجام ها الیه خارج از کمتر رس خاک های الیه میان در شدن پلیمر سرعت

ای، ورقه نانوکامپوزیت ساختار شده، انجام ناقص صورت به ها الیه شدن جدا

های مولکول قطبیت به روش این در شدن پلیمر گرفت. پیشرفت نخواهد شکل

انرژی مونومر، درون رس خاک ذرات شدن متورم مرحله است. در وابسته مونومر

این به و شود می مونومر قطبی های مولکول جذب سبب ذرات این باالی سطحی

ای الیه بین فاصله افزایش سبب و کند می نفوذ خاک های الیه بین مونومرها ترتیب

شود. هنگامی می متوقف نفوذ ترمودینامیکی تعادل برقراری از پس و شوند می

این با مونومرها شود، می افزوده شدن پلیمر سامانه به کننده شروع عوامل که

کاهش دلیل شود. به می تشکیل پلیمری زنجیرهای و شود می واکنش وارد عوامل

ترمودینامیکی، قوانین اساس بر مونومر با مقایسه در پلیمری زنجیرهای قطبیت

شوند. می ها آن جایگزین مونومرها شده، خارج سیلیکاتی های الیه داخل از زنجیره

� از را رس خاک سیلیکاتی های الیه مونومر، های مولکول شده ذکر روند طی نهایتا

گیرند. می قرار ها الیه این بین ما پلیمر زنجیرهای و کنند می جدا هم

سیلیکات های نانوکامپوزیت ساخت برای شده گزارش دیگر های روش از

اشاره نیز الگو از استفاده با سنتز روش و ژل- سل روش به توان می ای، الیه

. کرد

12

محلولی روش- 1-4-2

محلولی روش رس پلیمر/ خاک های نانوکامپوزیت تولید های روش از یکی

حالل از استفاده شود. با می استفاده قطبی های حالل از محلولی روش است. در

رس خاک – پلیمر ای الیه میان در های نانوکامپوزیت ایجاد امکان مناسب، های

آلومینیوم( آلکیل با شده اصالح رس )خاک رس خاک ابتدا روش این دارد. در وجود

این در شود، می پراکنده فرمالدهید متیل دی و تولوئن نظیر قطبی های حالل در

دهد، می مانند ژل ساختار شده، متورم قطبی های حالل در رس خاک ذرات مرحله

� و گردد می اضافه مذکور سامانه به و حل حالل در نظر مورد پلیمر سپس نهایتا

به حالل بازیافت شامل مرحله شود. آخرین می تشکیل نانوکامپوزیتی ساختار

� که است تبخیر وسیله روش، این اصلی گیرد. مزیت می صورت خأل تحت معموال

است. قطبی غیر یا کم قطبیت با پلیمرهای پایه بر هایی نانوکامپوزیت تهیه امکان

محیطی زیست های آلودگی و حالل باالی مصرف علت به روش این حال، هر در

. سازد می فراهم را زیادی مشکالت صنعتی مصارف برای

مذاب اختالط روش- 1-4-3

خاک ذرات و شده ذوب گرمانرم پلیمر اختالط شامل کلی طور به روش این

گیرد. می انجام اکسترودر و 1کن مخلوط در اغلب اختالط است. عملیات رس

تنظیم و... قابل سازگاری میزان پلیمر، خصوصیات به توجه با اختالط دمای و زمان

و شده سرد آمیزه شده، اصالح رس خاک ذرات و پلیمر اختالط از است. پس

حین در پلیمری زنجیرهای روش این شود. در می تشکیل نانوکامپوزیتی ساختار

زیادی کنند. تعداد می تحمل را زیادی آنتروپی کاهش خاک، های الیه بین قرارگیری

روش این با ها اولفین پلی و آمیدها پلی نظیر گرمانرم پلیمری های نانوکامپوزیت از

دیگر، های روش با مقایسه در سهولت دلیل به روش هستند. این تولید قابل

های سامانه اغلب در کاربری قابلیت همچنین و کمتر محیطی زیست آلودگی

11- Mixer13

دو با تواند می مذاب است. روش گرفته قرار توجه مورد صنعتی مقیاس در پلیمری

گیرد: صورت اسلوب

انتقال دمای باالی رس، خاک و پلیمر مخلوط(Annealing) کردن - آنیل1

از پلیمری زنجیرهای فرآیند، این انجام طول در که پلیمر ذوب نقطه یا ای شیشه

کنند. می نفوذ رس خاک های الیه داخل به پلیمر توده

طول در برشی، نیروهای اعمال نتیجه در که مستقیم فرآیند وسیله - به2

نفوذ ها الیه داخل به را پلیمر زنجیرهای برشی نیروی این و شود می حاصل فرآیند

دهد. می

خاک و پلیمر بین ترمودینامیکی های کنش هم بر روش این در اصلی عامل

است. بعدی شدن سرد و اختالط فرآیندهای طول در شده اصالح رس

ک��ه هس��تند توس��عه ح��ال در ن��يز ديگ��ر روش ه��اي ب��ا روش س��ه اين بر عالوه

� روش��ها س��ل-ژل. اين روش و وولکانيزاس��يون جام��د، ت��رکيب: از عبارتن��د در بعض��ا

. نکرده اند پيدا وسيع کاربرد هنوز و هستند توسعه ابتدايي مراحل

ها نانوکامپوزیت تهیه روش ترین مناسب و مؤثرترین- 1-5

محیط لحاظ از و ترین ساده مذاب اختالط شده ارائه های روش میان از

� ها نانوکامپوزیت تهیه روش سبزترین زیستی، این در مستربچ تهیه با است. معموال

با نانوکامپوزیتی پلیمر روش این گردد. در می حاصل بیشتری مزایای روش

پلیمر پیش شود. این می تهیه مناسب ای کننده سازگار و خالص پلیمر از استفاده

روش به ها نانوکامپوزیت تولید شود. در تهیه کن مخلوط یا اکسترودر در تواند می

� مهم مباحث از یکی شده دوست آلی رس خاک توزیع نحوه مذاب، است. اصوال

بستگی 1برش شدت و اکسترودر در اقامت زمان قبیل از عواملی به توزیع میزان

دارد.

پلی های نانوکامپوزیت تولید برای روش مؤثرترین مذاب حالت در اختالط

� و است اولفینی در مستقیم طور به پلیمر زنجیرهای گرفتن قرار الیه بین معموال

11- Shear Intensity14

اجزای با متناسب فرآیندی دمای در پیچه دو اکسترودر از استفاده با مذاب حالت

نوع و پلیمر به وارده تنش میزان اکسترودر، پذیرد. نوع می انجام نانوکامپوزیت

اختالط مؤثرند. برای نهایی خواص در که هستند مهمی عوامل از پیچ طراحی

بهترین که اند شده طراحی جدید اکسترودرهای اولفینی پلی های نانوکامپوزیت

دهند. می انجام رس خاک ای الیه ساختار به زدن ضربه بدون را اختالط

کن، مخلوط در اقامت زمان افزایش که دهد می نشان ها بررسی نتایج

� افزایش منظور به مجدد، اختالط اگرچه انجامد، می خوب شدن ای الیه به معموال

برش شدت اما رسد، می نظر به الزم بهینه، برشی تنش ایجاد و اقامت زمان

کافی برش گردد. شدت می ضعیف توزیع و شدن ای الیه کاهش به منجر اضافی

یا کم برش شدت با کافی اقامت زمان همچنین بوده، الزم فرآیند شروع برای

حاصل زمانی عالی، است. توزیع الزم ها الیه بین فضای به پلیمر نفوذ برای متوسط

که شرطی به شود استفاده مخالف و موافق پیچه دو اکسترودرهای از که شود می

است آن از حاکی مطالعات نتایج باشد. همچنین شده طراحی بهینه صورت به پیچ

باید که است شدن ای الیه و توزیع در مهم متغیری اکسترودر، فرآیندی شرایط که

است. ورود مهم بسیار اکسترودر به ذرات نانو نمودن وارد روش و گردد. نوع بهینه

در ها آن کردن وارد به نسبت را بهتری نتایج مارپیچ جانبی عرض در ذرات نانو

. دارد همراه به مارپیچ جلوی

پلیمری های نانوکامپوزیت در رس خاک ساختار تعیین- 1-6

نانو توزیع مطالعه پلیمری، پایه های نانوکامپوزیت در مهم مباحث جمله از

روش دو به عمل این رس، خاک ذرات مورد باشد. در می پلیمری بستر در ذرات

: است پذیر امکان

(XRD) ایکس اشعه پراش از ( استفاده1

(TEM) الکترونی عبوری ( میکروسکوپ2

15

شیمیایی، تجزیه زمینه در ای گسترده بسیار کاربرد ایکس اشعه پراش روش

یابی جهت آلیاژها، و فازها مطالعه بلورین، های دانه اندازه تعیین تنش، گیری اندازه

است. پذیر امکانXRD دستگاه وسیله به امر این که و... دارد بلورین های مجموعه

است. روش این از استفاده نانوکامپوزیت ساختمان اثبات های راه از یکی ضمن در

یا شدن متورم پایه بر رس پلیمر- خاک های نانوکامپوزیت عملکرد اساس

این تعیین برای اساسی روش یک ایکس اشعه سنجی پراش شدن ای ورقه

باشد. می مشخصه

قرار از بعد و قبل رس، خاک به مربوط های پیک مقایسه باXRD روش در

فاصله دریافت. اگر را ها الیه جدایش میزان توان می پلیمری ی زمینه در گرفتن

هم حاصله پیک باشد، شده زیاد زمینه در گرفتن قرار صورت در رس خاک های الیه

ها الیه فاصله چقدر هر و یابد می کاهش تشکیل، زاویه نظر از هم و شدت نظر از

یافتن انتقال که شد خواهد کاسته بیشتری میزان به مقادیر این باشد، شده بیشتر

رس خاک ای الیه بین فاصله در افزایش با معادل کم، مقادیر به پیک زوایای

� ها الیه صورتیکه باشد. در می ای ورقه ساختار و باشند گرفته فاصله هم از کامال

معنی این به موضوع این و شد نخواهد مشاهده پیکی گونه هیچ باشد، شده درست

بوده بیشتر استفاده موردXRD دستگاه تشخیص حد از ها الیه فاصله که است

. ستا

(1-1) شکل در رس / خاکEVA سیستم برایXRD آنالیز از ای نمونه یک

است. شده آورده

16

EVA[3]رس/ خاک آمیزه برایXRD آنالیز (. نمونه1-1) شکل

زاویه که است شده داده نشان2 زاویه مقابل در شدت شکل این در

خاک % وزنی5 با استات وینیل اتیلنXRD طیف محدوده است. در پراش

شده حاصل ای ورقه نانوکامپوزیت دهد می نشان که است برآمدگی بدون رس

نشان را مجزا پیک یک حاصله طیف رس، خاک % وزنی15 حضور با ولی است،

XRD طیف در پیک چند است. حضور شده داده جا ساختار دهنده نشان که دهد می

� ماتریس با اختالط حین در رس خاک متفاوت ساختار دلیل به که است عادی کامال

باشد. می پلیمری

شوند. می نامیده2SAXS وXRD، 1WAXS دستگاه متداول نوع دو

�d001 ای الیه بین فواصل الیه بین شود. فاصله می تعیینXRD طیف از معموال

(1-1 )رابطه 3براگ رابطه از استفاده با و آمده دست به اطالعات به توجه با ای

: شود می [محاسبه2]

(1-1 )d00=n/ (2Sin)

ایکس اشعه موج طول و ایکس پراش زاویه صحیح، عددیn آن در که

� که است یک برابرn اصلی انعکاس است. برایnm 1540562/0 معادل معموال

است.

به توجه با(TEM) الکترونی عبوری میکروسکوپ تصاویر چنین هم

این از استفاده شود. با می تهیه نانوکامپوزیتی ساختار ریز ازASTM استانداردهای

شکل گیرد. در می قرار مطالعه مورد پلیمر و رس خاک ساختار ریز و اجزا تصاویر

این به توجه با که هستند مؤثر مختلفی عوامل پلیمری های نانوکامپوزیت دهی

نمود. بررسی را مختلف عوامل تأثیر توان می تصاویر

11- Wide Angle X-ray Scattering22- Small Angle X-ray Scattering33- Bragg,s law

17

بدین کند. این می پیدا کاهشXRD دقت درجه،2 حدود2 پراش زوایای در

محدوده این نیست. در مناسبnm 8/8<d فواصل برایXRD آنالیز که است معنی

TEMرود. میکروسکوپ کار به شدن ای ورقه یا شدن متورم تعیین برای تواند می

افزایش با و استXRD از حاصل نتایج تأیید برای مستقیمی روش الکترونی عبوری

های توده توزیع یکنواختی بررسی جهت پایین بزرگنمایی برای آنالیز این فرکانس،

بررسی برای همچنین پایین شود. بزرگنمایی می استفاده پلیمری ماتریس در رس

را کوارتز مانند ای الیه غیر ذرات حضور که صورت بدین است، مفید رس خلوص

. دهد می نشان رس در

- پليمر رس خاک هاي نانوکامپوزيت توسعه مشكالت- 1-7

خ��اك ن��انوتکنولوژي پيش��رفت روي پيش مشکالت عمده پرکننده ها، بر عالوه

ک��ارايي، اف��زايش در م��وثر مکانيزمه��اي ش��ناخت ع��دم ز:عبارتن��دا - پليم��ر رس

حرارت. برابر در ارگانوکلي ها پايداري عدم و ترموستينگ پليمرهاي نبکاربرد

اف��زايش مک��انيزم از درک پيش��برد جهت در زي��ادي مدل س��ازي هاي اگرچ��ه

رس خ�اك نانوکامپوزيت هاي از استفاده در مهندسي و فيزيکي خواص عمده کارايي

مث��ال، عن��وان ب��ه. داريم رو پيش را زي��ادي مس��افت هن��وز ولي شده، انجام - پليمر

نش��ده اند. از ش��ناخته دقيقا سيليکات، منفرد اليه هاي مهندسي فيزيکي خواص هنوز

س��اختار ط��رفي، از و ک��نيم، ايج��اد تقويت کننده مکانيزم يک که است مشکل رو اين

روش��ن هن��وز - پليم��ر رس خ��اك نانوک��امپوزيت اح��تراق از ناش��ي باقيمان��ده ذغ��ال

ب��راي آتش، براب��ر در مق��اومت ايجاد براي مکانيزمي نيست ممکن آن بدون. نيست

شود هدايت جهتي در بايد اساسي، تجربي تحقيقات و مدل سازيها. کنيم طراحي آن

.شوند برطرف موانع اين آينده در که

18

توسعه در ديگري عمده مشکل ترموستينگ، پليمرهاي بردن بکار

پليمر ماده پيش يک با رس خاک مي باشد. ترکيب - پليمر رس خاك نانوکامپوزيتهاي

ميزان بر عامليت در دهد. تغيير تغيير را پليمر يک عامليت مي تواند ترموستينگ

مهندسي خواص عمده که است مشخص بخوبي و مي گذارد تاثير عرضي اتصاالت

وجود اين است. با عرضي اتصاالت تعداد ميزان از تابعي ترموستينگ، پليمر هاي

پليمري سيستمهاي مکانيکي خواص بهبود بر مبني داشته وجود هم گزارش هايي

رزين اپوکسي جمله از است، بوده پايين آن عرضي اتصاالت ميزان که تروستينگي

� مسئله اوراتان ها. آخرين پلي و پايين Tg با مورد در نگراني به مي گردد بر مستقيما

برابر در پايدار ارگانوکلي هاي کمبود.پليمر – رس خاك نانوتکنولوژي تجاري سازي

هستند. مسير اين در شده ثبت موانع از دسترس، در تجاري نظر از نيز و گرما

با رس، ساختار درون فلزي کاتيون جايگزيني از دسترس، در ارگانوکلي هاي بيشتر

و ناپايدارند گرما مقابل در آمونيم نمکهاي مي شوند. اين تهيه آلي آمونياک نمکهاي

� بين از سانتيگراد درجه170 از کمتر دماهاي در حتي مواد چنين مي روند. مسلما

از که هنگامي مهندسي پالستيکهاي بيشتر نت( برايا)سورفکت سطعي فعال

صاحب شود، استفاده نانوکامپوزيت ها ساختن براي شدن ذوب فرآيند تکنولوژي

بوسيله شده اصالح ارگانوکلي هاي از آن در که نانوکامپوزيتهايي ساخت و نيستند

شده تبديل معضل يک به ديگر، تکنيک هاي از استفاده با رفته، بکار آمونيم نمکهاي

شناخته فسفونيم مثل گرما، برابر در پايدار سورفکتانت زيادي تعداد است. اگرچه

نيستند. صرفه به مقرون تجاري، کاربرد براي سورفکتانت ها اين ولي شده اند،

اليگومرهاي و پليمرها از استفاده با آبدوست رس هاي اصالح جهت در نوآوري هايي

توليد براي گرما برابر در پايدار ارگانوکلي هاي تا شده انجام عاملي چند

. بسازند - پليمر رس نانوکامپوزيتهاي

پلیمری نانوکامپوزیت در رس خاک خواص و ساختار- 1-8

: رس خاک ساختار- 1-8-1

19

روند، می کار به ها نانوکامپوزیت در معمول طور به که ای الیه های سیلیکات

هکتوریت، موریلونیت، هستند. مونت فیلوسیلیکات نام به ای خانواده به متعلق

ای الیه های سیلیکات عنوان به که باشند می موادی ترین رایج بنتونیت و ساپونیت

الیه، هر در که است بعدی دو های الیه شامل ها آن کریستالی روند. شبکهمی کار به

هم به متوالی صورت به - اکسیژن، سیلیسیوم های وجهی چهار از ای زنجیره

سدیم، قبیل از تعویض قابل فلزی های کاتیون ها، الیه این اند. بین شده متصل

(1-1) شکل در ها آن فضایی است. ساختار موجود لیتیوم و آلومینیوم منیزیم،

ها آن جانبی ابعاد و نانومتر یک حدود هاالیه این است. ضخامت شده داده نشان

منظور به ها الیه کند. این تغییر میکرون چند تا آنگستروم300 از است ممکن

و گیرند می قرار هم کنار واندروالسی نیروهای توسط هایی، توده دادن تشکیل

می 1ای الیه بین فاصله را، ها فاصله این که شود می ایجاد ها آن بین ای فاصله

. نامند

[2ای] الیه های سیلیکات فضایی (. ساختار2-1) شکل

شوند. می تهیه مختلفی های روش به رس خاک- پلیمر ترکیبات

الیه تجمع تمایل بر بتوان که آید می دست به روشی با تنها مناسب نانوکامپوزیت

نمود. توزیع پلیمری زمینه در مطلوب نحو به را ها آن و کرد غلبه سیلیکات های

11- Gallery20

رس خاک های الیه از مناسبی توزیع آن از استفاده با بتوان که روشی یافتن بنابراین

. است مهم بسیار داشت

رس خاک خواص- 1-8-2

پلیمری زمینه با سازگاری افزایش هدف با رس خاک های مشخصه مهمترین

: از عبارتند کامپوزیت نانو خواص بهبود و

نانوکامپوزیت پودری ذرات اندازه و - نوع1

خلوص - درصد2

ذرات کاتیونی تبادل - ظرفیت3

ذرات 1منظر - نسبت4

ذرات 2سطحی - اصالح5

: پردازیم می مواد این از برخی بررسی به زیر در که

خلوص درصد- 1-8-3

در بهبود حداکثر با کامپوزیتی نانو آوردن دست به برای مهم خواص از یکی

کاربردهای از یکی مثال عنوان باشد. به می رس خاک خلوص پلیمر، خواص

و است غذایی مواد بندی بسته صنایع در پلیمر – رس خاک های نانوکامپوزیت

داشته باالیی ناخالصی کامپوزیت، نانو ساختمان در شده استفاده رسخاک چنانچه

طبیعت در لونیت موری شود. مونت می بندی بسته ظروف شدن کدر باعث باشد،

کاهش درصد5/2 تا ناخالصی است. چنانچه ناخالصی وزنی درصد5 تا3 همراه به

� نیابد، الزم گذاشت. البته خواهد نامطلوبی اثر حاصل نانوکامپوزیت درکیفیت قطعا

و هزینه پر مراحل از یکی موریلونیت مونت سازی خالص مرحله که است ذکر به

. است بر زمان

11- Aspect ratio22- Surface Modification

21

(CEC) کاتیونی تبادل ظرفیت- 1-8-4

جای به(+Mg2+,Fe2) قبیل از فلزاتی جایگزینی با متفاوت های رس خاک در

� است شده واقع سیلیکون 1ضلعی شش های الیه بین در که فلزی آلومینیوم )مثال

سطح روی شونده، جایگزین فلزات بودن ظرفیتی دو به توجه با ظرفیتی(، سه

تبادل ظرفیت این چه هر شود. حال می ایجاد منفی باری سیلیکاتی هایالیه

. است تر مناسب کامپوزیتها نانو از استفاده برای باشد بیشتر کاتیونی

منظر نسبت- 1-8-5

باشند. ضخامت می ای صفحه ساختمان دارای رس خاک مختلف های گونه

میکرونی های اندازه دارای ها آن دیگر بعد دو و است نانومتر1 حدود صفحات این

محدوده ضخامت( در به عرض )نسبت ها آن منظر نسبت نهایت در که است

برای ،m2/gr 700 حدود در 2ویژه سطح و منظر نسبت بودن است. باال1500-300

نانوکامپوزیت در لونیت موری مونت از استفاده مهم عوامل از لونیت، موری مونت

. است ها

رس خاک سطحی اصالح- 1-8-6

در و بوده گریز آب هیدروکربنی زنجیرهای داشتن دلیل به پلیمرها بیشتر

مقدمات عملیات به لذا هستند، ناسازگار آبدوست، رس خاک ذرات به نتیجه

آن سطحی انرژی تا است نیاز بیشتر سازگاری منظور به رس خاک روی اصالحی

کردن فعال و ساختن آلی باشد. عمل داشته سازگاری پلیمر با و یافته کاهش

آلی طوالنی زنجیرهای شامل هایی محلول در رس، خاک ای الیه های سیلیکات

شود. می انجام

روند. می کار به رس خاک سطح اصالح برای آلومینیوم های آلکیل خانواده

ها الیه میان در موجود های کاتیون با توانند می راحتی به آمونیوم آلکیل های کاتیون

13- Octahedral21- Specif Area

22

� و شده تعویض آلی رس خاک شود، می اصالح روش این به که رسی خاک اصوال

شود. می نامیده 1شده دوست

صورت به شده اصالح های رس خاک در سیلیکاتی ای الیه میان فواصل

� و ها الیه میان در واقعی های یون نوع و الیه آنیونی بار از تابعی اصالح نوع خصوصا

فاصله است، شده داده ( نشان3-1) شکل در که کند. همانطور می تغییر کننده

افزایش با آلومینیوم آلکیل های یون با یون تعویض اثر در شده اصالح های الیه میان

یابد. می افزایش آلکیل زنجیر طول

زنجیر طول افزایش با رس خاک های الیه فاصله (. افزایش3-1) شکل

[3کننده] اصالح

: دارد اصلی مزیت دو ای الیه بین فاصله افزایش گفت توان می کلی طور به

سطح روی بر نشستن و ها الیه بین ما ها مولکول کوچک نفوذ تسهیل

کند. می کمک فاصله افزایش به که ذرات

بین ما توانند می تر راحت پلیمر زنجیرهای پلیمر، با اختالط فرایند در

. افتد می اتفاق رس خاک بهتر توزیع و کرده نفوذ ها الیه

رس خاک – پلیمر های نانوکامپوزیت در رس خاک توزیع- 1-9

هستند، یکدیگر موازی طبیعی حالت در رس خاک دهنده تشکیل صفحات

ممکن دهی حرارت و دهی شکل عملیات هنگام در پلیمرها، با اختالط حین ولی

بگیرند. فاصله یکدیگر از داده، دست از را خودشان اصلی شکل صفحات این است

افزایش شود، می مالحظه نانومتری های الیه انبساط پدیده که زمانی

قابل حرارتی پایداری افزایش و حالل جذب کاهش نفوذناپذیری، کششی، خواص

بهینه موجب پلیمر در شونده تقویت اجزاء کامل و مناسب شود. توزیع می مالحظه

شود. می شده اعمال بارهای انتقال و تحمل برای دسترس در اجزای تعداد شدن

انتقال شود، می یکدیگر به پلیمر و رس خاک های الیه شدن جفت باعث که نیرویی

12- Organoclay23

مقاومت افزایش باعث امر همین و کند می آسان کننده تقویت فاز به را تنش

شود. می پلیمر چقرمگی بهبود و کششی

ماتریس سراسر در مناسبی طور به ای الیه های سیلیکات از کمی درصد

کننده پر – پلیمر کنش هم بر برای را توجهی قابل تماس سطح شده، پخش پلیمری

های کنش هم بر به توجه کنند. با می ایجاد معمولی های کامپوزیت با قیاس در

از مختلف مورفولوژی سه ای، الیه های سیلیکات و پلیمری ماتریس بین سطحی

( این4-1) شکل که شود می مشاهده ای الیه سیلیکات – پلیمر های نانوکامپوزیت

: از عبارتند نوع سه دهد. این می نشان را مختلف حاالت

شده، داده جا های نانوکامپوزیت : در 1شده داده جا های - نانوکامپوزیت1

منظم مدل یک در ای الیه سیلیکات ساختار در پلیمری ماتریس نفوذ

افتد. در می اتفاق پلیمر، به رس خاک نسبت گرفتن نظر در بدون کریستالوگراف،

فرایند، این نتیجه گیرد. در می جای رس خاک های الیه بین در پلیمر ساختار، این

یابد. می افزایش ای الیه بین فاصله

نانوکامپوزیت به مفهومی لحاظ : از 2چسبیده هم به های - نانوکامپوزیت2

بر خاطر به گاهی سیلیکات های الیه حالت، این است. در شبیه شده، داده جا های

چسبند. می هم به سیلیکاتی، های الیه شده هیدروکسیدی ای لبه کنش هم

الیه شده، ای ورقه نانوکامپوزیت : در 3شده ای ورقه های - نانوکامپوزیت3

شوند می پخش متوسط فاصله یک با پلیمری ماتریس در و شده جا رس خاک های

� رس خاک مقدار به بستگی که ورقه نانوکامپوزیت در رس خاک مقدار دارد. معموال

ورقه نانوکامپوزیت است. در شده داده جا نانوکامپوزیت در آن مقدار از کمتر ای

اتفاق پلیمر و سیلیکات بین بهتری کنش هم بر بیشتر، تماس سطح دلیل به شده ای

گردد. می نانوکامپوزیت خواص بهبود موجب و افتد می

11- Intercalated nanocomposites22- Flocculated nanocomposites33- Exfoliated nanocomposites

24

رس خاک – پلیمر خوب کنش هم بر خاطر به شده ای ورقه نانوکامپوزیت

قرار پلیمر دسترس در رس خاک سطح تمام آن در دهند می نشان را بهتری خواص

� رس خاک – پلیمر های نانوکامپوزیت.[5گیرد] می مورد گسترده طور به اخیرا

مکانیکی خواص ها نانوکامپوزیت این که است شده مشاهده و اند گرفته قرار توجه

. دارند شعله دهندگی تأخیر ویژگی و کم گازی نفوذپذیری العاده، فوق

[2] پلیمری ماتریس در سیلیکاتی های الیه قرارگیری مختلف (. ساختارهای4-1) شکل

25

:دوم فصل

تحقیق پیشینه

استات وینیل سبک/ اتیلن اتیلن پلی های نانوکامپوزیت- 2-1

26

معطوف موجود پلیمرهای اصالح سوی به ها پژوهش اخیر، دهه چند طول در

به یافتن دست علت شود. به ایجاد مطلوب خواص با جدید مواد تا است شده

عنوان به روش این پلیمر، چند یا دو آلیاژسازی طول در خواص از وسیعی محدوده

است. شده شناخته پلیمرها خواص بهبود برای کاربردی های روش بهترین از یکی

خواص از ای مجموعه با موادی تولید برای روشی سازگار، پلیمر چند یا دو آلیاژ

درجه بایستی پلیمر، دو آلیاژ بهترین آوردن دست به است. برای بفرد منحصر

باشد. داشته وجود متقابل سازگاری از مناسبی

دارد. وجود ها آن آلیاژ در پلیمرها سازگاری بررسی برای مختلفی های روش

مکانیکی آنالیز ،(DSC) دیفرانسیلی پویشی کالریمتری شامل هایی روش چنین

مقاومت مانند مکانیکی خواص بررسی الکتریک، دی آنالیز ،(DMA) حرارتی

انبساط گیری اندازه انکسار، شاخص تعیین مانند نوری های روش کششی،

و... است.TEM, SEM از استفاده با مورفولوژی مطالعات حرارتی،

که کرد بینی پیش توان می پایین مولکولی جرم با مایعات اختالط هنگام

دو از همگن مخلوط تشکیل به منجر تواند می قطبیت و شیمیایی ساختارهای تشابه

جرم با پلیمرها برای موقعیت این اما گردد، پایدار مشترک فصل بدون مایع

نظر نقطه از مخلوط مولکولی سطح که چرا نیست، صادق باال مولکولی

پلیمر/ اختالط مشکل کند. همچنین می جلوگیری ها آن اختالط از ترمودینامیکی،

است. حادتر باشد کریستالی نیمه جزء دو هر یا یک که وقتی پلیمر،

شود. خواص می پذیر امتزاج آلیاژ یک ایجاد به منجر پلیمرها، بعضی اختالط

انحراف یا و کند می پیروی ها مخلوط قانون از پذیر امتزاج آلیاژهای مکانیکی

بیشتر اختالط، مثبت آنتالپی و کوچک آنتروپی علت دهد. به می نشان را مثبتی

دهند. خواص می نشان را فازی چند مورفولوژی بنابراین و ناپذیرند امتزاج آلیاژها

صلف خواص و فازها مورفولوژی تأثیر تحت شدت به هایی مخلوط چنین مکانیکی

پارامترهای تأثیر تحت خود، مورفولوژی عالوه، دارد. به قرار مشترک

مکانیکی رفتار دارد. بنابراین قرار فرآیند شرایط نیز و رئولوژی و ترمودینامیکی

پارامترهای که است شده مشخص روشنی است. به پیچیده ناپذیر امتزاج آلیاژهای

مخلوط فازی ساختار روی توجهی قابل تأثیر اجزاء، ویسکوزیته مثل رئولوژیکی

27

فصل و مورفولوژی نوع به بستگی آلیاژ رئولوژیکی رفتار دیگر، طرف دارد. از

مطالعات از آمده دست به اطالعات دارد. بنابراین فازها بین مشترک

باشد مفید آلیاژها مکانیکی خواص و بینی پیش در تواند می موروفولوژیکی

می دست به مذاب سازی آمیزه طریق از که جزیی دو آلیاژهای مورفولوژی

: دارد زیر عوامل به بستگی آیند

اجزاء ( نسبت1

مذاب ذاتی ( ویسکوزیته2

نهایی قالبگیری و مذاب سازی آمیزه طول در برش خ( نر3

اجزا سطحی انرژی ( تفاوت4

آن مذاب ویسکوزیته در تفاوت و اجزا نسبت مشابه، فرآیندی شرایط تحت

ویسکوزیته پلیمرها کند. اگرمی بازی مورفولوژی تعیین در را اساسی نقش ها،

و باشد خوب بسیار آلیاژ مورفولوژی که رود می انتظار باشند، داشته یکسان مذاب

وقتی اما رسد، می نظر )ماتریس( به بیشتر جزء )کمتر( در کمتر جزء همگن توزیع

این به بستگی آلیاژ مورفولوژی باشد، داشته متفاوت مذاب ویسکوزیته آلیاژ، اجزاء

یا دارد بزرگتر جزء به نسبت بیشتری مذاب ویسکوزیته کوچکتر جزء آیا که دارد

ماتریس در خوبی پخش باشد، داشته کمتری ویسکوزیته تر کوچک جزء کمتر. اگر

است. تر ضعیف آن پراکندگی باشد بزرگتر آن ویسکوزیته اگر و دارد بزرگتر جزء

اجزا این توزیع بلکه دارد، اجزا پراکندگی به بستگی تنها نه مورفولوژی حقیقت در

به توزیع فرآیند طول در مهمی نقش سطحی است. انرژی مهم نیز ماتریس در

. دارد یکدیگر با اجزاء یآمیختگ درهم درجه بهبود خصوص

استات وینیل اتیلن آلیاژ گیرد، می قرار بررسی مورد جا این در که پلیمری دو

گروه و قطبی غیر متیل زنجیرهای با کوپلیمر یک اولی که است سبک اتیلن پلی و

� دومی و است قطبی استات های است. شده تشکیل قطبی غیر زنجیرهای از تماما

28

متفاوت هم با قطبیت نظر از هم و کریستالینیتی درجه نظر از هم پلیمر دو این

هستند.

رود. این می شمار به جهان در پلیمری مواد ترین مصرف پر از اتیلن پلی

خوب، گرمایی مقاومت دارای مختلف های کننده مقاوم با همراه یا تنهایی به ماده

فرابنفش پرتوهای سایش، برابر در مقاومت و کم دمای در مناسب پذیری انعطاف

و... است.

نواحی از که بوده لیاکریست نیمه ساختار دارای جامد حالت در اتیلن پلی

علت به آمورف است. ناحیه یافته تشکیل ها آن بین آمورف های بخش و کریستالی

باعث کل در که است ضعیف مکانیکی نظر از مولکولی بین ضعیف پیوندهای وجود

. شود می اتیلن پلی مکانیکی خواص تضعیف

شده داده نشان زیر شکل در(EVA) استات وینیل اتیلن کوپلیمر ساختار

است.

.استات وینیل اتیلن کوپلیمر : ساختار1-2 شکل

نامنظم صورت به که بوده اپوکسی جانبی های گروه دارای پلیمر زنجیرهای

پذیری انعطاف و شفافیت دارایEVA اند. کوپلیمرهای گرفته قرار زنجیر طول در

قرار استفاده مورد غذایی های فرآورده بندی بسته در دلیل همین به و بوده خاصی

کریستالی خاصیت کاهش ( سببVA) استات وینیل میزان گیرند. افزایش می

و پلیمر چسبندگی و کشسانی پذیری، انعطاف افزایش باعث نتیجه در و پلیمر

های چسب تولیدEVA کاربردهای از یکی لذا و گردد می پلیمر ذوب نقطه کاهش

29

وینیل میزان وسیله بهEVA کوپلیمرهای باشد. کاربرد می(hot- melt) - داغ مذاب

شود. می تعیین آن مذاب شاخص و استات

که تفاوت این با باشد، میLDPE شبیهEVA کوپلیمر فرآوری های روش

پایین حرارتی و شیمیایی مقاومت از اتیلن پلی با مقایسه در استات وینیل اتیلن

از باالتر فشارهای دارد. در نیاز کمتری فرآوری دمای به و باشد می برخوردار تری

psia 15000استات وینیل و اتیلن مونومرهای شیمیایی فعالیت � شود می برابر تقریبا

کند. می میسر راکتور در را باال تبدیل درجه با کوپلیمر یکنواخت تولید امر این و

قابل های فیلم مانند زیادی کاربردهای استات وینیل اتیلن- اتیلن پلی آلیاژ

کردن دارد. اضافه کابل و سیم پوشش و الیه چند بندی بسته حرارت، با انقباض

EVAپر با سازی آمیزه قابلیت نیز و تنش مقاومت شفافیت، چقرمگی، اتیلن پلی به

دهد. می بهبود را ها کننده

توسطLDPE/ EVA آلیاژ فیزیکی خواص و مورفولوژی روی زیادی مطالعات

را LDPE/ EVA آلیاژ سازگاری همکارانش، وTakidisاست. گرفته انجام محققین

روی مهمی نقش فرآیندی دمای و آلیاژ درصد ترکیب که اند کرده گزارش و مطالعه

برای180 از باالتر دمای که اند کرده پیشنهاد ها دارد. آن ها آن بین سازگاری

آنالیز همکاران، و دهد. خنکدار می نشان را بهتری مکانیکی خواص آلیاژ، ساخت

امتزاج شدن روشن برای رئولوژیکی و مورفولوژی مطالعات با را حرارتی مکانیکی

و لیDSC آنالیز نتایج از استفاده اند. با نموده همراهLDPE/ EVA آلیاژی پذیری

یابد. می کاهش آلیاژ ذوب دمای ،EVA شدن اضافه با که اند داده نشان همکاران

تواند می که استEVA وLDPE بین جزیی پذیری امتزاج با ارتباط در مشاهدات این

. شود شدن سرد طول در ثانویه شدن کریستال به منجر

درصدهای ترکیب برای راEVA/ LDPE آلیاژ مورفولوژی1خاستگیر و ری

،30/70 نسبت با آلیاژ برایSEM ( تصاویر2-2) اند. شکل کرده بررسی متفاوت

فاز موقعیت رنگ سیاه دهد. مناطق می نشان راEVA/ LDPE از70/30 ،50/50

EVAهای حوزه اتیلن، % پلی70 با آلیاژ است. در حالل توسط شده استخراج

را اجزاء پیوستگی که شود می دیدهEVA از شده کشیده بیضوی و بیضوی کروی،11- Ray & Kastgir

30

مناسب توزیع کند. همچنین می تأیید شود، می هندسی شکل ایجاد به منجر که

برای که حالی در شود، می داده نشان اتیلن پلی پیوسته ماتریس درEVA ذرات

می دیده کرده نفوذ هم در شبکه یک وضوح به جزء، دو از50:50 نسبت با آلیاژ

که اتیلن % پلی30 با آلیاژ دهد. در می تشکیل را همبسته مورفولوژی که شود

EVAچنان هم فاز دو هر در همبسته مورفولوژی دهد، می تشکیل را اصلی فاز

. است مشاهده قابل

%،30 )الف( EVA مختلف درصدهای باEVA/ LDPE آلیاژ برایSEM (. تصاویر2-2) شکل

[21% ]70)ج( %،50)ب(

شدیدی برشی نیروی پلیمری، مواد مذاب سازی آمیزه فرآیند طول در

صورت به شده ذوب پلیمرهای شده سبب برشی نیروی این که شود می اعمال

� ساختار دهد. این شکل تغییر شده کشیده یا مانند میله مذاب حرکت علت به اساسا

به خواهند می شوند، می خارج برشی منطقه از ذرات که است. وقتی براونی

خود قبلی شده کشیده بیضوی یا بیضوی کروی، شکل به کلی، یا جزیی صورت

کرده نفوذ هم در همچنان اجزاء که دارد وجود تمایلی دیگر طرف از برگردند. ولی31

برای شماتیک شود. دیاگرام می پیچیده های شکل ایجاد به منجر این که باشند

است. شده ( داده3-2) شکل در پلیمری اجزاء روی آن عملکرد و برشی نیروی

بازآرایی و مذاب اختالط طول در برشی نیروی تحت پلیمری اجزاء شماتیک (. دیاگرام3-2) شکل

[21آن] از پس

مقدار شامل آلیاژهای از آمده دست بهSEM تصاویر نیز همکاران و فاکر

را فازی دو مورفولوژی روشنی به تصاویر اند. این کرده بررسی راEVA متفاوت

کند. می اثبات را آلیاژ جزء دو ناپذیری امتزاج که دهد می نشان آلیاژها همه برای

درونEVA ریز ذرات از یکنواخت توزیع اتیلن، % پلی90 با آلیاژSEM تصویر

% در25 % به10 ازEVA مقدار افزایش دهد. با می نشان را اتیلن پلی ماتریس

افزایش میکرومتر52/0 به22/0 از شده پراکندهEVA ذرات متوسط قطر آلیاژ،

یابد. می

مذاب خطی ویسکواالستیک خواص و جریان رفتار نتایج از چنین هم ها آن

با مقایسه در بهتری سازگاری اتیلن پلی از غنی آلیاژ که رسیدند نتیجه این به آلیاژ،32

فاز تشکیل و فازی بین تر قوی کنش هم بر به منجر این که داردEVA از غنی آلیاژ

می بیشتر اتیلن پلی درصد ترکیب با آلیاژ در باریکتر اندازه توزیع با ریزتر پراکنده

فرآیند طول در آلیاژ اجزاء رفتار از آمده دست به اطالعات از ها شود. آن

آلیاژ مکانیکی خواص و مورفولوژی رفتار بینی پیش برای کریستالیزاسیون،

اتیلن کردن اضافه که دریافت توان می حرارتی خواص نتایج اند. از کرده استفاده

دمای و کاهش اتیلن پلی ذوب دمای که شود می باعث اتیلن، پلی به استات وینیل

پلی فاز برایEVA زنجیرهای سازی رقیق اثر دلیل به که یابد افزایشEVA ذوب

. استEVA فاز برای اتیلن پلی زنجیرهای زایی هسته اثر و اتیلن

آلیاژ سازگاری بینی پیش برای ای وسیله مکانیکی خواص گیری اندازه

ترکیب حسب بر کششی مقاومت مقدار ماکزیمم سازگار، است. آلیاژهای پلیمری

منجر که باشد تر قوی کنش هم بر علت به شاید که دهند می نشان را اجزاء درصد

به نسبت آلیاژ باالتر دانسیته تواند می و شود می بهتر مولکولی فشردگی به

مقابل، شود. در دریافت نیز اصلی جزء برای شده محاسبه وزنی متوسط دانسیته

حسب بر کششی مقاومت نمودار در را مینیمم یک ناسازگار پلیمری آلیاژهای

نشان خاستگیر و ری ،LDPE/ EVA آلیاژ دهند. برای می نشان خود از درصد ترکیب

می مشاهده مینیممیEVA% 70 محدوده در کششی، مقاومت نمودار در که دادند

شود.

33

کشش تحت آلیاژ درEVA درصد ترکیب حسب بر کششی مقاومت (. تغییرات4-2) شکل

مورفولوژی به را درصد ترکیب با الکتریکی هدایت تغییرات چنین هم ها آن

در دارد، -cm 1018 حدود در باالیی بسیار مقاومت اتیلن کردند. پلی مربوط آلیاژ

-پلی با مقایسه در کمتری مقاومت قطبی های گروه وجود علت بهEVA که حالی

بهEVA و اتیلن پلی آلیاژ، اجزاء الکتریکی مقاومت تئوری تعیین دارد. برای اتیلن

با های سیستم شود. برای می گرفته نظر در جداگانه های کننده مقاومت عنوان

نظر در تواند می زیر باال( مدل به وزنی درصدEVA 50 )مقدار همبسته مورفولوژی

مقاومت دارد، وجود سیستم در پیوسته صورت به فاز دو شود. وقتی گرفته

زیر صورت به آن رابطه که است اجزاء از کدام هر از موازی ترکیب آلیاژ، الکتریکی

: است

(2-1 )

) دارد قرار اتیلن پلی ماتریس در پراکنده فاز صورت بهEVA که هنگامی

30 %EVAشود داده نمایش زیر رابطه با تواند می آلیاژ آلیاژ( مقاومت در :

(2-2 )

تجربی مشاهدات با مدل این که است شده است. مشخصRX= RPE+ REVA که

(5-2) شکل در آلیاژ درEVA مقدار حسب بر مقاومت دارد. تغییرات خوبی تطابق

. است شده داده نشان

34

نتایج از آلیاژ درEVA درصد ترکیب حسب بر الکتریکی مقاومت (. تغییرات5-2) شکل

(□) مدل و تجربی

دهی تابشLDPE/ EVA/ Nanoclay تایی سه سیستم برEVA تأثیر- 2-2

نشده

� که طور همان نانو ویژه، ساختار و مورفولوژی داشتن دلیل به شد، بیان قبال

خواص در را توجهی قابل بهبود اند توانسته رس پلیمر- خاک های کامپوزیت

نمایش معمولی های کامپوزیت با مقایسه و... در فیزیکی و حرارتی مکانیکی،

دهند.

کم چگالی پایین، قیمت نظیر چند دالیلی به که است هایی زمینه از اتیلن پلی

ای ویژه جایگاه پذیری فرآیند و بازیافت کاربرد، خواص، میان مناسب هماهنگی و

رس خاک با اتیلن پلی جمله از ها اولفین پلی است. اما کرده پیدا تحقیقات این در

دلیل به سیلیکاتی های الیه به ورود اتیلن پلی ناسازگارند. برای قطبی ای  الیه های

چنین بر غلبه برای شیوه است. مناسبترین مشکل قطبی زنجیرهای حضور عدم

است. کننده سازگار عنوان به قطبی های گروه از استفاده مشکلی

پلیمری زمینه در رس خاک صفحات پراکنش در کننده سازگار از استفاده

� پلیمری، زمینه در رسخاک صفحات پراکنش میزان مؤثراست. اما بسیار به قویا

� ساختاری اتیلن دارد. پلی بستگی رس خاک و پلیمر بین سازگاری پیچیده تأثیر کامال

عنوان به امر است. همین ناسازگار رس خاک قطبی صفحات با که دارد قطبی غیر

این از دارد. یکی بسزایی نقش پلیمر، این در رس خاک پراکنش در منفی عامل

ساختار در تغییر رس، خاک صفحات و اتیلن پلی میان سازگاری بهبود های روش

اصالح طریق از رس خاک صفحات ای الیه بین فاصله افزایش و ای الیه بین

سطحی اصالح اتیلن، پلی نظیر قطبی غیر پلیمرهای مورد در است. اما سطحی

است. در کننده سازگار از استفاده به نیاز نبوده، کافی تنهایی به رس خاک

جزء یک و قطبی غیر پلیمر زمینه با سازگار جزء یک کننده، سازگار ساختمان

35

از دارد. استفاده وجود دوست آلی رس خاک صفحات قطبی سطوح با سازگر

های نانوکامپوزیت ساخت در کننده سازگار عنوان به استات وینیل اتیلن کوپلیمر

از نانوکامپوزیت ساخت برای اولیه های است. تالش یافته گسترش اتیلن پلی

الیگومر یک کردن وارد طریق از مذاب، اختالط روش توسط قطبی غیر پلیمرهای

توسط است، پلیمری ماتریس و رس خاک سطح بین ای واسطه که شده اصالح

/LDPE/ EVA نانوکامپوزیت سامانه شد. در انجام موفقیت با همکارانش و 1کوروکاوا

پلیمری زمینه در کننده سازگار عنوان به خود استات وینیل اتیلن چون رس، خاک

از بیشتر خیلی ها نانوکامپوزیت این در رس خاک صفحات جدایی لذا کند، می عمل

نوع که داده نشان است. مطالعاتEVA بدون رس / خاکLDPE های نانوکامپوزیت

/LDPE نانوکامپوزیت توزیع درجه مقدار و کشش همچون خواصی بر نیز رس خاک

EVAدارد. نمودارهای بسزایی تأثیر رس / خاک XRDهای نانوکامپوزیت از LDPE/

EVAبین ساختار موارد اکثر در ها نانوکامپوزیت این که دهند می نشان رس / خاک

. دارند ای الیه

وینیل اتیلن زمینه در رس خاک صفحات پراکنش مورد در زیادی گزارشات

نشان این و است نشده استفاده کننده سازگار از ها آن در که دارد وجود استات

قطبی های گروه آن دلیل که است رس خاک صفحات با پلیمر این سازگاری دهنده

این هیدروکربنی باالست. قسمت دماهای در پلیمر این ذاتی سیالیت و استات وینیل

حاوی کهEVA از قسمتی و بماند باقی اتیلن پلی زمینه در دارد تمایل کننده سازگار

رس خاک هیدروکسیل های گروه با است، استات وینیل گروه در اکسیژن های اتم

در و کنند می برقرار قوی هیدروژنی پیوندهای الکترواستاتیک، جاذب واسطه به

مطالعات کند. می کمک رس خاک های الیه شدن باز فرآیند به عمل این نهایت

داد نشان رس / خاکEVA/LDPE و رس /خاکLDPE های نانوکامپوزیت آزمایشگاهی

چهارم یک در رس خاک های الیه بین فاصله استات، وینیل بودن قطبی علت به که

طول در و است بیشترEVA فاقد نانوکامپوزیت به نسبت اکسترودر طول

رس / خاکEVA نانوکامپوزیت در رس خاک ای الیه بین فاصله افزایش اکسترودر

11- Kurokawa36

تهیهEVA/LDPE های نانوکامپوزیت همکارانش و 1دارد. الکساندر افزایشی روند

پراش های آزمون اند. نتایج داده قرار مطالعه مورد را مذاب اختالط روش به شده

ساختار که دهد می نشان عبوری الکترونی میکروسکوپ تصاویر و ایکس اشعه

(2/4)% استات وینیل پایین درصدهای در شده ورقه – شده داده جا همزمان

باال( به8/10)% استات وینیل باالتر درصدهای در که حالی شود. در می مشاهده

راEVA درصد تأثیر2کاستا و است. زانتتی بیشتر شده ورقه ساختار تشکیل احتمال

رس % خاک5 حاوی اتیلن پلی نانوکامپوزیت احتراق سرعت و مورفولوژی روی

کردند. استفاده استات % وینیل19 با استات وینیل اتیلن از ها کردند. آن بررسی

. است شده داده ( نشان6-2) شکل درXRD طیف

(b) 0%،(c1% d) 5%، e با رس % خاک5 وPE کامپوزیت برایXRD (. الگوی6-2) شکل

10%، f)20%، g) 50%و استات وینیل اتیلن از aاولیه رس ( خاک

11- Alexander22- Zanetti & Costa

37

پلیمر ورود نتیجه در رس خاک های الیه انبساط استات، وینیل اتیلن نبود در

فاصله معادل که است2=5.8 در آن به مربوط پیک و شود نمی دیده آن داخل به

ورود از قبل رس خاک ای الیه بین فاصله با منطبق که استnm 76/1 ای الیه بین

پیک دو آلیاژ، به استات وینیل % اتیلن1 فقط کردن اضافه است. با اتیلن پلی

nm ای الیه بین فاصله )معادل2=3/3 در آمده وجود به پیک که شود می مشاهده

معادل ،EVA% 1 کردن است. اضافه شده داده جا ساختار ایجاد دهنده ( نشان06/3

فاصله ،EVA% 5 کردن اضافه است. با سیستم به قطبی % گروه19 کردن وارد

و پلیمری ماتریس بهتر کنش هم بر دهنده نشان که شود می بیشتر ای الیه بین

وجود دلیل به تواند می که شود می دیده2=8/5 در دومی است. پیک رس خاک

و20 ،10) استات وینیل اتیلن درصد افزایش باشد. با نشده باز سیلیکاتی های الیه

در کاهش دهنده نشان که شود می کمتر آن شدت و شد ترپهن %( پیک50

است. نامنظم ساختار ایجاد و رس خاک های الیه بین چسبندگی

شده ایجاد های آمیزه مورفولوژی ،SEM تصاویر از استفاده با چنین هم ها آن

PEرس/ خاک میکروکامپوزیت دهنده - الف( نشان7-2) کردند. شکل بررسی را

همانند تصاویر شود. این می دیده آن در خوبی به سیلیکاتی های الیه تجمع که است

است. معمولی های کننده پر با شده پر پلیمرهای از آمده دست به تصاویر

های است. نانوکامپوزیت میکرون حد در پلیمری ماتریس در ذرات پراکندگی

د( ج، - ب،7-2) شکل در ترتیب به استات وینیل % اتیلن10 و5 ،1 از شده تشکیل

را سیلیکاتی های الیه پراکندگی استات، وینیل اتیلن است. حضور شده داده نشان

مربوط دارد. تصویر نزولی روندEVA افزایش با ذرات است. ابعاد ساخته مطلوب

می نشان خوبی به را ای الیه بین فاصله افزایش ،EVA% 10 با نانوکامپوزیت به

دهد

38

%،1ب( %،0الف( با رس % خاک50 وPE کامپوزیت برایTEM (. تصاویر7-2) شکل

استات وینیل اتیلن % از10د( %،5ج(

وزنی )نسبتLDPE/ EVAرس/ خاک نانوکامپوزیت همکاران و 1می هونگ

پرداختندXRD الگوی بررسی به و کرده تولید را روش سه از استفاده ( با3/12/85

وEVA, LDPE ای، مرحله تک روش است. در شده داده ( نشان8-2) شکل در که

دو روش شوند. در می مخلوط پیچه دو اکسترودر توسط همزمان رس خاک پودر

رس خاک با سپس و شود می اکسترودEVA با ابتداLDPE - مذابa ای مرحله

-b ای مرحله دو روش دهد. در کامپوزیت تشکیل تا شده مخلوط اکسترودر، درون

LDPE با حاضر مخلوط سپس و شده اکسترودر رس خاک با ابتداEVA مذاب

دهد. کامپوزیت تشکیل تا شده مخلوط

و ای مرحله تک های روش طریق از شده آماده کامپوزیت برای پراش پیک

رس خاک های الیه تجمع دلیل به که است متمایل هنوز ولی اندکaای- مرحله دو

� پیک این دیگر طرف است. از ای مرحله دو روش به شده تولید کامپوزیت در تقریبا

–bاولیه کردن مخلوط که کند می پیشنهاد شود. نتایج می ناپدید EVAرس خاک با

کنش هم بر به که است مؤثر مالحظه قابل طور به ای الیه بین فاصله افزایش در

کند. می کمک سیلیکاتی های الیه شدن اکسفوله وLDPE زنجیرهای بیشتر

11- Hong-mei39

85:12:3: وزنی نسبت باLDPE/ EVA/Clay نانوکامپوزیت برایXRD (. الگوی8-2) شکل

[44] مختلف های روش با شده تهیه

های نسبت برای و رس خاک % وزنی3 با نانوکامپوزیت برای ها آن چنین هم

تهیهXRD الگوی است شده آمادهb –ای مرحله دو روش با کهLDPE/ EVA مختلف

%20 از کمترEVA مقدار است. وقتی شده داده ( نشان9-2) شکل در که کردند

%27 شامل نانوکامپوزیت برای ولی شود می ایجاد شده ورقه کامپوزیت باشد،

EVAالگوی در شده داده جا ساختار روشنی، به XRDها شود. آن می مشخص

کامپوزیت در شده ورقه ساختار تشکیل برایEVA زیاد مقدار که کردند پیشنهاد

رس، خاک های الیه وEVA بین شکن هم نیست. بر مفیدLDPE/ EVAرس/ خاک

تشکیل وLDPE زنجیرهای پذیری نفوذ توانایی که کرده حبس راEVA زنجیرهای

کند. می محدود را شده ورقه نانوکامپوزیت

های نسبت با و رس خاک % وزنی3 با نانوکامپوزیت برایXRD (. الگوی9-2) شکل

LDPE/EVA[44] مختلف

40

دهد می نشان نیز رس % خاک3 شامل نانوکامپوزیت به مربوطTEM تصویر

. اند شده پراکنده پلیمری ماتریس درون خوبی به رس خاک های الیه

رس % خاک3 شاملLDPE/ EVA نانوکامپوزیتTEM (. تصویر10-2) شکل

/LDPE/ EVA تایی سه سیستم روی رس خاک تأثیر بررسی- 2-3

Nanoclayنشده دهی تابش

� که طور همان مورفولوژی خواص بررسی به زیادی تحقیقات شد، بیان قبال

XRD الگوی همکاران و می دارد. هونگ اختصاصLDPE/ EVA های نانوکامپوزیت

در که اند آورده دست به رس خاک مختلف مقادیر برای را کامپوزیت این برای

20 به77 کننده پایدار و ماتریس بین است. نسبت شده داده ( نشان11-2) شکل

شده ورقه ساختار رس، خاک درصدهای همه برای پیک است. حذف شده انتخاب

کند. می تأیید کامپوزیت نانو برای را

41

رس خاک مقادیر باLDPE/ EVA (77:20) کامپوزیت برایXRD (. الگوی11-2) شکل

متفاوت

% و1 درصدهای در آن نانوکامپوزیت وLDPE/ EVA آلیاژ پذیری نفوذ ها آن

)LDPE/ EVA آلیاژ های فیلم پذیری اند. نفوذ کرده گیری اندازه را رس % خاک3

حالی در این آمد، دست بهg/cm2/24h 12 آب بخار به وزنی( نسبت نسبت77:2

g/cm2/24h ترتیب به رس % خاک3 % و1 شامل های نانوکامپوزیت برای که است

و دهد می نشان را توجهی قابل کاهش که شد گیری اندازهg/cm2/24h 4/9 و8/6

طور به شده ورقه نانوکامپوزیت ناپذیری نفوذ خواص که است این دهنده نشان

با ای الیه رس خاک حضور علت به پذیری نفوذ یابد. کاهش می بهبود توجه قابل

کامپوزیت در را ها مولکول نفوذ مسیر انحنای افزایش که است باال منظر نسبت

. شود می باعث

/LDPE نانوکامپوزیت و آلیاژ بین حرارتی آنالیز مقایسه از همکاران و هولو

EVA، نانوکامپوزیت برای حرارتی تجزیه شروع دمای5/22 کاهش که دریافتند

و لوئیس اسید های سایت به را شروع دمای در کاهش این ها، دارد. آن وجود

مکانیسم طبق200 دمای در که دادند نسبت سیلیکاتی های الیه برای برونستد

و دارد. زانتتی نانوکامپوزیت روی کاتالیستی اثر و شده تولید هافمن تخریب

. آوردند دست به را نتایج همین نیز همکاران

42

: سوم فصل

تحقیق و کار روش

43

Exprrimental

مواد خواص و نوع مورد در ترتيب به فصل اين در

نوع و آنها ینامگذار و ها زهیآم هیته اوليه،

اين در استفاده مورد دستگاههاي و تجهيزات

.مي شود مطرح مطالبي پروژه،

شده مصرف مواد-3-1

سبک اتیلن پلی-3-1-1

نوع و باال مولکولي وزن باLD-LF0200-LOTسبک اتيلن پلي از پروژه اين در

خوبي فرآيندپذيري رفتار که است شده استفاده امامبندر پتروشيمي محصول فيلم،

است. شده داده ( نشان1-3) جدول در آن مختلف دارد. خواص اکسترودر در

شده خریداریLDPE ی(. کیسه1-3) شکل

(LDPE(. خواص فيزيکي و مکانيکي پلي اتيلن سبک )1-3جدول)

آزمون انجام روشواحدمقدارخواص

MFI( oC190و kg 16/2)2g/10minASTM D-123844

Density92/0g/mlTSTM 209 B

Softening Point96-92ºCASTM D-1525

HazeMax 15%ASTM D-1003

Glass @60ºMin 60guASTM D-523

Elongation @ Break(TD)Min330%ASTM D-882

Elongation @ Break(MD)Min600%ASTM D-882

Tensile @ Break(MD)Min 160Kg/cm2ASTM D-882

Dart impactMin 100gASTM D-1709

استات وینیل اتیلن- 3-1-2

SÉETET شرکت محصول پروژه این در مصرفی استات وینیل اتیلن کوپلیمر

MFIباشد. % می18 استات وینیل درصد وVS430 A1111041X سریال با کره، کشور

است. به شده گیری ( اندازهkg 16/2 نیروی وC⁰ 190 دمای )درmin 10/g 7/2 آن

استات، وینیل اتیلن پلی و اتیلن پلی بین مناسب سازگاری و پذیری امتزاج دلیل

نیست. پلیمر دو میان کننده سازگار از استفاده به نیازی

شده خریداریEVA ی(. کیسه2-3) شکل

45

1رس خاک ذره نانو-3-1-3

شده اصالح طبيعي موريلونيت مونت پروژه، این در شده استفاده یذره نانو

Southern شرکت محصول ،cloisite®15A تجاري نام با جزئي، چهار آمونيوم نمک با

Clay Productsاست. آمده زیر در نیز آن فنی باشد. مشخصات می

رس خاک ذره نانو (. ساختار3-3) شکل

Description:

CLOISITE® 15A is bis(hydrogenated tallow alkyl)dimethyl, salt with bentonite.

Designed Used:

CLOISITE® 15A is an additive for plastics and rubber to improve various physical properties, such as reinforcement, CLTE, synergistic flame retardant and barrier.Typical Properties :

Moisture: <3%

10µm (d50)> Typical Dry Particle Size :

Color: Off White

Packed Bulk Density: 165 g/l

Density: 1.66g/cc

X Ray Results: d001 = 3.63nm

2اکسیدانت آنتی-3-1-4

11- Nanoclay2- Antioxidant

46

از که باشدمی IRGANOX1010 پروژه این در استفاده مورد اکسیدانت آنتی

باشد:می زیر خواص دارای و شده تهیهBASF کمپانی

Chemical Name: Pentaerythritol Tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate)

CAS Number6683-19-8

Structure:

Irganox 1010 (. ساختار4-3شکل)

Molecular weight 1178Physical Properties:

Melting Range (°C) 110-125Flashpoint (°C) 297Specific Gravity (20°C) 1.15 g/cm3

Bulk density powder: 530 - 630 g/l FF (C): 480 – 570 g/lDD: 450 - 550 g/lVapor pressure (20 °C): 7 E-10 Pa (extrapolated)

Solubility (20°C) g/100g solutionAcetone 47Chloroform 71Ethanol 1.5Ethylacetate 47n-Hexane 0.3Methanol 0.9Methylene Chloride 63Toluene 60Water <0.01

آنها نامگذاری و ها آمیزه تهیه-3-2

مخلوط برای نیاز موردEVA میزان سازی اول: بهینه مرحله-3-2-1

.LDPE با کردن

47

در ساعت24 مدت بهoC 80 دمای در اولیه مواد همه ها،نمونه تهیه از قبل

در نمونه تهیه شود. برای گرفته آنها اضافی رطوبت تا شوندمی داده قرار خأل آون

از استفاده باEVA % وزنی60 و30،50، 25 ،10،20 مقادیر مرحله، اولین

)ازoC 190-150 دمایی شوند. محدودهمی مخلوط محور هم دومارپیچه اکسترودر

تمامی است.درrpm 150 هامارپیچ چرخش سرعت قالب( و تا تغذیه ناحیه

5/0% میزان به احتمالی، حرارتی تخریب از جلوگیری برای فوق فرموالسیونهای

کدگذاری و مختلف هایشود. فرموالسیون می اضافهIrganox1010 اکسیدانت آنتی

است. شده ( آورده3-3) جدول در هانمونه

LDPE-EVAهای ها وکدگذاری کامپوزیت(. فرموالسیون2-3جدول )

Irganox 1010 (phr)*EVA (wt.%)LDPE (wt.%)Sample Code

00100PE

0.51090F10 (PE/10EVA)

0.52080F20

0.52575F25

0.53070F30

0.55050F50

0.56040F60

* part per hundred resin LDPE-EVA.

48

هاآمیزه تهیه هنگام اکسترودر،در مانیتورینگ از (. نمایی5-3شکل)

شدند نگهداری اتیلنیپلی هایکیسه در گرانولی هایآمیزه

شده بندی بسته (. گرانولهای6-3) شکل

دستگاه از استفاده باμm 60 ضخامت با هاییفیلم اولیه هایگرانول تهیه از پس

شد. تهیه دمشی فیلم

49

انجام شده تهیه هایفیلم روی بر کشش تست نمونه، بهترین انتخاب برای

شکست( نقطه در طول ازدیاد و نهایی کششی )استحکام تست این شد. نتایج

از کرد. پس تعیین راLDPE با اختالط برای مصرفیEVA درصد ترکیب بهترین

مورفولوژی و شد گرفته(SEM) میکروسکوپی تست آن از نمونه، بهترین انتخاب

گردید. بررسی شده تهیه نمونه

ها: نانوکامپوزیت تهیهدوم: مرحله-3-2-2

شد. تهیه زیر جدول با مطابقS نمونه ابتداN سری های نمونه تهیه از لبق

(. فرموالسیون و کدگذاری مستربچ3-3جدول )

Cloisite®15A (phr)Irganox 1010 (phr)*EVA (wt.%)LDPE (wt.%)Sample Code

150.15050S

شد. اقدام(4-3) جدول مطابق نانوکامپوزیتی های نمونه تهیه برای

(. فرموالسیون و کدگذاری نانوکامپوزیتها4-3جدول )

Cloisite®15A (phr)Sample Code

1N1

3N2

5N3

فشاری قالبگیری توسط ها آزمونه تهیه-3-2-3

ساعت,3 بمدت درجه80 دمای در آون درون آمیزه کردن خشک از بعد

2 بمدت160 دمای در ها نمونه که صورت بدینشد. انجام فشاری قالبگیری

تا را فشار بتدریج برسد, سپس پرس دمای به تا شده پیشگرم قالب درون دقیقه

MPa 25جریان توسط سپس و دهیم می ادامه دقیقه2 تا را داده. فشار افزایش 50

خارج را ها نمونه آخر در فشار( و )تحت کرده سرد60 دمای تا را قالب آب

کنیم. می صبر آن کامل شدن سرد تا و کرده

استفاده مورد های دستگاه-3-3

مارپیچه دو اکسترودر-3-3-1

ش��د. این اس��تفاده دومارپیچ��ه اکس��ترودر از ه��انمونه بهتر سازی آمیزه جهت

باش��د.می موج��ود پتروش��یمی و پلیم��ر پژوهش��گاه پالس��تیک کارگ��اه در اکس��ترودر

است: آمده زیر در دستگاه این مشخصات

Werner & pfleidererقديم: اسم

coperionجديد: اسم

همسو ZSK 25ماردون: مدل

,L=100cm , D=2.5cm

آلمان ساخت

2002 ساخت سال

ZSK اکسترودر از (. نمایی7-3) شکل

51

ZSK اكسترودر ساز گرانول(. 8-3) شکل

52

Film blowing - دستگاه3-3-2

Film دستگاه از فیلم، به کامپوزیتی نانو و آلیاژی گرانولهای تبدیل برای

Blowing، لمد Dr.collin E45Mهانمونه تمام برای فیلم تهیه شرایط که شد؛ استفاده

بود: زیر بصورت و یکنواخت

, BUR=3 , screw speed= 95 rpm

Pointing preature: 150-160-160-170-170-170-180-180-180 ºC

Film Blowing (. دستگاه9-3) شکل

آون-3-3-3

ک�ردن گ�رم و ک�ردن خش�ک باش��د. جهت مي فن ي��ك داراي كه معمولي آون

و پلیم��ر پژوهش��گاه پالس��تیک کارگ��اه در آون ش��د. این اس��تفاده آون این از م��واد

باشدمی موجود پتروشیمی

carbolite: اسم

lit 20ظرفيت:

انگلستان ساخت

53

(. آون10-3) شکل

دستي: پرس دستگاه-3-3-4

شرکت ساختMini Test Press دستگاه پروژه، این در استفاده مورد دستگاه

Toyoseikiمدل و ژاپن MP-Sمس��تقر ای��ران پتروشیمی و پلیمر پژوهشگاه در موجود

بوس��یله آن صفحات دمای و بوده تن10 آن ظرفیت و باشد می پالستیک کارگاه در

توسط دستگاه برای الزم است. فشار تنظیم قابلoC300 تا الکتریکی های پیچ سیم

گ�یرد می ص�ورت آب بوس�یله آن سرمایش و شود می تأمین روغن و فشرده هوای

وTEM میکروس�کوپ ب�رای نمون�ه و شیت یتهیه جهت دستگاه این از پروژه این در

SEM دستگاه اعمالی فشار است. حداکثر شده استفاده نظر مورد استاندارد طبق

MPa35دهد. می نشان را دستگاه این از ( نمایی11-3) است. شکل

آزمایشگاهی پرس (. دستگاه11-3) شکل

باشد. ( می2-3جدول) شرح به دستگاه این مشخصات سایر

MP-S(. مشخصات دستگاه پرس آزمایشگاهی مدل 5-3جدول )

54

Model MP-S

Water cooling plate Option (Built-in type)

Dimensions of heating plate 200×200mm or 250×250mm

Stroke Max. 100mm

Max. 60mm (with cooling plate)

Maximum output 100kN

Max. temperature 300 or 400°C

Electrical AC100V, 1-P, 20A

Dimensions Approx. 50(W)×39(D)×68(H)cm (excluding handle)

Net weight Approx. 90kg

X 1اشعه پراش دستگاه-3-3-5

و ه��ا دان��ه ان��دازه بررس��ی و ف��ازی آنالیز منظور بهXRD یا ایکس پرتو پراش

ایکس پرت��و آن��الیز و پ��ردازش طری��ق از ک��ار شود. این می استفاده مواد نانو ذرات

نمون��ه ی��ک ب��ه ایکس تکف��ام پرت��و است. وقتی پذیر امکان نمونه سطح از بازگشتی

ش��ود. می داده برگش��ت مقداری و شده نمونه جذب آن از مقداری کند می برخورد

2ب��راگ معادل��ه ب��ه توجه با کریستالی مختلف صفحات از ایکس پرتو بازگشت زاویه

(n=2dsinگردد. ) می محاسبه است، ( آمده1-1) رابطه در که

بین فاص��لهd ایکس، پرت��و م��وج ط��ول ص��حیح، ع��ددn رابط��ه، این در ک��ه

برای پروژه این است. در نمونه به ایکس پرتو برخورد زاویه و کریستالی صفحات

ش��ده ای ورقه و شده داده جا ساختار بررسی و رس خاک ای الیه بین فاصله تعیین

mA 30 وkV 40 هلن��ددر کش��ور ساخت 3فیلیپس ایکس اشعه سنج طیف دستگاه از

ای الی��ه بین باشد. فاص��له می02/0 برابر اسکن است. سرعت شده استفاده

اس��تفاده م��ورد نمونه عرض و است. طول شده محاسبه براگ رابطه از استفاده با

میلی4 از نباید نیز آن ضخامت و بوده متر سانتی1 از بیشتر نباید ،XRD دستگاه در

در دستگاه است. این آمده زیر در کامل بطور دستگاه، شود. مشخصات بیشتر متر

دارد. قرار مدرس تربیت دانشگاه ادبیات یدانشکده زیرزمین یطبقه

Model: X'Pert MPD

11- X Ray Diffraction22- Bragg33- Philips Co. Netherlands

55

Company: Philips

Country: Holland

Tube: Cu kα

λ: 1.54056 A◦

Step Size: 0.02◦/s

Voltage: 40kV

Current: 30 mA

XRD Philips دستگاه(. 12-3) شکل

:1SEMالکترونی پيمايشگر ميکروسکوپ-3-3-6

مورد ابزارهای از یکی گویند SEM آن به که الکترونی پیمایشگر میکروسکوپ

ب��ه اجس�امی تص��اویر الک��ترونی بمب��اران کم�ک ب��ا که است نانو فناوری در استفاده

ت��ا ش��د س��بب SEM کن��د. س��اخت می تهی��ه مطالع��ه ب��رای را ن��انومتر10 ک��وچکی

کنن��د. مطالع��ه بیش��تر وض��وح ب��ا و س��ادگی به را بزرگتر های نمونه بتوانند محققان

دارای ص��فحه س��مت ب��ه الکترونه��ایی نمون��ه از ت��ا ش��ود می س��بب نمون��ه بمب��اران

ش��وند. ح��رکت می س��یگنال ب��ه تب��دیل آنجا در ها الکترون این که شود رها بارمثبت

اس�اس این ب�ر ک�ه کن�د می ف�راهم را ها سیگنال از ای مجموعه نمونه روی بر پرتو

11- Scanning Electron Microscope56

.ده��د نم��ایش کامپیوتر صفحه بر را نمونه سطح از تصویری تواند می میکروسکوپ

SEM میگذارد: اختیار در نمونه خصوص در را زیر اطالعات

سطوح نمونه: خصوصیات توپوگرافی

جسم سطح در ذرات قرارگیری نحوه و اندازه شکل،: مورفولوژی

میسازند. را نمونه که ترکیب: اجزایی

می کنن��د، آزاد بخ��ار خ��ود از ک��ه نمونه ه��ايي مش��اهده برای ميکروسکوپ اين

نمون��ه ب��ه ش��ده ش��ليک الکترونه��ای ب��ا ش��ده تولي��د بخ��ارات که چرا نيست مناسب

ک��ه آم��ده ب��ازار ب��ه ميکروس��کوپهايي عيب اين رف��ع می کنن��د. ب��رای پيدا برهم کنش

کنند. برداری تصوير منجمد نمونه از و پايين بسيار دمای در قادرند

SEM ب�ا را نمون�ه از تص�ویربزرگتر ت�وان می آن کمک به که است ای وسیله

تفن��گ کم��ک ب��ا ه��ا الک��ترون از ک��رد. پرت��ویی ن��ور( خل��ق جای )به ها الکترون کمک

شود. می تولید میکروسکوپ الکترونی

SEM دستگاه طرزکار از شمایی(. 13-3) شکل

57

کن��د. می عب��ور میکروس��کوپ از عم��ودی صورت به خالء در الکترونی پرتوی

ب��ه متمرک��ز صورت به ویژه لنزهای و الکترومغناطیسی های ازمیدان عبور با سپس

ه�ای اش��عه و ه�ا الک��ترون نمون��ه، با پرتو برخورد محض به. شوند می تابانده نمونه

.میشوند خارج نمونه از ایکش

از ناشی الکترونهای و اولیه الکترونهای ایکس، پرتوهای آشکارسازها سپس

مبدل سیگنال به را آنها و کنند می آوری جمع را جسم با اولیه برخوردالکترونهای

.میشود تهیه نهایی تصویر طریق این به و کنند می منتقل نمایش صفحه به کرده

پتروش��یمی و پلیم��ر پژوهش��گاه در پروژه، این در شده استفادهSEM دستگاه

کنید.می مشاهده را دستگاه این از عکسهایی و مشخصات زیر، باشد. درمی ایران

OXFORDاسم:

7718مدل:

RESOL. AT 5.9 KeV: 137 eV

ستانانگل ساخت

Cambridge: سازنده شرکت

58

SEM دستگاه از (. عکسهایی14-3) شکل

59

1طال ده پوشش-3-3-7

� باید ،SEM از استفاده جهت ک�ار ه�ر از ش�وند. قب�ل سازی آماده هانمونه قبال

رس��انا فل��زات شود. تمامی می تبخیر خالء در آب که چرا شود جدا نمونه از آب باید

جزء که نیست. موادی SEM با تصویر تهیه برای آنها سازی آماده به نیازی لذا هستند

ب��ه ک��ار ش��وند. این پوش��انده رسانا نازک الیه یک وسیله به باید نیستند فلزات دسته

می��دان از ک��ار این ب��رای ک��ه ش��ود می انج��ام دهن��ده پوش��ش ن��ام ب��ه اب��زاری کمک

خالء یمحفظ��ه دریک نمونه کار این شود. برای می استفاده آرگون گاز و الکتریکی

از الکترون که شوند می سبب مغناطیسی میدان و آرگون گاز و شود می داده قرار

توسط آرگون باشند. یونهای داشته مثبت بار اتمها تا شوند باعث و شده جدا آرگون

س��طح یطال اتمه��ای ب��ه آرگ��ون میشوند. یونهای جذب منفی بار دارای طالی فویل

و گیرن��د می ق�رار نمون��ه س��طح روی طال اتمه�ای کنن��د. این می برخ�ورد طال فویل

در ن��یز دس��تگاه شوند. این می نمونه سطح بر طال از رسانا پوشش یک ایجاد سبب

در آن عکس و مشخص��ات ک��ه باش��د،می موجود ایران پتروشیمی و پلیمر وهشگاهژپ

است. شده آورده زیر

11- Sputter coater60

طال ده پوشش (. دستگاه15-3) شکل

Bio Radسازنده: شرکت

E5200مدل:

:1TEMالکترونی انتقال ميکروسکوپ-3-3-8

گویند TEM آن به اختصار به که الکترونی انتقال میکروسکوپ عملکرد اساس

از آن در ن�ور پرت�وی بج�ای ک�ه تف�اوت این ب�ا است نوری های میکروسکوپ مشابه

ن��وری میکروس��کوپ کم��ک ب��ا ت��وان می که شود. آنچه می استفاده الکترون پرتوی

ن��ور، بج��ای ها الکترون از استفاده با که حالی در است محدود بسیار کرده مشاهده

ی��ک از بیش��تر براب��ر ه��زار TEM در تص��ویر می رود. وض��وح بین از مح��دودیت این

است. نوری میکروسکوپ

مش��اهده را انگس��تروم چن��د ان��دازه ب��ه جسمی توان می TEM از استفاده با

ابع��ادی در موادمختل��ف ی��ا س��لول ی��ک در موج��ود اج��زای می توانید مثال کرد. برای

در هم ک�ه است مناسبی ابزار TEM بزرگنمایی کنید. برای مشاهده را اتم به نزدیک

.است استفاده قابل مواد با مرتبط تحقیقات در هم و بیولوژیکی پزشکی، تحقیقات

آن در ک��ه اس��ت نانو مقیاس در اسالید نمایش پروژکتور نوعی TEM واقع در

عب��ور جس��م از که هایی شود. الکترونمی داده عبور تصویر از ها الکترون از پرتویی

روی ب��ر جس��م از تص��ویر ایج��اد س��بب کرده برخورد فسفرسانس پرده به کنند می

ه��ای الک��ترون ک��ه هس��تند ام��ر این بی��انگر ت��ر تاری��ک ه��ای شوند. قسمت می پرده

دارد( بیشتری چگالی نمونه از بخش اند)این کرده عبور جسم قسمت این از کمتری

های )بخش است کرده عبور آنها از الکترون که هستند مکانهایی تر روشن نواحی و

اس��ت اتم ح��د در ک��ه نانومتراس��ت2/0 میکروس��کوپ این . وض��وح)ت��ر چگ��ال کم

ح��تی میکروس��کوپ نوع دارند(. بااین نانومتر2/0 برابر تقریبا ابعادی ها اتم )بیشتر

.کرد بررسی را ماده یک در اتمها گرفتن قرار نحوه توان می

11- Transmission Electron Microscope61

در بای�د نمون��ه ک�ه چ�را اس��ت گیر وقت و گران میکروسکوپ این از استفاده

انتق��ال میکروسکوپ از خاص مواردی در تنها لذا شود آماده خاص ای شیوه به ابتدا

شناسی، ریخت آنالیز و تحلیل جهت میکروسکوپ این شود. ازمی استفاده الکترونی

ه��ا نمون��ه ت��رکیب کریس��تالی( و ش��بکه در اتمها قرارگیری کریستالی)نحوه ساختار

شود. می استفاده

می منتش��ر و گسیل الکترونها ، میکروسکوپ باالی در نور منبع یک کمک با TEM در

ه��ای کنند. درمیکروسکوپ می عبور میکروسکوپ خالء تیوب از ها شوند. الکترون

درح��الی ش��ود می استفاده نور کردن متمرکز برای ای شیشه های عدسی از نوری

را ه�ا الک�ترون ت�ا ش�ود می اس�تفاده الکترومغناطیسی های عدسی از TEM در که

الک��ترونی پرتوی نماید. این گسیل باریک پرتوی یک صورت به ساخته ومتمرکز جمع

-بخش از است ممکن ها الکترون مواد، چگالی به شود. بسته می عبورداده نمونه از

از مانندی سایه تصویر و نمایند برخورد فلورسانس صفحه وبه بگذرند جسم از هایی

آن در م��واد چگ��الی ب��ه جس��م مختل��ف ه��ایبخش ت��یرگی میزان که کنند ایجاد نمونه

بود. این خواهد تر تیره تصویر باشد چگالتر کم جسم چه است. هر وابسته ها بخش

دوربین ی��ک کم��ک ب��ا ی��ا و ش��ود مطالع��ه اوپرات��ور توسط مستقیما توان می تصویر

شود. برداری تصویر

62

TEM دستگاه طرزکار از (. شمایی16-3) شکل

شد. استفاده تهران دانشگاهCM30 مدلPhilips دستگاه از پروژه این در

:نمونه سازی آماده جهت اولترامیکروتوم-3-3-9

آم�اده نح�وه ب�ه ادام�ه در ک�ه دارد نی�از خاص�ی دقت نیزبه نمونه کردن آماده

می ک�ه ای نمون��ه ،TEM ش�ود.درمی اش��اره TEM ب��ا آن مطالعه برای نمونه سازی

ح�دی ت�ا الکترونها تا دهد اجازه که باشد حدی به آن چگالی باید کنید بررسی خواهید

توانی��د دارد. می وج��ود نمون��ه ن��وع این تهیه برای مختلفی های کنند. راه عبور آن از

و فیکس پالس��تیک ی��ک در را وآن کنی��د تهی��ه م��دنظر نمونه از نازک بسیار های برش

و نمون�ه ک�ردن ایزول�ه نمون�ه، تهیه دیگر کنید. روش منجمد آنرا اینکه یا دینمای ثابت

اس��ت. TEM باکم��ک نظ��ر م��ورد ه��ای وی��روس ی��ا ه��ا مولک��ول از محلولی مطالعه

م��ارکر از اس��تفاده ب��ا و ک��رد رن��گ مختل��ف های روش با را نمونه توان می همچنین

اورانی�وم مانن�د ش�ده رن�گ س�نگین فل�زات مث�ال، ک�رد. ب�رای مطالع�ه آنرا گذاری

زی��ر در را نمون��ه کنتراس��ت و کنن��د می متف��رق خ��وبی ب��ه را ه��ا الک��ترون وس��رب

ب��ا آنه��ا مطالع��ه برای نمونه دو تهیه روش ادامه بخشند. در می بهبود میکروسکوپ

TEM است شده آورده:

می آب مق��ادیر ش��امل زیستی برگیرنده: مواد در مواد کمک با برش ( تهیه1

است الزم شود، انجام خالء در کار باید TEM از استفاده برای که علت این باشند. به

نه��ایت در اس��تون( و ی��ا الک��ل کم��ک )ب��ا شود جداسازی یا و تبخیر ای گونه به آب تا

ش��کل )ب��ه ش��ود می محص��ور پالستیکی در نمونه میشود. حال ثابت و فیکس نمونه

الم��اس چ��اقوی کم��ک ب��ه آن از نازکی برشهای سپس سخت( و پالستیکی بلوک یک

ظری�ف( تهی�ه بس�یار ه�ای ایج�ادبرش )ب�رای اول�ترامیکروتوم دس�تگاه ب�ه مرب�وط

ی��ک روی ش��ده تهی��ه ه��ای دارن��د. ب��رش ضخامت نانومتر100-50 تنها که شود می

63

ش��وند. ح��ال می رن��گ س��نگین فل��زات کم��ک ب��ا و شوند می داده قرار مسی توری

.باشد می TEM الکترونی پرتوی کمک با مطالعه آماده بافت نمونه

اولترامیکروتوم دستگاه طرزکار از (. شمایی17-3) شکل

می )ک�ه ایزول�ه م�واد از روش این ک�ردن: در رن�گ روش ب�ه نمون�ه ( تهی�ه2

می شوند( استفاده استفاده ایزوله های مولکول یا و ها باکتری مطالعه برای توانند

پالس��تیک ب��ا و ریخت��ه ت��وری روی باکتری محتوای محلول ابتدا که طریق این به شود

آنه��ا س��رب( ب��ه ی��ا اورانیوم )مانند سنگین فلز یک نمکی شود. محلول می پوشانده

اط��راف را ای هال��ه اما شود نمی ترکیب مواد با فلز نمکی شود. محلول می اضافه

ک��ه هنگ��امی در منفی تصویر یک صورت به دهد. نمونه می تشکیل توری روی بر آن

شود. می نمایان گیرد می قرار مطالعه مورد TEM کمک با

64

کردن رنگ روش از (. شمایی18-3) شکل

مرک��ز اول��ترامیکروتوم دس��تگاه از نمون��ه، س��ازی آم��اده جهت پروژه، این در

از اس��تفاده ش��د. ب��ا اس��تفاده تهران ( دانشگاهIBB) بیوفیزیک و بیوشیمی تحقیقات

خ��ورده ت��راش ق��الب ،OMU3 م��دل ،C.Reichert ش��ركت ميكروتومي اولترا دستگاه

اين گردي��د. ب��ا ميكروت��ومي اول�ترا الماس��ه، تيغ�ه توس��ط تريم�ر، دستگاه از حاصل

برش��ها ش��ود. اين مي گرفت��ه نمون��ه از ن��انومتر80 ض��خامت ب��ا برشهايي دستگاه

مي ق��رارTEM آزم��ون انج��ام ب��راي ميك��رون400 مش با مشبك مسي درصفحات

گيرند.

:DMTA1 دستگاه-3-3-10

Tgα انتقال دماهاي بررسي ( برايDMTA) مکانيکي- ديناميکي حرارتي آناليز

، Tgβو Tgγخ��واص مطالع��ه و پليمره��ا در اتالف م��دول و ذخ��يره م��دول همچ��نين

آن در ك��ه اس��ت روش��ی رود.می بکار گسترده دمايي بازه در آنها ديناميکي مکانيکي

ش��ود می گیری اندازه حرارت درجه از تابعی بعنوان پلیمر نمونه ولوژیكیئر خواص

پلیمره��ا، ای شیش��ه گ��ذار دم��ای تش��خیص ت��وان میDMTA منح��نی كاربردهای . از

برد. نام ... را و االستومری آلیاژهای ولكانیزاسیون میزان گیری اندازه

دانش��گاه پلیمر مهندسی دانشکده در موجودDMTA دستگاه از پروژه، این در

را آن از تص�اویری زی�ر، در ک�ه ش�د، ته�ران( اس�تفاده تکنی�ک)پلی امیرکب�یر ص�نعتی

.باشدمی انگلستان کشور ساخت دستگاه کنید. اینمی مشاهده

11- Dynamic Mechanical Thermal Analysis65

DMTA تست دستگاه از (. عکسهایی19-3) شکل

Haze meter -دستگاه3-3-11

کدورت میزان گیری اندازه برای BYK Grander GmbH مدلHaze meter دستگاه

ASTM D1003 استاندارد طبق شده، تهیه کامپوزیتی نانو و آلیاژی هایفیلم شفافیت و

دهد.می نشان را دستگاه ( این18-3شکل) که شد، انجام

66

Haze Meterدستگاه(. 20-3) شکل

Glass meter - دستگاه3-3-12

صیقل میزان گیری اندازه برایBYK Grander GmbH مدلGlass meter دستگاه

طب��ق وº45 یزاوی��ه تحت ش��ده، تهی��ه ک��امپوزیتی ن��انو و آلی��اژی ه��ایفیلم ب��ودن

دهد.می نشان را دستگاه ( این19-3شد. شکل) انجام ASTM D2457 استاندارد

Glass Meter (. دستگاه21-3) شکل

Universal Testing Machine - دستگاه3-3-13

شده، تهیه کامپوزیتی نانو و آلیاژی هایفیلم کششی خواص گیریاندازه برای

ASTM استاندارد طبق Universal Testing Machine Zwick Roell (Z 2.5/TH1S) دستگاه از

D882 کشش سرعت و mm/min 200را دس��تگاه ( این20-3) ش��کل ش��د. در انج��ام

شد. گیری اندازهTransverse وMachine جهت دو در کششی کنید. خواصمی مشاهده

67

Tensile Tester- Zwick Roell (. دستگاه22-3) شکل

Tear Resistance Test - دستگاه3-3-14

شده، تهیه کامپوزیتی نانو و آلیاژی هایفیلم پارگی مقاومت گیریاندازه برای

استفادهASTM D1004 استاندارد طبقCeast SD 30 مدلTear Resistance دستگاه از

زده ناچ ،Transverse وMachine جهت در نمونه که است الزم تست، انجام از شد. قبل

کنید.می ( مشاهده21-3) شکل در را دستگاه شود. این

Tear resistance tester- CEAST . دستگاه(23-3) شکل

68

DSC1 - دستگاه3-3-15

م��یزان همینط��ور و کریستالیزاس��یون دم��ای و ذوب دم��ای گ��یریاندازه برای

م�دلDSC دس�تگاه از ش�ده، تهی�ه نانوک�امپوزیتی و آلیاژی هاینمونه کریستالینیتی

Mettler Toledo E822 با سرمایش و گرمایش سیکل دو از کار، این شد. برای استفاده

ºC/min10 Rare: دمای تا محیط دمای از Cº 190یتاریخچه حذف شد. برای استفاده

زم��ان نمون��ه به سرمایش، و گرمایش سیکل هر در دقیقه5 مدت به حرارتی، تنش

دهد.می نشان را دستگاه ( این22-3) دهیم. شکلمی

DSC (. دستگاه24-3شکل)

Falling weight impact - دستگاه3-3-16

تهی��ه نانوک��امپوزیتی و آلی��اژی ه��ای فیلم ایضربه مقاومت گیریاندازه جهت

ASTM D4694 استاندارد طبق Ceast مدل Falling weight impact tester دستگاه از شده،

شد. استفاده

11- Differential Scanning Colorimetry69

Falling Weight Impact tester- CEAST (. دستگاه25-3) شکل

MFI 1 - دستگاه3-3-17

تهی��ه نانوک��امپوزیتی و آلیاژی هاینمونه پذیریجریان خواص گیری اندازه برای

شد؛ استفادهCº 190 دمای وKg 16/2 یوزنه تحت ،Karg مدلMFI دستگاه از شده،

کنید.می مشاهده را دستگاه ( این24-3) شکل در که

MFI (. دستگاه26-3) شکل

4 فصل11- Melt Flow Index

70

بحث و نتايج

وینی��ل )اتیلن - ک��وپلیمر سبک اتیلن پلی هاينانوکامپوزيت و آلیاژها تهيه از پس

دس�ت ب�ه نت�ايج فص�ل گيرد. دراينمي انجام آنها روي بر مختلفي هايآزمون استات(،

بدس��ت نتایج بررسی به ابتدا.گيردمي قرار بررسي مورد مختلف آزمايشات از آمده

پردازیم.می آلیاژها روی بر مختلف هایآزمون از آمده

آلیاژها نتایج بررسی

آلیاژها جریان - رفتار4-1

آلیاژها(MFI) مذاب جریان - شاخص4-1-1

ش��اخص آزم��ون از استفاده باLDPE-EVA آلیاژی هایفیلم پذیری جریان رفتار

مش��خص ج��دول ه��ایداده از ک��ه است. همانطور بررسی قابل(MFI) مذاب جریان

نتیج��ه در وMFI اف��زایش ب��ه منج��ر آن مقدار افزایش وEVA کوپلیمر حضور است،

استEVA کوپلیمر الستیکی ماهیت رفتار، این است. دلیل شده ویسکوزیته کاهش

اس��ت. در ش��ده تشدیدMFI افزایش برای تمایل و روند این آن مقدار افزایش با که

اف��زایش ب��ا و دارن��د م��ذاب جریان روی بر کنندگی نرم اثرEVA کوپلیمر ذرات واقع

. یابدمی کاهش مذاب ویسکوزیته آنها مقدار

71

های آلیاژی تهیه شده شاخص جریان مذاب فیلم(.1-4)جدول

MFI

(g/10min)

Irganox 1010

(phr)*

EVA (wt.%)LDPE (wt.%)Sample Code

2.0000100LDPE

2.701000EVA

2.210.51090F10

2.330.52080F20

2.370.52575F25

2.450.53070F30

2.530.55050F50

2.580.56040F60

آلیاژها - مورفولوژی4-2

(SEM) روبشی الکترونی - میکروسکوپ4-2-1

بررسي براي هانمونه سطح از(SEM) روبشي الکتروني ميکروسکوپ آزمون

)اتیلن - ک��وپلیمر س��بک اتیلن پلی آلیاژه��ای مورفول��وژی برEVA کوپلیمر مقدار اثر

اس�ت. ش�ده س�بک( انج�ام اتيلن )پلي ش�اهد نمون�ه ب�ا مقايسه در استات( و وینیل

72

در شاهد نمونه همراه به شده تهیه هاي نمونهSEM ی( تصاوير- )الف1-4 هايشکل

م�اتريس س�بک اتيلن پلي ،LDPE-EVA ه�اينمونه دهد. برايمي نشان راmμ2مقیاس

دهد.مي تشکيل را پراکنده فازEVA حاليکه در است

اف��زايش با شاهد، نمونه با مقايسه در شودمي مشاهده هاشکل از که همانطور

افزایش با اما (،EVA% 50 )تا است خوب ذرات يکنواختي ها،نمونه درEVA مقدار

رخ ذرات احتمالی تجمع و یافته کاهش ذرات % پراکنش60 % به50 ازEVA مقدار

است. داده

% س��ازگاری50 ت��اEVA ک��وپلیمر اف��زایش ب��ا ک��ه رس��دمی نظر به تصاویر از

و س��ازگاری ب��ر داللت ش��ده نمای��ان صاف سطح و است خوب فازها مشترک فصل

اتیل��نی( )بخشEVA ش��یمیایی باش��د. س��اختار میEVA درص��د اف��زایش ب��ا آن بهب��ود

تجم��ع ب��اعثEVA ح��د از بیش افزودن است. اما سبک اتیلن پلی ماتریس با مشابه

است. این داده کاهش ذرات پراکنش یکنواختی و شده فازها مشترک سطح در آنها

آزمون این از آمده بدست نتایج و گذاشته تأثیر نیز آلیاژها مکانیکی خواص بر مسئله

ش��د. خواه��د اشاره آن به بعدی هایبخش در که کندمی صدق مکانیکی خواص نتایج با

و مهم بس��یار پلیم��ری ه��ایک��امپوزیت و آلیاژه��ا مورد در ساختار و خواص بین ارتباط

اهمیت مک��انیکی خ��واص و س��اختار ارتب��اط مختل��ف، خواص میان است. از بحرانی

. دارد بسیاری

73

:LDPE-EVA آلیاژی های فیلم(SEM) روبشی الکترونی میکروسکوپ تصاویر(.1-4) شکل

حاوی )د( فیلم ،EVA% 20 حاوی )ج( فیلم ،EVA% 10 حاوی )ب( فیلم خالص،LDPE)الف(

25 %EVA، و( فیلم( 30 حاوی %EVA، فیلم )ه( 50 حاوی %EVA، فیلم )60 حاوی )ی %EVA.

آلیاژها مکانیکی - خواص4-3

74

کششی - خواص4-3-1

اعم��ال نيروي تحت شکل، تغيير برابر در مقاومت به پليمري ماده يک توانايي

تعيين عوامل اين و دارد بستگي شکل تغيير براي آن توانايي و پذيري تحرک به شده

هستند. مواد مکانيکي خواص کننده

ازدی��اد نه��ایی، کشش��ی )استحکام کششی خواص برEVA کوپلیمر مقدار اثر

پلی ب��ا مقایس��ه در ش��ده، تهی��ه ه��ایکششی( فیلم مدول و شکست نقطه در طول

است. شده داده - ج( نشان )الف2-4 تصاویر در سبک اتیلن

وياك��اهش اف��زايش ب��اعث اس��ت ممكن وم��اتريس پركننده تركيب بطوركلي

پي��دا انتقال پركننده به بخوبي ماتريس از تنش شود. اگر ماتريس كششي استحكام

آلیاژی های فیلم کششی خواص نتایج.يابد مي افزايش كششي استحكام آنگاه كند،

LDPE-EVAمق��دار افزایش با که دهدمی نشان EVAکشش��ی اس��تحکام ه��انمون��ه در

علت ( ک��ه(TD) عم��ود جهت در هم و(MD) ماشین جهت در )هم یافته کاهش نهایی

نمون��ه در را خ��ود اث��ر بیش��ترین ک��اهش است. اینEVA ضعیف مکانیکی خواص آن

فص��ل درEVA ذرات احتم��الی تجم��ع دلی��ل ب��ه ک��ه داده نش��انEVA% 60 ح��اوی

ه��افیلم نه��ایی کششی استحکام و شده تنش تمرکز به منجر که فازهاست مشترک

بخش در ک�ه دارد مط�ابقتSEM تصاویر با خوبی به نتیجه است. این داده کاهش را

. شد اشاره آن به قبلی

ن��یز ه��انمون��ه کشش��ی م��دول و شکست نقطه در طول ازدیاد برای نتایج این

مقاب��ل درEVA ک��وپلیمر ضعیف مکانیکی خواص دلیل به هم باز که است شده دیده

LDPEخاص��یت دلیل به تواندمی کششی مدول مورد در شده مشاهده است. کاهش

EVA% 10 ح��اوی فیلم کشش��ی م��دول باشد. بطوریکه نیزEVA کوپلیمر الستیکی

مق��دار افزایش با که بوده ماشین جهت درMPa250 و عمودی جهت درMPa270 برابر

EVAم��یزان ب��ه ت��رتیب به مقادیر این % وزنی،60 به MPa131و MPa114می ک��اهش-

. یابند

نمون��ه ب��رای ب��از مق��دار ت��رینپایین نیز شکست نقطه در طول ازدیاد مورد در

-فیلم در کشش��ی م��دول کاهش کلی است. بطور شده مشاهدهEVA% 60 حاوی

75

دهن�ده نش�ان ک�ه اس�ت نب�وده چش�مگیر زی�اد پ�روژه این در ش�ده تهیه آلیاژی های

فیلم اکس��تروژن فرآین��د موف��ق و دقی��ق بسیار انجام نتیجه در و خوب بسیار اختالط

جهت % ب��رای17 ک��اهش ،EVA ک��وپلیمر براب��ری6 اس��ت.. اف��زایش بوده دمشی

است. داشته دنبال به را ماشین جهت % در10 کاهش و عمودی

)الف(

76

)ب(

)ج(

نهایی، کششی شده: )الف( استحکام تهیه آلیاژی هایفیلم کششی خواص(.2-4) شکل

شکست. نقطه در طول )ج( ازدیاد و کششی )ب( مدول

ضربه - استحکام4-3-2

از ناش��ي شکست برابر در ماده يک استحکام گيرياندازه براي ضربه آزمون

ش��ده ج�ذب ان��رژي ي��ا ض�ربه ان��رژي روش رود. اينمي کار به ناگهاني نيروي اعمال

ت��رينمت��داول از يکي 1آي��زود گيرد. آزمونمي اندازه را شکست از قبل نمونه، توسط

باشد.مي ايضربه استحکام گيرياندازه هايروش

نش�ان3-4 ش�کل درLDPE م�اتریس در آن مق�دار افزایش وEVA حضور اثر

آن مق��دار اف��زایش وEVA ذرات حضور رودمی انتظار که است. همانطور شده داده

از ک��ه همانگون��ه اس��ت. ام��ا شده آلیاژی هایفیلم ضربه استحکام افزایش به منجر

ض��ربه اس��تحکام ک��اهش ب��ه منج��رEVA% 60 افزودن است، مشاهده قابل شکل

نق�اط عن�وان ب�ه ک�ه فازه�ا مش�ترک فص�ل در احتم�الی هایتجمع است. زیرا شده

1- Izod77

در راEVA% 60 ح��اوی ه��ایفیلم ض��ربه اس��تحکام افت کنن��د،می عمل تنش تمرکز

است. برداشته

% وزنی50 ت��اEVA ک��وپلیمر افزایش با هافیلم ضربه استحکام افزایش علت

این آن مق��دار اف��زایش ب��ا ک��ه باشدEVA کوپلیمر الستیکی خاصیت دلیل به تواندمی

. است داشته دنبال به را ضربه استحکام افزایش و شده تشدید خاصیت

آلیاژی. هایفیلم ضربه استحکام برEVA کوپلیمر مقدار افزایش اثر(.3-4) شکل

گیپاره - استحکام4-3-3

خالصLDPE با مقایسه درLDPE-EVA آلیاژی هایفیلم گیپاره استحکام نتایج

-می مش��اهده که است. همانطور شده آورده4-4 شکل درEVA مقدار افزایش با و

را خاص��یت این و داش��ته ه��افیلم گیپ��اره اس��تحکام بر منفی اثرEVA کوپلیمر شود

ک��ه هاس��تفیلم نهایی کششی استحکام نتایج با مشابه نتایج است. این داده کاهش

شد. اشاره آن به قبلی هایقسمت در

78

مق��دار کم��ترین نه��ایی، کشش��ی اس��تحکام ب��رای آمده بدست نتایج با مشابه

است. آمده بدستEVA % وزنی60 حاوی هاینمونه برای گیپاره استحکام

خ��واص دلی��ل ب��ه ک��ه ک��رد اشاره نکته این به توانمی مکانیکی خواص نتایج از

LDPE م��اتریس در آن مق��دار اف��زایش و آن حض��ورEVA ک��وپلیمر ض��عیف مکانیکی

نت��ایج این اس��ت. در ش��ده ض��ربه اس��تحکام ج��ز به مکانیکی خواص کاهش به منجر

خواص برای مقدار کمترین همواره وزنیEVA (60% ) % وزنی50 از بیش افزودن

است. داشته بر در را مکانیکی

.LDPE-EVA هایفیلم گی پاره استحکام نتایج(.4-4) شکل

آلیاژی هایفیلم نوری - خواص4-4

- فیلم(Haze) بودن کدر یا و(Gloss) درخشندگی میزان - بررسی4-4-1شده تهیه های

79

)م��یزان ن��وری خ��واص ب��ر آن مق��دار اف��زایش وEVA ک��وپلیمر اف��زودن اث��ر

در آلی��اژی ه��ایفیلم هم��ه ب��رای ش��ده ه��ا( مش��اهدهفیلم بودن کدر یا و درخشندگی

حض��ور ش��ود،می مشاهده که است. همانطور مشاهده قابل وضوح به(2-4) جدول

ت��أثیر تحت را ش��ده تهی��ه ه��ایفیلم ن��وری خ��واص آن مقدار افزایش وEVA کوپلیمر

ص�یقلی ی�ا و درخش�ندگی م�یزان آن، مق�دار اف�زایش ب�ا بطوریکه است، داده قرار

ه��ایفیلم ن��وری خ��واص که دهدمی نشان نتایج است. این یافته افزایش هافیلم بودن

ک��ه . همانگون��ه اس��ت تقابل در آنها مکانیکی خواص باLDPE-EVA آلیاژ از شده تهیه

اف��زایش وEVA ک��وپلیمر حض��ور شد، اشاره بدان مکانیکی خواص نتایج قسمت در

خ��واص مورد در اما است، داشته آلیاژها مکانیکی خواص بر معکوسی اثر آن مقدار

� روند این نوری اف��زایش وEVA ک��وپلیمر اف��زودن بطوریک��ه اس��ت، ب��رعکس ک��امال

ک��وپلیمر نقش کلی، ط��ور باشد. به باال بسیار هافیلم شفافیت شده باعث آن مقدار

EVAخ�وبی ب��ه هدف این که آنهاست نوری خواص افزایش یا و بهبود ها،فیلم این در

همچ��نین و مطلوب و شفاف بسیار هایفیلم است. تهیه شده برآورده پروژه این در

بس��ته ص��نعت در اس��تفاده برای را آنها مناسب، کاربردی مکانیکی خواص بودن دارا

است. ساخته مطلوب غذایی بندی بسته خصوص به بندی،

-LDPEهای آلیاژی نتایج خواص نوری )میزان درخشندگی و یا کدری( فیلم(.2-4)جدول

EVA.

Gloss)%( Haze)%( EVA (wt.%)Sample Code

4016.510F10

619.020F20

648.825F25

688.330F30

716.950F50

756.060F60

آلیاژی هایفیلم گرمایی - خواص4-5

80

(DSC) روبشی دیفرانسیلی - کالریمتری4-5-1

وLDPE-EVA آلی��اژ از ش��ده تهی��ه ه��ایفیلم گرمایی خواص بررسی منظور به

ه��ا،نمون��ه کریستالیزاس��یون و ذوب دمای تغییرات روی برEVA مقدار افزایش تأثیر

در آزم��ون این از حاص��ل است. نت��ایج گرفته انجام هانمونه همه روی برDSC آزمون

ک��ه ده��دمی نش��ان ال��ف5-4 اس��ت. ش��کل مش��اهده ب( قابل) )الف( و5-4 شکل

درص��د ن��یز و کریستالیزاس��یون دم��ای آن مق��دار اف��زایش وEVA ک��وپلیمر افزودن

ک�وپلیمر ک�ه گفت ت�وانمی اس�ت. درواق�ع داده ک�اهش را هانمونه کریستالیزاسیون

EVAهانمونه کریستالیزاسیون خواص و کند عمل زا هسته عامل عنوان به نتوانسته

دهد. قرار زیادی تأثیر تحت را

اف��زایش وEVA ک��وپلیمر حض��ور ک��ه کندمی مشخص آنالیز این از حاصل نتایج

اض��افه است. همچنین شده نیز هانمونه ذوب دمای کاهش باعث آلیاژ، در آن مقدار

و ک��اهش اتیلن پلی ذوب دم��ای ش��ودمی باعثLDPE ماتریس بهEVA کوپلیمر شدن

باش��د(. علت میEVA، oC 89 ک�وپلیمر ذوب )دم�ای یاب�د اف�زایشEVA ذوب دم��ای

EVA زنجیرهای سازی رقیق اثر رب تواند میEVA مقدار افزایش با ذوب دمای کاهش

. دانستEVA فاز برای اتیلن پلی زنجیرهای زایی هسته اثر و اتیلن پلی فاز برای

81

ذوب. )ب( منحنی کریستالیزاسیون، : )الف( منحنیDSC آزمون نتایج(.5-4) شکل

82

(DMTA) گرمایی مکانیک – دینامیک - آنالیز4-5-2

ب��ا مقایس��ه در را شده انتخاب هاینمونه برایDMTA آزمون نتایج6-4 شکل

برحس��ب اتالف مدول )الف( تغییر6-4 دهد. شکل می نشان خالص سبک اتیلن پلی

را متن��اظر ه��ایrelaxation هم��ه ک��ه اس��ت کشیده تصویر به را هانمونه این برای دما

ک��وپلیمر مق��دار اف��زایش ب��ا ش��ود،می مش��اهده شکل از که کند. همانطورمی آشکار

EVA، ب��رای وج��ود، این اس��ت. ب��ا شده منتقل کمتر دماهای به انتقالی پیک دماهای

خ�وبی ب�ه انتق�االت (،F50 وF30 ه�ای )نمون�هEVA ب�االتر مق�ادیر در آلیاژی هایفیلم

کنن��د.می رفت��ار خالصLDPE مانند آلیاژها این که دهدمی نشان شود. ایننمی مشاهده

کریس��تالینیتی کاهش دلیل به تواندمی هانمونه برای آمده وجود به انتقاالت در کاهش

ب��اعث و ک��رده ن��رم را س��بک اتیلن پلی م��اتریس ک��ه باش��دEVA مق��دار اف��زایش با

وس��یله ب��ه کریستالینیتی در گردد. کاهشمی آمورف فاز مولکولی هایحرکت افزایش

. شد داده توضیح قبل قسمت در که شده تأیید نیزDSC آزمون

در انتخ��ابی ه��اینمون��ه ب��رای دم��ا برحس��ب ذخیره مدول )ب( نیز6-4 شکل

ب��ا ذخ��یره م��دول در ش��کل،ک��اهش این ده��د. از می نش��ان خ��الصLDPE با مقایسه

اف��زایش و کریستالینیتی کاهش به که شودمی مشاهدهEVA کوپلیمر مقدار افزایش

(a)دارد: مج��زا ناحی��ه چن��دین ه��انمون��ه هم��ه ب��رای است. منحنی مربوط آزاد حجم

در )ک��ه ایشیشه ناحیه ثانویه. در انتقالی ناحیه(c) و رابری ناحیه(b) انتقالی، ناحیه

ب��االترین هانمونه - است( همهoC 100 دمای زیر و است نشده داده نشان شکل این

و یافته کاهش کریستالینیتی ،EVA کوپلیمر مقدار افزایش دهند. بامی نشان را مدول

� آلیاژه��ا م��دول نتیجه در دارن��د( درEVA ب��االتری درص��د ک��ه ه��ایینمون��ه )مخصوص��ا

. یابدمی کاهش سریعتر باالتر دماهای

در دم��ا برحس��ب اس��ت، ذخ��یره م��دول ب��ه اتالف مدول نسبت کهtanδ مقدار

اف��زایش با که است مشخص شکل است. از شده کشیده تصویر )ج( به6-4 شکل

کاهش و اتالف مدول افزایش به که یابدمی افزایشtanδ مقدار ،EVA کوپلیمر مقدار

کریس��تالینیتی در کاهش دلیل به دمپینگ در افزایش است. این مرتبط ذخیره مدول

. است شدهtanδ مقادیر افزایش به منجر که استEVA مقدار افزایش با سیستم

83

)الف(

)ب(

84

)ج(

ذخیره )ب( مدول دما، برحسب اتالف : )الف( مدولDMTA آنالیز نتایج(.6-4) شکل

دما. برحسبtanδ)ج( دما، برحسب

مختل��ف مق��ادیر ح��اویLDPE-EVA آلیاژی هایفیلم برای آمده بدست نتایج از

EVAبا مقایسه در و LDPE50 حاوینمونه که گرفت نتیجه توان می %EVAبه��ترین

در موضوع، این گرفتن نظر در است. با داده نشان هانمونه سایر میان در را خواص

نمون��ه این از اس��تفاده با شده تهیه هاینانوکامپوزیت خواص بررسی به بعدی قسمت

و پ��ردازیممی رس خ�اک ن��انوذره(% وزنی5 و3 ،1) مختلف مقادیر حاوی و آلیاژی

)ب��ه مربوطه آلیاژ با و کرده تحلیل و تجزیه را مختلف هایآزمون از آمده بدست نتایج

خ��واص گرفتن نظر در با که است ذکر به کنیم. الزممی شاهد( مقایسه نمونه عنوان

از ش��ده تهی��ه ه��ایفیلم بندی، بسته هایفیلم تهیه برای مطلوب و کاربردی مکانیکی

به توجه با نیز و نیاز مورد مکانیکی خواص بودن دارا دلیل ( بهEVA% 50) آلیاژ این

بس��یار انتخاب تواندمی آن، برای آمده بدست خوب بسیار ظاهری کیفیت و شفافیت

� و بندی بسته هایفیلم تهیه برای مناسبی باشد. غذایی مواد بندی بسته مخصوصا

85

هانانوکامپوزیت نتایج بررسی

هانانوکامپوزیت جریان - رفتار4-6

ها نانوکامپوزیت(MFI) مذاب جریان - شاخص4-6-1

آزم��ون از اس��تفاده ب��اLDPE-EVA نانوکامپوزیتی هایفیلم پذیری جریان رفتار

ج��دول ه��ایداده از ک��ه اس��ت. هم��انطور شده بررسی(MFI) مذاب جریان شاخص

وMFI کاهش به منجر آن مقدار افزایش و رس خاک نانوذره حضور است، مشخص

نانوک��امپوزیتی ه��اینمون��ه این ب��ر اس��ت. عالوه ش��ده ویسکوزیته افزایش نتیجه در

-داده نش��ان مربوط��ه آلیاژ به نسبت باالتری ویسکوزیته نتیجه در و کمترMFI مقدار

اند.

ب��رهمکنش دلي��ل ب��ه توان��دمي ن��انوذره مق��دار اف��زايش ب��اMFI مق��ادير کاهش

،cloisite®15A ن�انوذره مق�دار اف�زايش باش�د. ب�ا ن�انوذرات و م�اتريس بين فيزيکي

-مولکول تحرک عدم باعث و شده تشديد نانوذرات و ماتريس بين فيزيکي برهمکنش

در ک��اهش و ش��ده مح��دود ه��انمون��ه پ��ذيري جري��ان نتيجه گردند. درمي ماتريس هاي

نانوذرات باالتر مقادير در ها نمونهMFI مقادير آيد. کاهشمي وجود به آنهاMFI مقادير

آنه��ا تجم��ع و ن��انوذرات احتمالي فيزيکي هايبرهمکنش دليل به تواند% وزني( مي5)

بين ب��رهمکنش همچ��نين و نانوذرات بين برهمکنش هانمونه اين باشد. در مربوط نيز

. باشد آنهاMFI مقادير کاهش کننده توجيه تواندمي نانوذرات و ماتريس

های نانوکامپوزیتی تهیه شده شاخص جریان مذاب فیلم(.3-4)جدول

MFI

(g/10min)

Nanoclay

(phr)

Irganox 1010

(phr)*

EVA (wt.

%)

LDPE (wt.

%)

Sample

Code

86

2.5300.55050F50

2.5010.55050N1

2.4630.55050N2

2.4050.55050N3

هانانوکامپوزیت مورفولوژی و - ساختار4-7

(XRD) ایکس اشعه - پراش4-7-1

تهیه هاینمونه ساختار تعیین نیز و نانوکامپوزیتی ساختار ایجاد تأیید منظور به

-می ایکس اش��عه پ��راش الگوه��ای ب��ه مرب��وط نت��ایج بررس��ی به بخش این در شده،

پردازیم.

از ک��ه است الزم رس، خاک هایالیه جدایش میزان مورد در نظر اظهار برای

مكم��ل دوآزمون اين كرد. استفادهXRD یا و(TEM) عبوری الکترونی میکروسکوپ

)ق��انون کم�ی ص��ورت ب��ه را ایالی��ه بین فاصلهXRD آزمون طوريكه به بوده يكديگر

ب��اXRD روش دهن��د. درمی )کیفی( ارائ��ه تص��ویری ص��ورت بهTEM آزمون براگ( و

در گ�رفتن ق�رار از بع�د و قب�ل ش�ده اص�الح رس خ�اک ب�ه مرب�وط هایپیک مقایسه

خ��اک ه��ای الی��هفاصله دریافت. اگر را هاالیه جدایش میزان توانمی پلیمری ماتریس

ش��دت نظر از هم حاصله پیک باشد، شده زیاد زمینه در گرفتن قرار صورت در رس

باشد، شده بیشتر هاالیه فاصله چقدر هر و یابدمی کاهش تشکیل، زاویه نظر از هم و

انتق�ال ب�راگ، ق�انون طب�ق ب�ر ک�ه ش�د خواهد کاسته بیشتری میزان به مقادیر این

-می رس خ�اک ه�ایالی�ه بین فاص�له در افزایش با معادل کمتر مقادیر به پیک زوایای

� هاالیه صورتیکه باشد. در ایج��اد 1شده جدا ساختار و باشند گرفته فاصله هم از کامال

اس��ت مع��ني اين ب��ه موضوع اين و شد نخواهد مشاهده پيكي گونه هيچ باشد، شده

. است بوده بيشتر استفاده موردXRD دستگاه تشخيص حد از ها اليه فاصله كه

ب��ا ه��انانوک��امپوزیت و ش��ده اص��الح رس خ��اک ب��رایXRD الگوهای7-4 شکل

/o8 در پیکی ش��ده اصالح رس خاک دهد. برایمی نشان را نانوذره مختلف درصدهای

1- Exfoliated87

2=θ2ایص��فحه بین فاص��له ب��ا معادل که شودمی دیده nm 58/1حالیک��ه در باش��د، می

ص��ورت به هانمونه همه برایXRD الگوهای که شودمی مشاهده هانانوکامپوزیت برای

شده منتقل چپ سمت به هاپيك از يكي ها،طيف اين درد. باش مي 1ايدوقله طيف يك

درون ب��ه پليمر نفوذ دليل به خاك هاياليه بين فاصله افزايش و انبساط خاطر به كه

اف��زایش م��یزان این ب��راگ ق��انون طب��ق بر هااليه فاصله گيرياندازه با باشد.مي آنها

. باشد می وصول قابل

خ��اك حض��ور بيانگر(o8/4-2/4=θ2) اول پيك ها،نانوکامپوزیت پراش الگوهای در

زواي��اي در پي��ك حض��ور ام��ا نداش��ته، اتيلنپلي م��اتريس در تغي��يري ك��ه باش��دمي رس

زنجيره��اي حضور اثر در شده متورم رس خاك دهنده نشان( o7/2-9/1=θ2) كوچكتر

تش��كيل امك��ان ك��ه ده��دمي نش��ان نتيج��ه ايند. باش��مي آن ه��اي الي��ه بين در اتيلنپلي

رس خ��اك ب��ا م��ذاب اختالط روش ب��ه ك��ه اتيلنپلي م��ورد در 2ش��ده داده ج��ا ساختار

پی��ک ه��انمون��ه در رس خ��اک مق��دار افزایش با دارد. همچنین وجود گرديده، مخلوط

ص��فحات بین فاص��له افزایش دهنده نشان که شده منتقل کوچکتر زوایای به مذکور

است. مناسب شده جاداده ساختار تشکیل و رس خاک

و زي�اد برش�ي تنش وج�ود م�ذاب روش به شده داده جا ساختار تشكيل براي

-پلي اينك��ه به است. باتوجه ضروري رس خاك و پليمر بين مناسب برهمكنش داشتن

� پليمر يك اتيلن اتيلنپلي بین مناس��ب برهمکنش يك تواننمي باشد،مي قطبي غير كامال

موض��عي برش��ي تنش به توانمی راXRD از حاصل نتایج اما شد، متصور رس خاك و

ب��االي پ��ذيري انعط��اف نيز و پيچه دو اكسترودر در مذاب اختالط فرآيند حين در زياد

داد. نسبت اتيلنپلي

ش�عاع در تغي�ير ن�يز و ه�االي�ه ج�دايش ب�اعث كن، مخلوط در باال برشي تنش

را ه��االيه داخل به زنجيرها اين نفوذ امكان كه گردد،مي اتيلنپلي زنجيرهاي ژيراسيون

كم��تر تر، پايين زاويه در پيك شدت نسبت كه است ذكر به الزم نمايد. البتهمي ترسهل

رس خ��اك درص��د ك��ه باش��د آن بي��انگر تواندمي كه است باالتر زاويه در پيك شدت از

1- biomodal2- Intercalated

88

جهت ب��ه مسئله اين كه است، كمتر نيافته تغيير رس خاك با مقايسه در شده متورم

� اتيلنپلي بودن قطبي غير . رسدمي نظر به منطقي كامال

رس. خاک با مقایسه در ها نانوکامپوزیت(XRD) ایکس اشعه پراش الگوهای(.7-4)شکل

(TEM) عبوری الکترونی - میکروسکوپ4-7-2

میکروس��کوپ تص��اویر ه��ا،نمون��ه در نانوکامپوزیتی ساختار تشکیل تأیید برای

را تص��اویر ج( این – )ال��ف8-4 اس��ت. ش��کل ش��ده گرفت��ه آنها از عبوری الکترونی

ایجاد هانمونه برای شده جاداده ساختار شود،می مشاهده که دهد. همانطورمی نشان

پراکن��ده پلیم��ری م��اتریس در خ��وبی به رس خاک ذرات تصاویر این است. در شده

نشان ایکس اشعه پراش الگوهای و اینجا در شده داده نشانTEM اند. تصاویرشده

را رس خ��اک ن��انوذره وF50 آلی��اژ از نانوک��امپوزیت تشکیل قبل، شکل در شده داده

. کندمی تأیید

ش��ده جاداده ساختار ایجاد دالیل از دیگر یکی که است ارزش با نکته این ذکر

LDPE م��اتریس درEVA ک��وپلیمر از ک��افی مقدار حضور هانمونه در مطلوب و خوب

89

،LDPE-EVA آلیاژه��ای تهی��ه در ک��ه ک��رد گیری نتیجه توانمی هم تصاویر این است. از

است. بوده مناسب و مطلوب50:50 نسبت

90

% خاک5)ج( و رس % خاک3)ب( رس، % خاک1: )الف( TEM تصاویر(.8-4) شکل

رس.

91

هانانوکامپوزیت مکانیکی - خواص4-8

کششی - خواص4-8-1

-نانوكامپوزيت تهيه در نظر مورد و مهم مكانيكي خواص از يكي كششي مدول

آلی��اژ کشش��ی خ��واص تغییرات بر رس خاك وجود اثر بررسي منظور به باشد.مي ها

نه��ایی، کششی استحکام خواص برای کشش آزمون نتایج ،EVA(F50)% 50 حاوی

آلی��اژ ب��ا مقایس��ه در ه��انانوک��امپوزیت کششی مدول و شکست نقطه در طول ازدیاد

و ب )ال��ف،9-4 ش��کل در نموداره��ایی صورت شاهد( به نمونه عنوان )به مربوطه

است. شده ج( رسم

� که همانگونه پرکنن��ده ب��ه خوبی به ماتریس از تنش اگر شد، اشاره آن به قبال

ه��ایپرکنن��ده مورد یابد. درمی افزایش نهایی کششی استحکام آنگاه کند، پیدا انتقال

و پرکنن��ده سطح بین باال چسبندگی خاطر به رس، خاک جمله از شده اصالح معدنی

یابد.می افزایش نهایی کششی استحکام باال، سازگاری علت به ماتریس

ب��ه رس خ��اک اف��زودن ب��ا شود،می )الف( مشاهده9-4 شکل از که همانطور

اس��ت. ب��ه یافت��ه اف��زایش نهایی کششی استحکام آن، مقدار افزایش و(F50) آلیاژ

آلی��اژ روی ب��ر را خ��ود کنن��دگی تقویت اثر رس خاک نانوذره اینجا در که رسدمی نظر

خ��اک افزودن است. با شده تشدید رس خاک مقدار افزایش با اثر این و داده نشان

ک��وپلیمر و آن می��ان ب��رهمکنش رس، خ��اک زی��اد تم��اس سطح دلیل به آلیاژ هب رس

EVAاست. شده بیشتر رس خاک مقدار افزایش با برهمکنش این و داده رخ

در ط��ول ازدی��اد بر آن مقدار افزایش و رس خاک حضور اثر )ب(،9-4 شکل

ک�ه اس�ت مش�خص ش�کل از وض�وح ده�د. ب�ه می نشان راF50 آلیاژ شکست نقطه

ش��ده شکل تغییر برابر در ماتریس قابلیت رفتن بین از باعث معدنی پرکننده حضور

داده ک��اهش را هانمونه شکست نقطه در طول ازدیاد رس، خاک مقدار افزایش با و

م��اتریس از آنه��ا در که رس خاک برپایه های نانوکامپوزیت مورد در رفتار است. این

تح��رک ک�اهش جهت ب��ه مس�ئله اس��ت. این مت��داول شود،می استفاده پذیر انعطاف

تغی��یر در ک�امپوزیت است. بن��ابراین، معدنی مواد حضور جهت به پلیمری زنجیرهای

92

� که دیگری شکند. نکتهمی تریپایین شکل نقط��ه در ط��ول ازدی��اد کاهش باعث احتماال

شاخص آزمون نتایج که است پرکننده افزودن با ویسکوزیته افزایش شده، شکست

. کندمی تأیید را آن ( نیز3-4 )جدول مذاب جریان

تهي���ه در نظ���ر م���ورد و مهم مك���انيكي خ���واص از يكي كشش���ي م���دول

ب��ر آن مق��دار اف��زایش و رس خاک اثر از آمده بدست نتایج.باشد مي نانوكامپوزيتها

داده نش��ان اس��ت. نت��ایج مش��اهده )ج( قاب��ل9-4 ش��کل در هانمونه کششی مدول

حض��ور جهت ب��هEVA ک��وپلیمر و س��بک اتیلن پلی ف��از تق��ویت به شکل این در شده

دارد، مط��ابقتXRD از حاصل نتایج با که کندمی اشاره فازها این در رس خاک ذرات

گ��ردد. ف��از این تقویت باعث بنابراین و شودEVA فاز وارد تواندمی رس خاک چراکه

بین ب��رهمکنش به تواندمی اینجا در آمده بدست کششی مدول افزایش این بر عالوه

Si هایگروه هیدروژنی پیوندهای طریق از رس خاک وEVA کوپلیمر در استات گروه

-OHاستات هایگروه و رس خاک EVAباشد. مرتبط

ش��ود،مي مخلوط مذاب پليمر با رس خاک نانوذره که زماني که شود ذکر باید

پليم��ر ماتريس در و شده جدا هم از اکسترودر در برشي تنش اعمال با آن صفحات

م��اتريس ه��اي مولکول سگمنتي تحرک کاهش باعث صفحات گردند. اينمي پراکنده

وسيله به شده اعمال مقاومت به ها،کامپوزيت مدول افزايش علت شوند. بنابراينمي

مرب�وط س�يليکاتي ه�ايالي�ه ب�االي منظ�ر نس�بت و گ�يريجهت و سيليکاتي نانوذرات

اثر اين آنها مقدار افزايش با و دارند ماتريس روي بر پرکنندگي اثر ذرات است. اين

. يابدمي افزايش يانگ مدول و شده تشديد

93

)الف(

)ب(

94

)ج(

بر نهایی کششی ها: )الف( استحکامنانوکامپوزیت کششی آزمون نتایج(.9-4) شکل

)ج( و رس خاک مقدار برحسب شکست نقطه در طول )ب( ازدیاد رس، خاک مقدار حسب

رس. خاک مقدار برحسب کششی مدول

ضربه - استحکام4-8-2

آورده(10-4) ش��کل درF50 آلی��اژ ض��ربه اس��تحکام تغییرات بر رس خاک اثر

اف�زایش ب�ا و رس خ�اک حض�ور در ض�ربه اس�تحکام ک�اهش ش�کل، است. از شده

ک��ه ه��ایی نانوکامپوزیت در ض��ربه اس��تحکام است. ک��اهش مشاهده قابل آن مقدار

زنجیره��ای تحرک کاهش دلیل به که است متداول است، پذیر انعطاف آنها ماتریس

ف�از ه�انمون��ه این در واق�ع باشد. در می پلیمری ماتریس پذیری انعطاف و مولکولی

ه��ایداده ب��ا خ��وبی ب��ه نت��ایج . این اس��ت شده شکننده نانوذرات وسیله به ماتریس

کند. می شکست( مطابقت نقطه در طول )ازدیاد کشش تست از آمده بدست

95

.F50 آلیاژ ضربه استحکام بر رس خاک مقدار اثر(.10-4) شکل

گیپاره - استحکام4-8-3

خ��اک مق��دار اف��زایش با گیپاره استحکام گیری اندازه آزمون از حاصل نتایج

ک��ه ش��ودمی مش��اهده ش��کل است. از شده کشیده تصویر به(11-4) شکل در رس

مق��دار افزودن و داشتهF50 آلیاژ گیپاره استحکام بر مثبتی تأثیر رس خاک نانوذره

ک��ه ده��دمی نش��ان اس��ت. این داده بهب��ود را خاص��یت این رس خ��اک ن��انوذره کمی

آن مق��دار اف��زایش ب��ا اثر این و داشته آلیاژ بر کنندگی تقویت اثر رس خاک نانوذره

. نت��ایج اس��ت آم��ده بدس��ت گیپ��اره اس��تحکام در بیش��تر افزایش و شده تشدیدتر

کشش�ی م��دول و نه�ایی کشش�ی اس��تحکام نت��ایج ب��ا خوبی به اینجا در آمده بدست

شد. اشاره آن به قبل هایقسمت در که کندمی مطابقت

96

.F50 آلیاژ گیپاره استحکام بر رس خاک مقدار اثر(.11-4) شکل

نانوکامپوزیتی هایفیلم نوری - خواص4-9

- فیلم(Haze) بودن کدر یا و(Gloss) درخشندگی میزان - بررسی4-9-1شده تهیه های

)م��یزان ن��وری خ��واص ب��ر آن مقدار افزایش و رس خاک نانوذره افزودن اثر

قاب��ل وض��وح ب��ه(4-4) ج��دول ( درF50 آلی��اژی فیلم ب��ودن ک��در ی��ا و درخش��ندگی

اف��زایش و رس خ��اک نانوذره حضور شود،می مشاهده که است. همانطور مشاهده

اس��ت، داده ق��رار ت��أثیر تحت کمی را ش��ده تهی��ه ه��ایفیلم ن��وری خواص آن، مقدار

کمی ه��افیلم ب��ودن ص��یقلی ی��ا و درخش��ندگی میزان آن، مقدار افزایش با بطوریکه

از ش��ده تهی��ه ه��ایفیلم ن��وری خ��واص که دهدمی نشان نتایج است. این یافته کاهش

اث��ر رس خ��اک نانوذره . بطوریکه است تقابل در مشابه هاینانوکامپوزیت باF50 آلیاژ

است. نبوده چشمگیر اثر این وجود این است. با داشته آلیاژ نوری خواص بر منفی

97

خ��واص اف��زایش ی��ا و بهب��ود ه��ا،فیلم این درEVA کوپلیمر نقش کلی، طور به

ب��ه ه��دف این ک��ه ب��وده مکانیکی خواص تقویت رس خاک نانوذره نقش و آنها نوری

ش��فافیت ب��ا نانوک�امپوزیتی ه�ایفیلم است. تهی��ه شده برآورده پروژه این در خوبی

ب��رای را آنه��ا مناس��ب، ک��اربردی مک��انیکی خ��واص ب��ودن دارا همچ��نین و مطل��وب

است. ساخته مطلوب غذایی بندی بسته خصوص به بندی، بسته صنعت در استفاده

های نانوکامپوزیتی نتایج خواص نوری )میزان درخشندگی و یا کدری( فیلم(.4-4)جدول

Gloss)%( Haze)%( Clay (wt.%)Sample Code

716.910F50

628.11N1

618.83N2

598.85N3

نانوکامپوزیتی هایفیلم گرمایی - خواص4-10

(DSC) روبشی دیفرانسیلی - کالریمتری4-10-1

آلی��اژ از ش��ده تهی��ه نانوکامپوزیتی هایفیلم گرمایی خواص بررسی منظور به

F50کریستالیزاسیون و ذوب دمای تغییرات روی بر رس خاک مقدار افزایش تأثیر و

نمون��ه ب��ا و گ��رفت انجام نانوکامپوزیتی هاینمونه همه روی برDSC آزمون ها،نمونه

ب() )الف( و12-4 شکل در آزمون این از حاصل شد. نتایج مقایسه مربوط آلیاژی

است. مشاهده قابل

آن مق��دار اف��زایش و رس خاک افزودن که دهدمی نشان(الف) 12-4 شکل

داده اف��زایش کمی را ه��انمونه کریستالیزاسیون درصد نیز و کریستالیزاسیون دمای

زای هس��ته عام��ل عن��وان ب��ه نتوانس��ته رس خ��اک ک��ه گفت ت��وانمی واقع است. در98

ق��رار زی��ادی ت��أثیر تحت را ه��انمونه کریستالیزاسیون خواص و کند عمل موثر بسیار

کریستالیزاسیون درصد و دما در شده مشاهده جزئی افزایش وجود این با دهد. اما

پلیمری هایسگمنت تحرک که باشد رس خاک نانوذرات پرکنندگی اثر دلیل به تواندمی

. شود کریستالینیتی افزایش به منجر و داده کاهش را

مقدار افزایش و رس خاک حضور که کندمی مشخص آنالیز این از حاصل نتایج

ش�دن اس�ت. مح�دود شده نیز هانمونه ذوب دمای جزئی افزایش باعث آلیاژ، در آن

ش��ود می س��بب تولي��دي نانوك��امپوزيت مس��تحكم ش��بكه در پليمر زنجيرهاي جنبش

ب��ه ذوب دم��ای نتیج��ه در و ش��ده انج��ام س��ختي ب��ه هسته سمت به ازنجيره حركت

یابد. افزایش کمی میزان

در ک��وچکی قل��ه ظه��ور ک��رد، اش��اره آن ب��ه باید هاشکل این در که مهمی نکته

تش��کیل از ناش��ی توان��دمی ک��ه اس��تoC70 ح��دود دم��ای ال��ف( در) 12-4 ش��کل

مشاهده که باشد. همانطورDSC آزمون در کردن خنک اول مرحله در هاریزکریستال

به که شده ظاهر ذوب هایپیک درoC 85 حدود در دمایی در کوچک قله این شود، می

است. شده تشکیل ریزکریستالهای ذوب دلیل

99

ذوب. )ب( منحنی کریستالیزاسیون، : )الف( منحنیDSC آزمون نتایج(.12-4) شکل

100

(DMTA) گرمایی مکانیک – دینامیک - آنالیز4-10-2

در س��طحی بین ه��ایب��رهمکنش شناس��ایی برای حساسی روشDMTA آنالیز

پلیم��ری م��اتریس و ن��انوذرات بین قوی هایبرهمکنش کلی، طور هاست. بهکامپوزیت

موض��وع این و کن��د مح��دود را ن��انوذرات به نزدیک پلیمری هایسگمنت تحرک تواندمی

شود.می ماتریس برای - دما مدول پاسخ در تغییرات ایجاد باعث

آلی��اژ هم��راه ب��ه نانوک��امپوزیتی ه��ای نمون��هDMTA آنالیز به مربوط هایمنحنی

است. شده ب( رسم و )الف13-4 شکل شاهد( در نمونه عنوان )به مربوطه

ب��ه را ه��انمون��ه این ب��رای دم��ا برحسب اتالف مدول )الف( تغییر13-4 شکل

خ��اک مقدار افزایش با شود،می مشاهده شکل از که است. همانطور کشیده تصویر

انتق��االت در است. اف��زایش شده منتقل باالتر دماهای به انتقالی پیک دماهای رس،

مق��دار افزایش با کریستالینیتی افزایش دلیل به تواندمی هانمونه برای آمده وجود به

ک��اهش ب��اعث و ک��رده مح��دود را مولک��ولی ه��ایس��گمنت حرکت که باشد رس خاک

آزم��ون وس��یله به کریستالینیتی در گردد. افزایشمی آمورف فاز مولکولی هایحرکت

DSCشد. داده توضیح قبل قسمت در که شده تأیید نیز

نانوکامپوزیتی هاینمونه برای دما برحسب ذخیره مدول )ب( نیز13-4 شکل

م��دول در افزایش شکل، این دهد. ازمی ( نشانF50 )آلیاژ شاهد نمونه با مقایسه در

کریس��تالینیتی افزایش به که که شودمی مشاهده رس خاک مقدار افزایش با ذخیره

دارد: مجزا ناحیه چندین هانمونه همه برای است. منحنی مربوط آزاد حجم کاهش و

(a)انتقالی ناحیه ، (b)و رابری ناحیه (c)ایشیش��ه ناحی��ه ثانوی��ه. در انتق��الی ناحیه

ه��انمون��ه - است( همهoC 100 دمای زیر و است نشده داده نشان شکل این در )که

کمی کریس��تالینیتی رس، خ��اک مق��دار اف��زایش دهند. ب��امی نشان را مدول باالترین

� هانمونه مدول نتیجه در و یافته افزایش رس( در خ��اک ب��االتر مق��ادیر در )مخصوص��ا

. یابدمی افزایش سریعتر باالتر دماهای

101

)الف(

)ب(

اتالف نانوکامپوزیتی: )الف( مدول هاینمونه برایDMTA آنالیز نتایج(.13-4) شکل

دما برحسب ذخیره )ب( مدول دما، برحسب

پیشنهادات

102

1- الیه ای بین فاص��له ی دارای ک��هCloisite®15A بج��ای Cloisite®30B کردن مخلوط

تولید نانوکامپوزیتی نمونه های نوری خواص روی بر آن تاثیر بررسی و بوده متفاوت

پلیمری. ماتریس درون آن توزیع و تفکیک میزان روی بر همینطور و شده

ب��وده س��ازگار ما پلیمری ماتریس با که ذره نانو نوع چند از همزمان - استفاده ی2

موجود. نانو کامپوزیت با مقایسه و آن مکانیکی خواص بررسی و

آن م��اتریس اج��زای از یکی تغییر با نامه پایان این در شده کار سیستم - بررسی3

.HDPE بهLDPE یعنی

این کامپوزیتی.)هرچند نانو نمونه های چنین برای فیلم تهیه ی روش کردن - بهینه4

انج�ام اس�ت، ش�ده تولی�د پ�روژه این در ک�ه نانو ک�امپوزیتی، فیلم های تهیه ی در کار

نشده ذکر اینجا در نامه، پایان هدف با موضوع این بودن متفاوت علت به اما گرفته،

است.(

مراجع:

[1] B. N. M. Mark H.F., "Encyclopedia of polymer science and Engineering," vol. 4, pp. 431-432, 1986.

103

[2] S. Pavlidou and C. D. Papaspyrides, "A review on polymer–layered silicate nanocomposites," Progress in Polymer Science, vol. 33, pp. 1119-1198, 2008.

[3] S. Sinha Ray and M. Okamoto, "Polymer/layered silicate nanocomposites: a review from preparation to processing," Progress in Polymer Science, vol. 28, pp. 1539-1641, 2003.

[4] V. Mittal, "Polymer Layered Silicate Nanocomposites: A Review," Materials, vol. 2, pp. 992-1057, 2009.

[5] A. B. Morgan, "Flame retarded polymer layered silicate nanocomposites: a review of commercial and open literature systems," Polymers for Advanced Technologies, vol. 17, pp. 206-217, 2006.

[6] D. R. Paul and L. M. Robeson, "Polymer nanotechnology: Nanocomposites," Polymer, vol. 49, pp. 3187-3204, 2008.

[7] H. Zou, et al., "Polymer/Silica Nanocomposites: Preparation, Characterization, Properties, and Applications," Chemical Reviews, vol. 108, pp. 3893-3957, 2008.

[8] M. Alexandre and P. Dubois, "Polymer-layered silicate nanocomposites: preparation, properties and uses of a new class of materials," Materials Science and Engineering: R: Reports, vol. 28, pp. 1-63, 2000.

[9] A. Vermogen, "Evaluation of the structure and dispersion in polymer-layered silicate nanocomposites," Macromolecules, vol. 38, p. 9661.

[10] A. Durmus, et al., "Linear low density polyethylene (LLDPE)/clay nanocomposites. Part I: Structural characterization and quantifying clay dispersion by melt rheology," Polymer, vol. 48, pp. 4492-4502, 2007.

[11] F. Hussain, et al., "Review article: Polymer-matrix Nanocomposites, Processing, Manufacturing, and Application: An Overview," Journal of Composite Materials, vol. 40, pp. 1511-1575, September 1, 2006 2006.

[12] Y. C. Ke, Stroeve, P., Polymer-Layered Silicate and Silica Nanocomposites. Amsterdam: Elsevier, 2005.

[13] C. M. L. Preston, et al., "Evaluation of polar ethylene copolymers as fire retardant nanocomposite matrices," Polymer Degradation and Stability, vol. 84, pp. 533-544, 2004.

[14] H. Yang and Q. Zheng, "Structure stability of organic montmorillonite used for preparing polyethylene/montmorillonite nanocomposite," Journal of Materials Science Letters, vol. 22, pp. 1431-1433, 2003/10/01 2003.

[15] M. Faker, et al., "Rheology, morphology and mechanical properties of polyethylene/ethylene vinyl acetate copolymer (PE/EVA) blends," European Polymer Journal, vol. 44, pp. 1834-1842, 2008.

[16] G. Takidis, et al., "Compatibility of low-density polyethylene/poly(ethylene-co-vinyl acetate) binary blends prepared by melt mixing," Journal of Applied Polymer Science, vol. 90, pp. 841-852, 2003.

[17] I. Ray and D. Khastgir, "Correlation between morphology with dynamic mechanical, thermal, physicomechanical properties and electrical conductivity for EVA-LDPE blends," Polymer, vol. 34, pp. 2030-2037, 1993.

104

[18] J. Sharif, et al., "Radiation effects on LDPE/EVA blends," Radiation Physics and Chemistry, vol. 58, pp. 191-195, 2000.

[19] B. P. Zanetti M., Costa L, "Thermal degradation behaviour of PE/clay nanocomposites", Polymer Degradation and Stability," Polymer Degradation and Stability, vol. 85, pp. 657-665, 2004.

[20] S. Dalai and C. Wenxiu, "Radiation effects on LDPE/EVA blends," Journal of Applied Polymer Science, vol. 86, pp. 1296-1302, 2002.

[21] H.-m. Yang, et al., "Preparation of Exfoliated Low-density Polyethylene/Montmorillonite Nanocomposites Through Melt Extrusion," Chemical Research in Chinese Universities, vol. 22, pp. 383-387, 2006.

[22] H. Lu, et al., "Influence of gamma irradiation on high density polyethylene/ethylene-vinyl acetate/clay nanocomposites," Polymers for Advanced Technologies, vol. 15, pp. 601-605, 2004.

[23] S. M. Ali Dadfar, et al., "Studies on the oxygen barrier and mechanical properties of low density polyethylene/organoclay nanocomposite films in the presence of ethylene vinyl acetate copolymer as a new type of compatibilizer," Materials & Design, vol. 32, pp. 1806-1813, 2011.

[24] A. Shojaei, et al., "Effect of organoclay loading and electron beam irradiation on the physico-mechanical properties of low-density polyethylene/ethylene-vinyl acetate blend," Polymers for Advanced Technologies, vol. 22, pp. 2352-2359, 2011.

[25] A. Behradfar, et al., "Rheological and mechanical characteristics of low density polyethylene/ethylene-vinyl acetate/organoclay nanocomposites," Polymer Engineering & Science, vol. 50, pp. 1315-1325, 2010.

[26] S. A. Mousavi, et al., "Effects of preparation conditions on the morphology and gas permeation properties of polyethylene (PE) and ethylene vinyl acetate (EVA) films," Chemical Engineering Research and Design, vol. 88, pp. 1593-1598, 2010.

[27] S. M. R. Dadfar, et al., "Investigation of oxygen barrier properties of organoclay/HDPE/EVA nanocomposite films prepared using a two-step solution method," Polymer Composites, vol. 30, pp. 812-819, 2009.

[28] S. Hui, et al., "Exploring the simultaneous effect of nano-silica reinforcement and electron-beam irradiation on a model LDPE/EVA-based TPE system," Polymer International, vol. 58, pp. 680-690, 2009.

[29] L. Ye, et al., "Synergistic effects of exfoliated LDH with some halogen-free flame retardants in LDPE/EVA/HFMH/LDH nanocomposites," Journal of Applied Polymer Science, vol. 107, pp. 3694-3701, 2008.

[30] S. Hui, et al., "Effect of silica-based nanofillers on the properties of a low-density polyethylene/ethylene vinyl acetate copolymer based thermoplastic elastomer," Journal of Applied Polymer Science, vol. 110, pp. 825-836, 2008.

[31] Y. Cai, et al., "Preparation, thermal and flammability properties of a novel form-stable phase change materials based on high density polyethylene/poly(ethylene-co-vinyl acetate)/organophilic montmorillonite nanocomposites/paraffin

105

compounds," Energy Conversion and Management, vol. 49, pp. 2055-2062, 2008.

[32] H. LU, et al., Gamma irradiation of high density poly(ethylene)/ ethylene-vinyl acetate/clay nanocomposites : possible mechanism of the influence of clay on irradiated nanocomposites vol. 16. Chichester, ROYAUME-UNI: Wiley, 2005.

[33] D. S. Chaudhary, et al., "Morphological influence on mechanical characterization of ethylene-vinyl acetate copolymer–clay nanocomposites," Polymer Engineering & Science, vol. 45, pp. 889-897, 2005.

[34] S. Peeterbroeck, et al., "Poly(ethylene-co-vinyl acetate)/clay nanocomposites: Effect of clay nature and organic modifiers on morphology, mechanical and thermal properties," Polymer Degradation and Stability, vol. 90, pp. 288-294, 2005.

[35] T.-H. Chuang, et al., "Thermal Properties and Flammability of Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer/Montmorillonite/Polyethylene Nanocomposites with Flame Retardants," Journal of Polymer Research, vol. 11, pp. 169-174, 2004/09/01 2004.

[36] C. H. Jeon, et al., "Preparation and characterization of ethylene vinyl acetate copolymer/montmorillonite nanocomposite," Polymer International, vol. 52, pp. 153-157, 2003.

[37] X. Li and C.-S. Ha, "Nanostructure of EVA/organoclay nanocomposites: Effects of kinds of organoclays and grafting of maleic anhydride onto EVA," Journal of Applied Polymer Science, vol. 87, pp. 1901-1909, 2003.

[38] F. Cser and S. N. Bhattacharya, "Study of the orientation and the degree of exfoliation of nanoparticles in poly(ethylene-vinyl acetate) nanocomposites," Journal of Applied Polymer Science, vol. 90, pp. 3026-3031, 2003.

[39] E. Ramírez-Vargas, et al., "Structural characterization of LDPE/EVA blends containing nanoclay-flame retardant combinations," Journal of Applied Polymer Science, vol. 123, pp. 1125-1136, 2012.

[40] M. Riahinezhad, et al., "Morphology and tensile properties of crosslinked nanocomposite foams of low-density polyethylene and poly(ethylene-co-vinyl acetate) blends," Journal of Vinyl and Additive Technology, vol. 16, pp. 229-237, 2010.

Abstract:

Among general polymers, polyethylenes and particularly low density polyethylene widely used

as packing material and among the products made from low density polyethylene, packaging

films are dedicated to the highest volume. Polyethylene films have been used for food

106

packaging applications, agricultural film and coatings and etc due to its processability, good

thermal and mechanical properties, low weight, low cost and neutrality (against food). On the

other hand, ethylene-co-vinyl acetate (EVA) is a special polymer that is used in the packaging

industry. One of the main characteristics of this polymer material is its good optical properties

and desirable transparency. It is very desirable that leads to the attraction of packed products.

This material can be combined with LDPE and reduce its softening point and melting

temperature and increase its impact resistance and resistance to pitting. Prepared LDPE and

EVA blend films have very good clarity and good tensile properties and these properties can be

improved when this blend is incorporated with clay nanoparticles.

To investigate the effect of EVA content on the properties of the blends, different amounts of

EVA is used and any changes in the properties such as: morphology, mechanical, thermal and

optical properties have been evaluated. Increasing EVA content leads to Increasing the

transparency and impact strength and decrease tensile properties and crystallization

temperature. After determination of the optimized composition for LDPE/EVA blends, the

effect of nanoclay particles on the morphology, mechanical, thermal and optical properties of

blends were studied. The XRD patterns and TEM images revealed good dispersion and

distribution of nanoclay in the polymer matrix. Tensile strength, modulus and tear resistance

values were improved, and crystallization temperature, elongation at break and impact strength

values were increased in the presence of nanoparticles.

Key word: LDPE, EVA, Nanocomposite, Mechanical Properties, Thermal Behavior

107

ISLAMIC AZAD UNIVERSITYPARSIAN BRANCH

DEPARTMENT OF CHEMICAL ENGINEERING

”B.Sc” THESIS

SUBJECT:

“Preparation and evaluation of optical,rheological,thermal and mechanical properties of polyethylene – ethylen vinyle acetate

nanocomposite films,for packaging application”

THESIS ADVISOR:

“Mr.Ranjbar ”

BY:

“Mehdi Gaffari ”

108