تأثير نانوذرات SiO2 عامل‌دارشده بر خواص فيزيكي و مكانيكي چندسازه‌هاي پلي‌اتيلن با دانسيتۀ كم/كاه گندم

Effect of surface functionalized SiO2 nanoparticles on the physical and mechanical properties of wheat straw/LDPE composites

هدف پژوهش حاضر، بررسي تأثير كاربرد نانوذرات SiO2 عامل‌دارشده بر خواص فيزيكي و مكانيكي چندسازه‌هاي پلي‌اتيلن سبك تقويت‌شده با كاه گندم بوده است. آب‌دوستي زياد نانوذرات SiO2 سبب مي‌شود كه ذرات به‌آساني كلوخه‌اي شده و در ماتريس پليمري به‌سختي پراكنده شوند؛ بنابراين اصلاح سطح نانوذرات SiO2 مؤثرترين روش براي رفع اين مشكلات است. ابتدا نانوذرات SiO2 با 3-آمينوپروپيل-تري‌متوكسي سيلان (APTMS) اصلاح شدند و سپس چندسازه‌هاي پلي‌اتيلن سبك/كاه گندم با درصدهاي مختلف نانوذرات SiO2 عامل‌دارشده (0، 1، 2، 3 و 5 درصد)، با روش اختلاط مذاب آماده شدند. تغيير در ساختار شيميايي نانوذرات SiO2تيمارشده با استفاده از طيف‌سنجي تبديل فوريۀ مادون قرمز (FTIR) ارزيابي شد. از ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FESEM) براي بررسي توزيع نانوذرات SiO2 عامل‌دارشده در چندسازه‌ها استفاده شد. در پايان خواص فيزيكي و مكانيكي (مقاومت كششي، مدول كششي، مقاومت خمشي و مدول خمشي) نانوكامپوزيت‌ها بررسي شد. ظاهر شدن پيوند N-H در عدد موجي cm-1 695 و گروه‌هاي C-H آليفاتيك در cm-1 2841 و cm-1 2947، پيوند موفقيت‌آميز APTMS را بر سطح نانوذرات SiO2 نشان داد. براساس نتايج، استفاده از نانوذرات SiO2 عامل‌دارشده به‌عنوان عامل تقويت‌كننده در چندسازه‌ها، موجب افزايش خواص مكانيكي و كاهش جذب آب چندسازه‌ها مي‌شود.

The scope of the present article is to study the effect of surface-functionalized SiO2 nanoparticles on the physical and mechanical properties of wheat straw flour reinforced by low-density polyethylene composites. The high hydrophilicity of nano-SiO2 originates from their amorphous structure and can induce the particles to be easily agglomerated and hardly dispersible in polymer matrix. Consequently, surface modification of SiO2 nanoparticles is the most effective way to vanquish these problems. Firstly, the SiO2 nanoparticles were modified by 3-aminopropyl-trimethoxysilane (APTMS), and then the wheat straw flour / low-density polyethylene composites containing different percentages of functionalized nano-SiO2 (0, 1, 2, 3 and 5%) were prepared via a melt compounding. Changes in the chemical structure of treated SiO2 were tracked by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. Field emission scanning electron microscopy (FESEM) was also investigated to study the distribution of SiO2 nanoparticles in the composites. Finally, the physical and mechanical properties (tensile strength, tensile modulus, bending strength, and bending modulus) of the nanocomposites were evaluated. The appearance of N–H bond at 695 cm−1 and aliphatic C–H bonds at 2841 cm−1 and 2947 cm−1 were indications of successful grafting of APTMS on the functionalized SiO2 nanoparticles. According to the results, using functionalized SiO2 nanoparticles as a reinforcing agent in wood plastic composites resulted in an increase in the tensile and bending strengths and a decrease in the water absorption of the composites.