شماره ركورد
25701
شماره راهنما
CHE.ENG2 356
عنوان
بررسي تاثير نوع پليمر هسته-پوسته بر ريز ساختار ذرات بهبوددهنده ضربه آكريليكي و عملكرد آنها در افزايش مقاومت ضربه در آميزه PVC
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي پليمر- فراورش
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1404.07.30
صفحه شمار
80 ص.
استاد راهنما
دكتر امير حسين نوارچيان
كليدواژه فارسي
پليمرشدن امولسيوني , ساختار هسته-پوسته , پليمر¬هاي آكريليكي , مقاومت ضربه , پلي(وينيل¬كلريد)
چكيده فارسي
در سال¬هاي اخير استفاده از ساختارهاي هسته¬-پوسته اكريليكي به عنوان مواد مقاوم در برابر ضربه، تنظيم¬كننده¬هاي خواص اسفنجي و كمك فرآيند مورد استفاده قرار گرفته اند. نوع پليمرهاي هسته و پوسته تاثير زيادي بر خواص و عملكرد اين مواد در افزايش مقاومت ضربه در آميزه PVC دارد كه در اين پژوهش به بررسي تاثير اين عامل¬ها پرداخته شده است. بدين منظور، لاتكس¬¬هاي پليمري حاوي ذرات در ابعاد نانو با ساختار هسته لاستيكي و پوسته سخت و شيشه¬اي، به وسيله پليمرشدن امولسيوني نيمه-پيوسته سنتز شد. از مونومرهاي بوتيل¬آكريلات و اتيل هگزيل اكريلات به صورت جداگانه و همزمان به عنوان مونومر هسته و از متيل متاكريلات و استايرن هم به صورت جداگانه و همزمان، به عنوان مونومر پوسته استفاده شد. ساختار شيميايي هسته¬هاي پلي(بوتيل¬آكريلات) و كوپليمر پلي(بوتيل¬آكريلات-اتيل-هگزيل¬اكريلات) و پوسته¬هاي پلي¬(متيل متاكريلات)، پلي¬استايرن و كوپليمر آنها، به وسيله طيف¬سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR) مورد بررسي قرار گرفت. سنجش و توزيع اندازه متوسط ذرات هسته¬-پوسته با استفاده از دستگاه پراكندگي نور پويا (DLS) انجام شد. اندازه متوسط ذرات هسته-پوسته در گستره 20 تا 50 نانومتر بود و بر اساس مشاهدات، براي هسته از نوع كوپليمر پلي(بوتيل آكريلات- اتيل-هگزيل¬اكريلات)، قطر ذرات در مقايسه با هسته هموپليمر بوتيل¬آكريلات 5 نانومتر بيشتر بود. مقدار شاخص پراكندگي توزيع اندازه ذرات (PDI) به مراتب كمتر از يك بدست آمد كه نشان¬دهنده باريك بودن توزيع اندازه ذرات بود. همچنين نتايج ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) نشان داد كه ريزساختار هسته¬-پوسته با موفقيت توسط پليمرشدن امولسيوني نيمه پيوسته سنتز شده¬اند. با توجه به تصاوير TEM، مشخص شد نسبت قطر هسته به ضخامت پوسته با نسبت مواد مصرفي رابطه مستقيم دارد، به طوري كه براي قطر هسته پلي(بوتيل¬آكريلات) 56/20 نانومتر، ضخامت پوسته براي MMA 76/9 نانومتر و براي PS 3/13 نانومتر بوده است. از رابطه فاكس براي دماي انتقال شيشهاي (Tg) كوپليمرها در هسته و پوسته استفاده شد كه تحليل نتايج نشان داد هسته نرم PBA-co-EHA با °C 57 Tg ≈ − انعطافپذيري بالا و قابليت جذب انرژي ضربهاي مطلوب دارد، در حالي كه پوسته سخت PMMA-PS با°C 105-100 Tg ≈ پايداري مكانيكي سامانه را تأمين ميكند. اختلاف قابل توجه Tg ميان هسته و پوسته، انتقال تنش كنترلشده و افزايش چقرمگي در ماتريس PVC را ممكن ميسازد. به منظور بررسي مقاومت ضربه، ذرات هسته-پوسته¬ي توليدي در آميزه PVC همراه با ساير افزودني¬هاي متداول استفاده شد و مقاومت ضربه هر كدام از اين آميزه¬ها به وسيله آزمون چارپي اندازه¬گيري شد. نتايج نشان داد با اضافه كردن phr3 از نمونه هاي ذرات هسته-پوسته مقاومت ضربه PVC افزايش يافت ولي نمونه BE/MS مقدار مقاومت ضربه PVC خالص كه حدود 5/2 كيلوژول بوده را به حدود 5/15 كيلوژول رسانده¬است كه به مقدار مقاومت ضربه گزارش شده براي نمونه تجاري (DL-698) بسيار نزديك است.
كليدواژه لاتين
Emulsion polymerization , core–shell structure, , acrylic polymers, , impact resistance , , poly(vinyl chloride)
عنوان لاتين
Investigation of the Effect of Core–Shell Polymer Type on the Microstructure of Acrylic Impact Modifiers and Their Performance in Enhancing Impact Strength of PVC Compounds
گروه آموزشي
مهندسي شيمي
چكيده لاتين
In recent years, the use of acrylic core–shell structures as impact modifiers, foam property regulators, and processing aids has gained considerable attention. The type of core and shell polymers has a significant effect on the properties and performance of these materials in enhancing impact resistance in PVC compounds, which is investigated in this study. For this purpose, polymeric latexes containing nanoparticles with a rubbery core and a hard, glassy shell were synthesized via semi-continuous emulsion polymerization. Butyl acrylate and ethylhexyl acrylate were used separately and simultaneously as core monomers, while methyl methacrylate and styrene were used both individually and in combination as shell monomers.
The chemical structures of the poly(butyl acrylate) and poly(butyl acrylate–ethylhexyl acrylate) copolymer cores, as well as the poly(methyl methacrylate), polystyrene, and their copolymer shells, were characterized using Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR). The average size and distribution of the core–shell particles were analyzed using dynamic light scattering (DLS). The mean particle size ranged from 20 to 50 nm, and observations showed that the diameter of the copolymer poly(butyl acrylate–ethylhexyl acrylate) core particles was 5 nm larger than that of the poly(butyl acrylate) homopolymer core.
The particle size distribution index (PDI) was significantly lower than 1, indicating a narrow size distribution. Furthermore, transmission electron microscopy (TEM) results confirmed that the core–shell nanostructures were successfully synthesized via semi-continuous emulsion polymerization. Based on the TEM images, the ratio of core diameter to shell thickness was directly correlated with the ratio of the starting materials. For a poly(butyl acrylate) core diameter of 20.56 nm, the shell thickness was 9.76 nm for MMA and 13.3 nm for PS.
The Fox equation was used to estimate the glass transition temperature (Tg) of the copolymers in both the core and the shell. Analysis showed that the soft PBA-co-EHA core, with Tg ≈ −57 °C, provides high flexibility and desirable impact energy absorption, while the hard PMMA–PS shell, with Tg ≈ 100–105 °C, ensures the mechanical stability of the system. The considerable Tg difference between the core and shell enables controlled stress transfer and improved toughness in the PVC matrix.
To evaluate impact resistance, the synthesized core–shell particles were incorporated into PVC compounds along with other conventional additives, and the impact strength of each compound was measured using the Charpy test. The results showed that the addition of 3 phr of the core–shell particles increased the impact resistance of PVC. In particular, the BE/MS sample raised the impact strength of neat PVC from approximately 2.5 kJ to about 15.5 kJ, which is very close to the reported value for the commercial sample DL-698.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
157335
نويسنده