بررسي خواص فيزيكي، حرارتي و ريخت‌شناسي نانوكامپوزيت‌هاي آرد ني/نانو رس/پلي‌پروپيلن اكسيد شده

Investigate of physical, thermal and morphological study of Phragmites australis flour/nanoclay/ polypropylene oxide

سابقه و هدف: فرآورده‌هاي چندسازه چوب پلاسنتيك كه به اختصار (WPC) ناميده مي‌شوند گروه جديدي از مواد مركب هستند كه در طي سال‌هاي اخير مورد توجه بسياري از محققين و بخش عمده‌ايي از صنعت قرار گرفته‌اند. جهت بهبود برخي از خواص كامپوزيت‌هاي چوب پلاستيك، از نانو ذرات مختلفي استفاده مي‌شود كه يكي از آن‌ها نانو رس مي‌باشد كه به دليل سطح ويژه بالا و منشآ معدني باعث بهبود خواص كامپوزيت‌هاي حاصل خواهد شد. از اين‌رو اين تحقيق با هدف بررسي تاثير نانو رس و سازگاركننده پلي‌پروپيلن اكسيد شده (OPP) بر خواص نانوكامپوزيت‌هاي آرد ني/پلي‌پروپيلن ضايعاتي انجام شد. مواد و روش‌ها: براي اين منظور ابتدا پلي‌پروپيلن در فاز مذاب و در حضور اكسيژن هوا و الكل، اكسيد شد. سپس آرد ني و پلي‌پروپيلن با نسبت 50 درصد در داخل دستگاه مخلوط‌كن داخلي مخلوط شدند. نانو رس در 3 سطح صفر، 2 و 4 درصد و سازگاركننده در 2 سطح صفر و 3 درصد استفاده شدند. تخته‌هاي آزموني با استفاده از پرس گرم ساخته شدند. خواص فيزيكي شامل جذب آب و واكشيدگي ضخامت طولاني مدت، ضريب انتشار رطوبت و نرخ واكشيدگي ضخامت، خواص حرارتي شامل آناليز حرارتي (TGA) و خواص ريخت‌شناسي شامل پراش اشعه ايكس، ميكروسكوپ‌هاي الكتروني پويشي گسيل ميداني و انتقالي بر روي نمونه‌ها انجام گرديد. جهت اطمينان از اكسيداسيون پلي‌پروپيلن نيز از طيف‌سنجي مادون قرمز استفاده گرديد. يافته‌ها: نتايج نشان داد با افزايش نانو رس و سازگاركننده جذب آب و واكشيدگي ضخامت طولاني مدت، ضريب انتشار رطوبت و نرخ واكشيدگي ضخامت كاهش يافت. با افزايش نانو رس و سازگاركننده، خواص حرارتي نانوكامپوزيت‌ها بهبود يافت. نتايج ميكروسكوپ اكتروني پويشي گسيل ميداني نشان داد كه در اثر افزودن سازگاركننده، فصل مشترك بين دو فاز الياف ليگنوسلولزي و ماتريس پليمري بهبود يافت. نتايج پراش اشعه ايكس نشان داد كه با افزايش نانو رس تا 2 درصد فاصله بين لايه‌هاي سيليكاتي رس افزايش يافت اما در اثر افزودن 4 درصد نانو رس فاصله بين لايه‌هاي سيليكاتي به مقدار ناچيزي كاهش يافت و نوع ساختار تشكيل شده در نانوكامپوزيت از نوع بين‌لايه‌ايي است، ميكروسكوپ الكتروني انتقالي نيز اين موضوع را تاييد نمود. نتايج طيف‌سنجي مادون قرمز حاكي از اكسيداسيون پلي‌پروپيلن در مجاورت اكسيژن بود. نتيجه‌گيري: به عنوان يك نتيجه كلي مي‌توان گفت كه استفاده از نانو رس و سازگاركننده پلي‌پروپيلن اكسيد شده باعث بهبود خصوصيات نانوكامپوزيت‌هاي آرد ني/پلي‌پروپيلن خواهد شد. بنابراين استفاده از 2 درصد نانو رس (براي مقرون به صرفه بودن) به همراه 3 درصد سازگاركننده OPP براي ساخت كامپوزيت‌هايي با ويژگي‌هاي مطلوب پيشنهاد مي‌شود.

Background and objectives: Wood plastic composite that briefly (WPC) called are a new class of composite materials that in recent years have been the attention of many researchers and a major part of the industry. For improve some properties of wood plastic composite, various nanoparticles was used that one of them is clay that due to the high specific surface and mineral source, improves properties of nanocomposite. Therefore this study with aim to investigation the effect of nanoclay and polypropylene oxide coupling agent (OPP) on Phragmites australis flour/waste polypropylene was done. Materials and methods: For this purpose first polypropylene was oxidized in molding phase and in the presence of atmospheric oxygen and alcohol. Then Phragmites australis flour and polypropylene with were mixed weight ratio of 50% in internal mixer. Nanoclay to 3 levels 0, 2 and 4% and coupling agent to 2 levels 0 and 3% were used. Test boards were made using a hot press. Physical properties such as long-term water absorption and thickness swelling, humidity coefficient diffusion and thickness swelling rate, thermal properties such as thermal analysis (TGA) and morphological properties such as X-ray diffraction (XRD), the field emission scanning electron microscopy (FESEM) and transmission electron microscopy (TEM) were done. To ensure the oxidation of polypropylene as well as infrared spectroscopy (FTIR) were used. Results: The results showed that the long-term water absorption and thickness swelling, humidity coefficient diffusion and thickness swelling rate were decreased with increasing of nanoclay and coupling agent (OPP),. Thermal properties of nanocomposite improved with increasing of nanoclay and coupling agent. The result of field emission scanning electron microscopy (SEM) showed that by addition of coupling agent, the interface between two phases' lignocellulosic fiber and polymeric matrix improvement. The result of X-ray diffraction (XRD) showed that with increasing of nanoclay to 2%, the distance between the silicate layers of clay increased but by addition 4T nanoclay, the distance between the silicate layers slightly decreased and type in nanocomposite structure is intercalation. The transmission electron microscopy (TEM) as well as approved this. The result of infrared spectroscopy (FTIR) indicates the oxidation of polypropylene in the presence of oxygen. Conclusion: As a general conclusion can be said that the use of nanoclay and compatibility oxidized polypropylene (OPP), improved properties of Phragmites australis flour/polypropylene nanocomposite. Therefore, the use of 2% nanoclay (for cost-effectiveness) with 3% OPP for the manufacture of composites with desirable features is recommended.