ساخت نانوكامپوزيت‌ پلي‌وينيل‌استات- نانوذرات سيليكاي كلوييدي به روش پليمرشدن امولسيوني و مطالعه‌ خواص مكانيكي، گرمايي و ريولوژي

A Poly(vinyl acetate)/Colloidal SiO2 Nanocomposite Synthesized by Emulsion Polymerization and Study of Its Mechanical, Thermal and Rheological Properties

در اين پژوهش، اثر نانوذرات سيليكاي كلوييدي بر خواص مكانيكي، گرمايي و ريولوژي پلي­‌وينيل استات توليدي به­‌وسيله پليمرشدن امولسيوني درجا ارزيابي شد. بدين منظور، لاتكس پلي­‌وينيل استات داراي %1.5 نانوذرات سيليكاي كلوييدي ساخته و نتايج با نمونه‌ بدون نانوذرات مقايسه شد. براي بررسي اثر نانوذرات بر استحكام برشي پلي­‌وينيل‌استات خالص و اصلاح شده از آزمون كشش استفاده شد. اثر نانوذرات بر دماي انتقال شيشه‌اي، پايداري گرمايي و مقدار زغال‌گذاري پلي­‌وينيل استات خالص و نانوكامپوزيت آن به ترتيب با استفاده از آزمون‌هاي گرماسنجي پويشي تفاضلي (DSC) و گرما­وزن‌سنجي (TGA) بررسي شد. رفتار ريولوژي پلي‌وينيل‌استات خالص و كامپوزيت آن با استفاده از طيف­سنج مكانيكي ريومتري (RMS) مطالعه شد. در نهايت، با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني پويشي گسيل ميداني (FE-SEM) مجهز به تجزيه عنصري (EDX) ريزساختارها و تجزيه عنصري نانوكامپوزيت ساخته شده، مطالعه‌ شد. نتايج نشان داد، افزودن %1.5 نانوذرات سيليكا به پلي­‌وينيل استات سبب بهبود استحكام برشي تا %11مي‌شود. همچنين، دماي انتقال شيشه­‌اي به دليل افزايش حجم آزاد ميان زنجيرها با افزودن نانوذرات، حدود °1 افزايش يافت. نتايج آزمون TGA نشان داد، مقدار زغال‌گذاري نانوكامپوزيت در مقايسه با پليمر خالص در دماي 800 درجه 3.8% يشتر شده است كه حاكي از بهبود پايداري گرمايي پلي­‌وينيل استات با وجود نانوذرات سيليكاي كلوييدي است. نتايج آزمون ­RMS نشان­‌دهنده­ رفتار رقيق­‌شونده برشي در لاتكس­‌هاي توليدي بودند. همچنين، تصاوير حاصل از آزمونFE-SEM-EDX ، توزيع يكنواخت نانوذرات را در سطح ماتريس پلي­‌وينيل استات نشان دادند.

Effect of colloidal nanosilica (SiO2) on the mechanical, thermal and rheological properties of poly(vinyl acetate) synthesized by in situ emulsion polymerization method was investigated. For this purpose, a poly(vinyl acetate) latex containing 1.5 wt% colloidal silica nanoparticles was produced and the results were compared with of a blank sample. The effect of nanoparticles on the shear strength of a blank and modified poly(vinyl acetate) was characterized by tensile test. The effect of nanoparticles on glass transition temperature (Tg), thermal stability and char yield of pristine poly(vinyl acetate) and its nanocomposite was evaluated by differential scanning calorimetric (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA), respectively. The rheological behavior of the products was studied by rheometric mechanical spectrometry (RMS). Eventually, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) coupled with elemental mapping of X-ray spectroscopy (EDX) was used to study the morphology and elemental analysis of the nanocomposite. The results showed that the shear strength was improved by 11% with increasing 1.5 wt% colloidal silica nanoparticles into poly(vinyl acetate). Besides, with the addition of silica nanoparticles, Tg increased approximately 1°C due to creating more free volume between the polymer chains. The TGA results showed that the nanocomposite char yield increased by 3.8% at 800°C in comparison with the blank polymer char yield, suggesting a thermal stability improvement in the presence of colloidal silica nanoparticles as a result of molecular interactions. The results of RMS revealed the shear thinning behavior of the latexes. The FE-SEM-EDX results showed a uniform dispersion of nanoparticles throughout the poly(vinyl acetate) matrix.