اخیراٌ جنرال موتورز تهیه اولین قطعات نانوکامپوزیت پلی­اولفینی را که حاوی تنها ۲/۵ درصد پرکننده معدنی است، گزارش کرده است. این محصول از لحاظ سفتی معادل اولفین گرمانرم حاوی ده برابر پرکننده تالک است و موجب ۲۰ درصد صرفه­جویی در وزن می­ شود. شرکت آرگون، خواص عبوردهی نانوکامپوزیت­های استفاده شده در بسته­بندی را تا حدود ۲۵۰۰ درصد اصلاح می­ کند. یک نوع جدید از این مواد موم­های از جنس نانوکامپوزیت است که می ­تواند به خوبی کاغذ، جهت روکش تجهیزات استفاده گردد [۵۰].
۱۹
نانوکامپوزیت­های پلیمری قابلیت استفاده در صنایع شیمیایی، خودروسازی، ساختمان سازی، نظامی، پزشکی، لوازم خانگی، ورزشی، کشاورزی و الکترونیکی، تهیه الیاف وفیلم­ها، مهندسی بافت، ضد حریق کردن پلاستیک­ها، سامانه­های انتقال دارو را داشته و استفاده از آن­ها در این صنایع، کاهش مصرف سوخت و انرژی، افزایش مقاومت و ایمنی در برابر زلزله و آتش­سوزی، افزایش عمر سازه­ها، کاهش خسارات ناشی از زمان نگهداری مواد غذایی و محصولات کشاورزی، کاهش خسارات ناشی از خوردگی و به طور خلاصه، استفاده بهینه از منابع موجود را می ­تواند به همراه داشته باشد [۵۰].
استفاده از نانوکامپوزیت­های پلیمری با داشتن خواص حرارتی بالا، مقاومت در برابر آتش­گیری، استحکام بالا، خواص ضد لکه، قابلیت رنگرزی الیاف در صنایع نساجی بسیار کاربردی هستند و هم­چنین سبک بودن الیاف تهیه شده با نانوکامپوزیت­های پلیمری در مقایسه با الیاف معمولی، مقاومت کمتر در مقابل نفوذ رطوبت و…. باعث شده است که استفاده از نانوکامپوزیت­ها در این صنعت به سرعت در حال پیشرفت و گسترش می­باشند. افزودن نانوذرات به پلاستیک­ها قابلیت اشتعال دامنه وسیعی از پلاستیک­ها را کاهش می­دهد. یکی از راه­های ارزان، مطمئن و تمیز از لحاظ زیست محیطی، در تهیه پلاستیک­های مقاوم در برابر اشتعال، تهیه نانوکامپوزیت آن­هاست [۵۲].
۱-۱۲- اهداف تهیه نانوکامپوزیت­های پلیمری
تهیه نانوکامپوزیت­های پلیمری به دلیل خواص منحصر به فردی که نشان می­ دهند با استقبال زیادی رو­به­رو شده است. در حال حاضر از تهیه نانوکامپوزیت­های پلیمری دو هدف دنبال می­ شود:
تهیه موادی با خواص مکانیکی و حرارتی بهتر نسبت به پلیمرهای خالص.
افزایش مقاومت نفوذ­پذیری پلیمرها در کاربردهای خاص [۵۸].
۲۰
۱-۱۳- انواع پرکننده­ها با ابعاد نانو
پرکننده­ها برای دلایل متنوعی از جمله کاهش قیمت، بهبود فرایندپذیری، کنترل چگالی، اثرات نوری، قابلیت هدایت گرمایی، کنترل انبساط گرمایی، خواص الکتریکی، خواص مغناطیسی، به تاخیر انداختن آتش­گیری، بهبود خواص مکانیکی از جمله سختی و مقاومت در برابر پارگی در پلیمرها بکار برده می­شوند. پرکننده­های نانو را به گروه ­های زیر تقسیم ­بندی می­ کنند [۶۰]:

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۱-۱۳-۱- لایه­ای
این پرکننده­ها معمولاٌ ضخامتی حدود یک نانومتر دارند ولی نسبت شکلی آن­ها در دو بعد دیگر حداقل ۲۵ برابر می­باشد. از این نوع ذرات جهت بهبود خواص مکانیکی و کاهش نفوذ­پذیری استفاده می­گردد.
۱-۱۳-۲- لیفی
الیاف یا پرکننده­های لوله­ای شکل که قطر آن­ها کمتر از ۱۰۰ نانومتر و حداقل نسبت طول به عرض آن­ها می ­تواند به بزرگی ۶ باشد (مانند نانولوله­های کربنی).
۱-۱۳-۳-کروی
نانو­پرکننده­های کروی ذراتی سه بعدی و تقریباٌ هم محور هستند که قطر بزرگ­ترین آن­ها کوچک­تر از ۱۰۰ نانومتر است. جهت تولید نانوکامپوزیت­هایی با کاربرد ویژه نظیر هدایت­پذیری کوچک­تر از ۱۰۰ نانومتر است. جهت تولید نانوکامپوزیت­هایی با کاربرد ویژه نظیر هدایت­پذیری الکتریکی و خواص نوری، انواع نانوذرات کروی پیشنهاد می­گردد [۵۲].
۲۱
۱-۱۴- معرفی پلی وینیل الکل
پلی وینیل الکل (PVA) یکی از پلیمرهای سازگار با طبیعت و محلول در آب است که دارای خواص بسیار عالی و هم­چنین خواص امولسیون کننده در محیط می­باشد. مقاومت بسیار عالی شیمیایی و خواص فیزیکی پلی وینیل الکل باعث استفاده بسیار وسیع این رزین در صنعت شد.این پلیمر یک چسب بسیار مرغوب بوده و مقاومت بسیار خوبی در مقابل حلال­ها، روغن و گریس دارد. فیلم تهیه شده از پلی وینیل الکل، قدرت کشسانی بسیار عالی داشته و مقاومت ویژه آن نیز بسیار بالا است. ساختار شیمیایی پلی وینیل الکل در شکل (۱-۱) آمده است [۶۱].
شکل (۱-۱)- فرمول شیمیایی پلی وینیل الکل
پلی وینیل الکل اولین بار از طریق افزودن آلکیل به محلول شفاف الکلی پلی وینیل استات، کشف شد. که پلی وینیل الکل به رنگ عاجی به دست آمد. پلی وینیل الکلPVA ، یک پلیمر پلی هیدروکسی است که بیشترین حجم تولید رزین مصنوعی، از نوع محلول در آب است که در جهان تولید می­ شود. PVA به صورت تجارتی از هیدرولیز پلی وینیل استات تولید می­ شود. زیرا منومر وینیل الکل، نمی­تواند با درجه خلوص و هیدرولیز بالا تبدیل به پلی وینیل الکل شود. عمده­ترین کاربردهای PVA در آهارزنی منسوجات، چسبها، تهیه کلوئیدهای محافظ برای پلیمریزاسیون امولسیونی، تهیه الیاف و تهیه پلی وینیل بوتیرات و آهارزنی کاغذ می باشد [۶۱].
۲۲
هم­چنین مصرف عمده PVA در تهیه افزودنی­های بتونی و اتصالات سیمانی در ساخت ساختمان­ها، در ساختمان آفت­کش­ها،علف­کش­ها و کودهای شیمیایی می­باشد و در مقدار کمتری از موارد فوق به عنوان امولسیون ساز در موارد آرایشی، پوشش ­های محافظ موقت، بالا بردن چسبندگی خاک برای جلوگیری از فرسایش خاک و در کاغذ عکاسی کاربرد فراوانی دارد. پلی وینیل الکل اولین بار توسط برگ، هانل و هرمان در سال ۱۹۳۲ ساخته شد و از واکنش مبادله استر به دست آمد [۶۱].
خواص PVA بستگی به درجه پلمیریزاسیون و درصد هیدرولیز آن دارد. خواص PVA نظیر مقاومت در برابر آب، قدرت کشش، مقاومت در برابر پارگی در برابر حلال با افزایش درصد هیدرولیز افزایش می­یابد. اما انعطاف پذیری، خواص چسبندگی و توانایی تفرق کاهش می­یابد. بالا رفتن وزن مولکولی (یا درجه پلمیریزاسیون) منجر به افزایش ویسکوزیته محلول، قدرت کشش، توانایی تفرق، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر پارگی می­ شود. درحالی­که درصد هیدرو.لیز به راحتی می ­تواند در خلال واکنش هیدرولیز کنترل شود. درجه پلیمریزاسیون PVA به میزان زیادی بستگی به شرایط پلیمریزاسیون پلی وینیل استات دارد. معمولاً درجه پلیمریزاسیون هنگام هیدرولیز پلی وینیل استات PVAC به PVA کاهش می­یابد. این مسئله ناشی از شکستن شاخه­ های فرعی بین PVA و حلقه­های استر می­باشد [۶۱].
۱-۱۴-۱-خواص فیزیکی پلی وینیل الکل
خواص نهائی پلی وینیل الکل به نحوه پلیمریزاسیون پلی وینیل استات اولیه و هیدرولیز آن، نحوه خشک کردن و دانه بندی آن وابسته است.
۱-۱۴-۱-۱- نقطه ذوب و تبلور
توانایی بلور شدن PVA، تنها خاصیت بسیار مهم فیزیکی این پلیمر است که می ­تواند مقدار حلالیت آن در آب، قدرت کشش، مقاومت آن در برابر اکسیژن و خواص ترموپلاستیک آن را کنترل نماید به همین دلیل این خاصیت به عنوان یک نقطه مرکزی و اصلی مورد توجه محققین دانشگاهی و صنعتی قرار گرفته است. درجه تبلور این پلیمر با دانسیته و حلالیت آن رابطه مستقیمی دارد [۶۱].
۲۳
اندازه نقطه ذوب پلی وینیل الکلی که کاملاً هیدرولیز شده است بین ۲۲۰ و ۲۶۷ درجه سانتی ­گراد است. تعیین دقیق نقطه ذوب کریستال­ها از روش معمولی، به دلیل تجزیه شدن کریستال­ها در دمای بالای ۱۴۰ درجه سانتی ­گراد، کار مشکلی است. نقطه ذوب پلیمر وینیل الکل را می­توان به همراه یک رقیق کننده مناسب یا یک کومنومر که کمتر تحت تأثیر دما قرار بگیرد، به دست آورد و سپس نقطه ذوب PVA کاملاً هیدرولیز شده را با مقایسه مقادیر اندازه گیری شده، در حالت بدون رقیق کننده محاسبه نمود. که با این روش نقطه ذوب مطمئن­تری به دست می ­آید، نقطه ذوب تعیین شده به روش فوق برای PVA تجارتی که بیش از ۹۹ درصد آن هیدرولیز شده است. در حدود ۲۵۵ تا ۲۶۷ درجه سانتی ­گراد تعیین شده است [۶۱].
۱-۱۴-۱-۲- دمای شیشه ­ای شدن
دمای شیشه ­ای شدن (Tg) برای پلی وینیل الکل با جرم مولکولی بالا که کاملاً هیدرولیز شده است در حدود ۸۵ درجه سانتی ­گراد تعیین شده است.
۱-۱۴-۱-۳- قابلیت انحلال
پلی وینیل الکل فقط در حلال­های بسیار قطبی حل می­ شود مثل آب، دی متیل سولفوکساید، استامید، گلیکول و دی متیل فرمامید. مقدار قابلیت انحلال در آب تابع درجه پلیمریزاسیون (DP) و مقدار هیدرولیز شدن پلی وینیل الکل است. یعنی وینیل الکل کاملاً هیدرولیز شده، تنها در آب داغ و آب جوش حل می­ شود هرچند که پس از حل شدن می­توان آن را در دمای اطاق نیز نگهداری نمود پلیمرهایی که به صورت جزیی هیدرولیز شده ­اند در دمای اتاق به سادگی حل می­ شود ولی آن قسم از پلیمرهایی که بین ۸۰-۷۸ درصد هیدرولیز شده ­اند فقط در آب با دمای ۴۰-۱۰ درجه سانتی ­گراد حل می­شوند. بالاتر از ۴۰ درجه سانتی ­گراد، محلول کدر شده و در ادامه پلی وینیل الکل ته نشین می­ شود. گروه ­های هیدروکسیل در پلی وینیل الکل که شرکت دارند پیوندهای هیدروژنی قوی را در درون و بین مولکول­های پلیمر ایجاد می­ کنند که قابلیت حل شدن را در آب کاهش می­ دهند.
۲۴
حضور گروه ­های استات در مابین مولکول­های پلی وینیل الکل در پلیمرهایی که هیدرولیز جزئی شده ­اند، باعث کاسته شدن پیوندهای هیدروژنی در درون مولکول شده و این امر باعث افزایش حلالیت در دماهای پایین­تر می­ شود [۶۱].
۱-۱۵-تخریب پلیمرها
تخریب پلیمرها از دیر زمان مورد شناخت بوده است. از بین رفتن سلولز در چوب، لاستیک در تایر ماشین­ها و ترک خوردن و زرد شدن فیلم­های نقاشی، از معدود مثال­های معمولی هستند که می­توان نام برد. انواع فرایندهای تخریبی، بسته به شرایط محیطی که یک پلیمر در آن مورد استفاده قرار می­گیرد تا تاریخچه ساخت و ساختمان پلیمر مربوطه فرق می­ کنند. این­ها همگی نقش مکملی را در کنترل مرحله تعیین کننده سرعت کلی تخریب ایفا می­ کنند [۶۲].
تخریب و اکسایش پلیمرهای طبیعی اگرچه مدت­هاست که شناخته شده ­اند، اما با گونه ­هایی که در طبیعت به وجود می­آیند پیچیده هستند. پشم وسلولز از این نظر انگشت­نما هستند، به طوری که درک ما از مکانیسم­های اصلی تخریب آن­ها به مراتب مغشوش­تر است و راجع به آن­ها کم می­دانیم. با ورود استرهای سلولزی مسائل تخریبی دیگری مثل قابلیت شعله­وری و ناپایداری از نظر هیدرولیز شدن و رها شدن اسیدها آشکار گردیدند. با ورود ترموپلاستیک­های مصنوعی نوین مسائل جدید بسیاری آشکار گردیدند، چون که هر یک در نوع و پیچیدگی تخریب فرق می­ کنند. مثلاٌ در حالی که پلی متیل متا کریلات در دماهای بالا تقریباٌ ۱۰۰% به منومر واپلیمریزه^[۳۱] می­ شود، PVC با یک مکانیسم سلسله­وار^[۳۲] تخریب می­ شود و تولید مواد پلیمری سیرنشده و بخارات اسید کلریدریک می­ کند [۶۳].
در مقایسه با مواد آلی کوچک مولکول اکثر مواد پلیمری بایستی در دماهای متوسط و یا کمی بالاتر از دمای ذوب خود پایدار باشند. وزن مولکولی بزرگ پلیمرها چیزی است که خواص آن­ها را نتیجه می­دهد.
بنابراین هر عاملی که باعث تغییر دادن وزن مولکولی پلیمرها شود، می ­تواند خواص آن­ها را به طور قابل ملاحظه­یی تغییر دهد. مقادیر بسیار اندک از ناخالصی­ها و آلاینده­ها و انواع بی­نظمی­های ساختمانی اغلب در سبب شدن و یا تشدید کردن تخریب یک زنجیر پلیمری مسئول هستند. در خیلی از مواد پلیمری هیدروپراکسیدها اغلب یکی از مهم­ترین اجزا شروع کننده تخریب و واکنش­های اکسایشی به حساب می­آیند [۶۴].
۱-۱۵-۱-انواع تخریب
۱-۱۵-۱-۱-تخریب حرارتی
این نوع تخریب هنگام فرایند کردن و یا به کارگیری پلیمرها در دماهای بالا رخ می­دهد و ممکن است با اکسایش توام باشد و یا این که بدون دخالت اکسیژن صورت می­گیرد.
۱-۱۵-۱-۲-تخریب مکانیکی
این نوع تخریب بر اثر وارد شدن نیرو و شکست فیزیکی رخ می­دهد. در این­جا گسست زنجیری نیز ممکن است اتفاق بیفتد.
۱-۱۵-۱-۳-تخریب با آب (تخریب هیدرولیکی)^[۳۳]
این فرایند در پلیمرهایی رخ می­دهد که دارای گروه ­های فعال حساس به آب می­باشند، به ویژه آن­هایی که رطوبت زیادی به خود می­گیرند [۶۵].