چکیده

هدف از این کار، ساخت نانوکامپوزیت پلی اتیلن با جرم مولکولی بالا / گرافن اکساید با روش پلیمریزاسیون درجا و استفاده از سیستم کاتالیستی دو ساپورته زیگلرناتا و بررسی خواص نانوکامپوزیت ساخته شده می باشد. از گرافن اکساید و منیزیم اتوکساید بعنوان ساپورت های کاتالیست استفاده شد. از تیتانیوم تترا کلراید و تری ایزو بوتیل آلومینیوم به عنوان کاتالیست و کوکاتالیست استفاده شد. همچنین از دی ایزوبوتیل فتالات بعنوان الکترون دهنده داخلی در کاتالیست استفاده شد. چون سیستم کاتالیستی زیگلرناتا به شدت به حضور آب و هوا حساس است، کلیه مراحل ساخت کاتالیست و نانوکامپوزیت، تحت گاز بی اثر آرگون انجام گرفت. با تغییر زمان پلیمریزاسیون نانوکامپوزیتهایی با درصدهای مختلف گرافن اکساید برای بررسی خواص ساختاری، حرارتی و مکانیکی تهیه گردید و تست های آنالیز توزین حرارتی( ( TGA و کشش روی نمونه ها انجام شد. نتایج تست ها مشخص کرد که خواص مکانیکی و همچنین پایداری حرارتی نمونه ها نسبت به پلیمر خالص افزایش پیدا کرد. همچنین عدم ایجاد کلوخه شدن فیلم ها ی نانو کامپوزیتی تایید کننده ی روش پلیمریزاسیون درجا در ساخت نانوکامپوزیت می باشد.
.
کلمات کلیدی

نانوکامپوزیت، پلی اتیلن با جرم مولکولی بالا، گرافن اکساید، پلیمریزاسیون درجا، خواص مکانیکی – حرارتی

نکات برجسته پژوهش

• کاتالیست زیگلر ناتا بر پایه ی گرافن اکساید سنتز شد.

• نانوکامپوزیت پلی اتیلن با جرم مولکولی بالا/ گرافن اکساید ساخته شد.
• توزیع مناسب نانو ذره گرافن اکساید در ماتریس پلیمری و افزایش چشمگیر در خواص مکانیکی و حرارتی حاصل شد.

* ramazani@sharif.edu

-۱ مقدمه

پلی اتیلن با جرم مولکولی بالا((UHMWPE دارای خواص منحصر به فردی نظیر مقاومت در برابر سـایش ، چقرمگـی بالا، ضریب اصطکاک پـایین و مقاومـت در برابـر خـوردگی مـی باشـد.[۱-۳] بهبـود خـواص سایشـی و مکـانیکی و حرارتـی UHMWPE می تواند کاربرد این پلیمر را بیشتر گسترش دهد.معمول ترین راه افزایش ایـن خـواص افـزودن نـانو ذره هـای معدنی به ماتریس پلیمری می باشد.[۴-۸] از میان نانو ذره های مختلف گرافن به دلیل خواص مکانیکی ، حرارتی و الکتریکـی عالی خود و نیز سطح ویژه بالا ، توجه بیشتری را اخیرا به خود جلب کرده است.[۹] همچنین نتایج برخی از تحقیقـات نشـان می دهد که بهبود خواص مکانیکی و الکتریکی نانو کامپوزیت هایی با نانو ذره ی گرافن بسیار بیشتر از نمونه های مشابه با نـانو ذره های خاک رس و نانولوله های کربن می باشد.[۱۰-۱۱] از طرف دیگر خواص نهایی پلیمر تنها وابسته بـه نـوع نـانو ذره ی مورد استفاده نمی باشد بلکه روش ساخت نانوکامپوزیت (درجا، حلالی، مذاب) نیز تاثیر زیادی بر روی خواص نهـایی دارد .[۷] از میان روش های موجود برای ساخت نانوکامپوزیت، تنها با استفاده از روش پلیمریزاسیون درجـا مـی تـوان بـه توزیـع بسـیار مناسب از نانو ذره درون ماتریس پلیمری و نیز دستیابی به ساختار ورقه ای رسید. علاوه بر این نشان داده شده است که سـنتز نانوکامپوزیت های پلی اتیلن به روش درجا دارای خواص بهتری نسبت به نانوکامپوزیت های تولیدی به روش هـای دیگـر مـی باشد . [۱۲- ۱۶] بنابراین از روش پلیمریزاسیون درجا با استفاده از کاتالیست زیگلر ناتا برای سـاخت نانوکامپوزیـت پلـی اتـیلن فوق سنگین / گرافن اکساید استفاده شد. سپس خواص مکانیکی و حرارتی مورد بررسی قرار گرفتند کـه افـزایش ایـن خـواص تایید کننده ی موفق بودن روش پلیمریزاسیون درجا در ساخت نانوکامپوزیت می باشد.

-۲ آزمایشات

-۱-۲ × مواد اولیه و دستگاه های اندازه گیری

گاز اتیلن مورد استفاده از مجتمع پتروشیمی امیر کبیر با گرید صنعتی تهیه شد. گاز آرگون مورد استفاده از شرکت ارکان گاز با گرید پنج تهیه شد. ساخت گرافن اکساید با توجه به روش هامر اصلاح شده [۱۷] در آزمایشگاه تولید شد .کاتالیست مورد استفاده تیتانیم تترا کلراید ساخت شرکت Leder با درجه خلوص %۹۹ وزنی بوده است. کوکاتالیستهای مورد استفاده تری اتیل آلومینیم (AlEt3) (ساخت شرکت Riedel، (۹۹% و تری ایزو بوتیل آلومینیوم (TiBA) (ساخت شرکت Fluca Chemika، (۹۶% بوده است. دانر داخلی مورد استفاه دی ایزوبوتیل فتالات (di isobutyl phthalate, DIBP) بود که ساخت شرکت مرک آلمان میباشد. منیزم اتوکساید (Mg(OEt)2)، ساخت شرکت Fluca Chemika، (۹۵% به عنوان پایه ساپورت کاتالیست مورد استفاده قرار گرفت. حلال مورد استفاده هگزان با گرید صنعتی و تولوئن آزمایشگاهی بوده است.

به منظور قالبگیری نمونههای مورد نظر از دستگاه پرس موجود در آزمایشگاه پلیمر استفاه گردید. به منظور بررسی پایداری حرارتی نمونهها از دستگاه TGA مدل PL-Thermal Science, England با نرخ حراتی ۱۰ œC/min استفاده گردید.

. برای انجام آنالیز SEM از دستگاه میکروسکوپ الکترونی Hitachi S-2500C microscope استفاده شده است