اصلاح شيميايي سطح الياف پلي اتيلن ترفتالات (PET) با اشعه‌ي ماوراي بنفش و چسبندگي آن به لاستيك نيتريل (NBR)

دكتري

چكيده كامپوزيت‌هاي لاستيكي از افزودن الياف (كوتاه يا بلند) به تركيبات لاستيكي توليد مي‌شوند و به دليل خصوصيات متمايز، امروزه كاربردهاي گسترده‌اي در توليد تاير خودرو، تسمه نقاله‌ها، چادرها و تجهيزات ضد آب نظامي و مخزن سوخت وسايل نقليه دارند. اصولاً يكي از مهم‌ترين عوامل تأثيرگذار بر عملكرد كامپوزيت‌ها، چسبندگي بين پليمر و فاز تقويت‌كننده است. در اين تحقيق، چسبندگي الياف/پارچه پلي اتيلن ترفتالات (PET) به لاستيك نيتريل (NBR) مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به چسبندگي ضعيف دو جزء به يكديگر، سطح الياف PET توسط تابش اشعه ماوراي بنفش (UV) به همراه واكنش‌هاي شيميايي، اصلاح گرديد. هدف اصلي تحقيق با توجه عدم واكنش‌پذيري دو جزء، ايجاد پيوندهاي دوگانه غير اشباع بر سطح الياف PET به منظور ايجاد امكان هم پختي آن با لاستيك نيتريل در حين فرايند ولكانيزه‌شدن و تشكيل اتصالات كوالانسي در فصل مشترك براي ارتقاي چسبندگي بود. براي اين منظور در مرحله‌ي اول، سطح الياف با قرارگيري آنها در حلال استن تحت نور ماوراي بنفش قرار گرفت. انتظار مي‌رود تا طي اين مرحله تعدادي از اتم‌هاي هيدروژن از سطح جدا شده و PET راديكالي ايجاد شود. سپس پليمر راديكالي در معرض گلوتاريك اسيد پراكسايد قرار گرفت تا گلوتاريك اسيد روي زنجيرها پيوندزني شود. بررسي خصوصيات چسبندگي پوست‌كني نشان داد كه اين عامل پيوندزني شده، تأثيري بر چسبندگي PET به NBR ندارد. بنابراين در مرحله بعدي تركيب دي ايزوسياناتي با واكنش دهي PET كربوكسيله، بر روي PET پيوندزده شد. ارزيابي چسبندگي حاكي از آن بود كه چسبندگي الياف PET كربوكسيله پيوندزده شده با دي ايزوسيانات به لاستيك نيتريل افزايش چشمگيري (تا 5/2 برابر) داشت. در مرحله پاياني، به منظور ايجاد پيوندهاي غير اشباع روي سطح ليف، دو نوع الكل غيراشباع با الياف PET كربوكسيله پيوندخورده با دي ايزوسيانات واكنش داده شدند تا ضمن ايجاد گروه‌هاي يورتاني، تركيب هيدروكسيله نيز بر روي الياف پيوندزني شود. نتايج چسبندگي اين نوع ليف به لاستيك نيتريل حاكي از بهبود 4 برابري چسبندگي بين ليف و لاستيك است كه فرضيه‌ي اوليه‌ي هم‌پختي را نيز تا حدودي اثبات مي‌نمود. به منظور تأييد واكنش‌هاي مورد انتظار در مراحل مختلف اصلاح سطحي بر سطح الياف، آناليزهاي FTIR، XPS، H-NMR و SEM-EDX انجام شد كه همگي تأييدكننده‌ي نتايج حاصل بودند. در ادامه با كمك آزمون تورم و آناليزهاي DSC، FTIR و رئومتري، علت بهبود چسبندگي الياف پيوند زني شده با دي ايزوسيانات به لاستيك نيتريل، تشكيل گروه‌هاي تيويورتاني بين ليف و لاستيك طي فرايند پخت تشخيص داده شد. بررسي‌ها نشان داد كه استفاده از الكل‌هاي غيراشباع با جرم مولكولي پائين (gr/mole 88) و بالا (gr/mole 3000)، به ترتيب باعث بهبود چشمگير و افت قابل توجه چسبندگي نسبت به نمونه شاهد شد. علت افت چسبندگي در الكل دوم، تعداد كم گروه‌هاي هيدروكسيل در زنجير (2 تا 3 گروه) و غير فعال كردن سطح الياف پيوندخورده با دي ايزوسيانات تشخيص داده شد. نهايتاً، با اندازه‌گيري كشش سطحي لاستيك و ليف (طي مراحل مختلف اصلاح سطح) و اندازه‌گيري انرژي چسبندگي ليف-لاستيك (G) با روش بيرون‌كشي، ضريب اتلاف (1+ φ) محاسبه و مقايسه گرديد. نتايج نشان داد كه با اصلاح سطحي لايه به لايه، چسبندگي بيرون‌كشي و ضريب اتلاف، افزايش يافته ولي چسبندگي ترموديناميكي برخلاف انتظار تغييرات چشمگيري نخواهد داشت. استفاده از سيستم HRH در آميزه‌ي لاستيك نيز باعث افزايش چسبندگي آن به الياف شد. در كليه‌ي مطالعات، دو دماي پخت 150 و 170 درجه سلسيوس استفاده شد كه مشاهده شد در حضور عامل دي ايزو سيانات دماي پخت بالاتر، چسبندگي بيشتري ايجاد مي‌شود. واژه‌هاي كليدي: كامپوزيت NBR/PET، چسبندگي، اصلاح سطحي به‌روش شيميايي و تابش اشعه‌ي ماوراي بنفش، هم-پختي.

189067

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر مسعود جمشيدي