نانوکامپوزیت های پلیمری بر مبنای خاک رس

Clay – Based
پشرفت های تحقیقتی و تجاری :
مقدمه :
نانوکامپوزیت های پلیمری از طریق پراکنده شدن نانو ذرات آلی و غیرآلی (پخش) به داخل هر یک از پلیمرهای ارتجاع ناپذیر در اثر حرارت و پلیمرهای پلاستیکی سختی ناپذیر، ساخته می شوند.
نانوذرات می توانند به صورت کروی سه بعدی و چند و جهی مثل (سیلیکات کلوئیدی). نانوفبرهای دو بعدی (نانوتیوپ) یا نانوذرات تک بعدی دیسک مانند باشند.
این نانوذرات به علت مساحت سطح و نسبت به تصویر بالا و بهبود اتصال بین نانوذرات و پلیمر نسبت به میکروذرات و ماكروذرات قدیمی (فیبرهای کربنی، شیشه، طلق ها) سودمندترند.
نانوکامپوزیت های پلیمری :

فرایند و توصیف خواص نانوکامپوزیت های پلیمری :
زمانی که خاک های رس لایه لایه در داخل شبکه، پلیمر انباشته می شوند، هر یک از نانوکامپوزیت های متداول با توجه به نوع مواد و شرایط فرایند می تواند تشکیل شوند.

(شکل ۲ )

زمانی که پلیمر نتواند در داخل سوراخ های مواد معدنی خاک رس جا شود، کامپوزیت های رایج تشکیل می شوند.
خواص بیشتر کامپوزیت ها مشابه خواص کامپوزیت های پلیمری مستحکم شده به وسیله ی میکروذرات می باشد.
حداکثر دو نانوساختار از ترکیب مواد معدنی خاک رس و پلیمر، با توجه به شرایط به دست می آید.
یکی جادادن نانوکامپوزیت ها (I) در میان زنجیره های پلیمر منبسط شده ی تک لایه است که در سوراخ های ذرات خاک رس تعبیه شده است که این پدیده باعث انباشت چند لایه ای متناوب لایه های پلیمر و صفحات کوچک خاک رس و باعث ایجاد فاصله ی نانومتری بین آنها می شد. و مابقی نانوکامپوزیت های پوسته پوسته و ورقه ورقه شده (II) در صفحات خاک رس به طور کامل و منظم در یک شبکه ی پلیمری پیوسته پراکنده می شوند.

شایان ذکر است که اکثراً نانوکامپوزیت های خوشه ای، در نانوکامپوزیت های پلیمری متداول است. (III)
1 . 1 . 3 ) روش انجام فرایند :
چندین روش برای تشکیل نانوکامپوزیت های پلیمری بر مبنای خاک رس وجود دارد که عبارتند از : پلیمریزاسیون در محل، پوسته پوسته کردن محلول و افزایش نقطه ی ذوب.
همان طور که در شکل ۳ نشان داده شده، هر روش از چندین مرحله برای ایجاد نانوکامپوزیت های پلیمری تشکیل شده و با یا گاهی با خاک رس اولیه آغاز می شود.
در پلیمریزاسیون در محل مونومرها در داخل خاک های رس لایه لایه شده و سپس به وسیله ی حرارت، تابش، pre – inter calat of آغازگر ها و کاتالیست ها در میان دلالان ها پلیمریزه می شوند.

در محصول لایه لایه، خاک های رسی لایه لایه شده با استفاده از یک حلال که پلیمر در آن انحلال پذیر است، در صفحات منفرد پوسته پوسته می شوند.
سپس پلیمر با ذرات معلق خاک مخلوط می شود و از طریق جذب سطحی به داخل صفحات جذب می شود.
حلال نهایتاً از شبکه ی پلیمر خاک رس توسط تبخیر حذف می شود.
در افزایش نقطه ی ذوب لایه های خاک رس مستقیماً با شبکه ی پلیمر در حالت ذوب، مخلوط می شوند.
تشکیل نانوکامپوزیت های پلیمری، به وسیله ی عوامل مختلف و مزایا و معایب آن ها به طور خلاصه در جدول آمده است.

(مطالعه ی پلیمرها تا کنون تقریباً همه ی محدوده ی پلیمرها را پوشش داده است مانند پلیمرهای قابل ارتجاع در اثر حرارت، پلیمرهای پلاستیکی سختی ناپذیر، پلیمرها …، ویژه و زیست تجزیه پذیر.)
در جدول IV اغلب پلیمرها مورد استفاده ذکر شده است و انواع پلیمرهای مورد مطالعه ی update را برای نانوکامپوزیت های پلیمری در جدول III بیان کردیم.
۲ . ۱ . ۳ )

توصیف روش ها :
انواع روش های به کار برده شده برای مطالعه ی نانو کامپوزیت های به طور خلاصه در جدول V آمده است.
ساختمان نانوکامپوزت های پلیمری عموماً به وسیله … (XRD) و … (TEM) شرح داده می شود.
XRD به علت زاویه ای دید بیش ازحد معمول، در بیشتر موارد برای امتحان ساختار و گاهی برای مطالعه ی فرآیند جنبش نانوکامپوزیت های پلیمری مورد استفاده قرار می گیرد.
هر یک از نانو ساختارهای … و ورقه ورقه شده می تواند از طریق مشاهده وضعیت، شکل و شدت انعکاس XRD نمونه های وارد، مطالعه شود.
XRD روش مناسبی برای تخمین فاصله گذاری لایه ی بین دو لایه ی خاک های دارای لایه ی اصلی و نانوکامپوزیت های … عرضه می کنند.
اما این روش ها، نمی توانند اطلاعاتی در مورد توزیع لایه های خاک رس یا ساختمان ناهمگن نانوکامپوزیت ها، فراهم کنند.
همچنین مطالعه ی سیستم های با قاعده (systematically) با انتشار Max و کاهش شدت انعکاس، مشکل است پس به این نتیجه می توان اسید که اصلاع ازخصوصیات XRD برای به دست آوردن اطلاعاتی در مورد مکانیسم و ساختمان زیادی نانوکامپوزیت ها، کافی نیست.
در مقابل، TEM، می تواند اطلاعات کیفی مستقیمی از ساختار، شکل و توزیع فضایی انواع عناصر فراهم کند.

در هر حال استفاده همزمان از تابش اشعه ی X با زاویه کوچک (SAXS) با زاویه ی گسترده ای از XRD می تواند اطلاعات کمّی از ساختار نانوکامپوزیت های پلیمری را فراهم می کند.
علاوه بر این تشدید مغناطیس هسته (NMR) یکی از اهمیت های دیگر برای جستجو در سطح شیمی و کئوردیناسیون در نانوکامپوزیت های پلیمری لایه لایه است. که ممکن ا

ست به تعیین سطح پوسته پوسته شده، کمک کند.
دگرگونی … فروسرخ (FTIR) و طیف بینی Raman می تواند برای درک اطلاعاتی در مورد ساختار نانوکامپوزیت های پلیمری به کار رود.

۲ . ۳ ) .

خواص اساسی نانوکامپوزیت ها :
نانوکامپوزیت های پلیمری با خواص خیلی زیاد و عملکرد بالا به کامپوزیت های متداول آن ها، و پلیمرهای خالص ارائه شده اند.
علاوه بر این تأثیر اصلاحات (پیشرفت) بدون افزایش چگالی پلیمر و از بین رفتن خواص فوری و بازیافت آن به دست می آیند.
به عنوان مثال، نانوکامپوزیت های پلیمری محتوی % (۸ – ۲) خاک رس، افزایش زیاد در خواص مکانیکی و پایداری حرارتی را توأماً، نشان می دهند. آن ها، همچنین نفوذ پذیری گاز و مایع را کاهش می دهند.
علاوه براین، زمانی که وضوح نوری پلیمر خالص از بین می رود، آن ها … را بهبود می بخشند.
نهایتاً آن ها می توانند ضریب هدایتی قابل توجه و تجزیه پذیری اصلاح یافته را زمانی که پلیمرهای رسانا و دنیای تجزیه پذیر، درگیرند، تولید کنند.
خواص مکانیکی :
افزایش خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های پلیمری به علت استحکام بالا و نسبت تصویر بالا، با کشش خوب، بین پلیمر و … باشد.
به عنوان مثال، برهم کنش قوی سطح مشترک به طور قابل توجهی نقطه ی تمکز تنش را به محض تکرارشکستگی که به آسانی در کامپوزیت های رایج مستحکم به وسیله ی فیبرهای شیشه ای ایجاد می شود و منجر به تضعیف استحکام آن میشود، کاهش می دهد.

خواص مکانیکی بی نظیر نانوکامپوزیت nylon 6 – clay به وسیله ی پلیمریزاسیون … سنتز شد که ابتدا به وسیله ی محققان در آزمایشگاههای مرکزی تحقیقاتی Toyata اثبات شد.
بیشتر نانوکامپوزیت ها با پیشرفت مهمی در استحکام و استاندارد ارائه شده اند، یعنی با % ۴۰ استحکام کششی، % ۶۰ مقاومت خمشی. %۶۸ ضریب قابل انبساط و % ۱۲۸ ضریب خمشی.
شکل ۴ و ۵ اثر بار خاک رس روی … قابل انبساط و بازده استحکام بعضی از نانوکامپوزیت های پلیمری را نشان می دهد.

در مقابل یک افزایش نسبی کوچک برای … نانوکامپوزیت هایی مانند خاک رس، پلی فینیل متاآکریلیت (PMMA) و PS گزارش شده است.
برهم کنش نیرو در سطح مشترک، تأثیر زیادی روی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های پلیمری خواهد گذاشت.
برای مثال PMMA قطبی و nylon یونی با لایه های خاک رس واکنش می دهد.
در نانوکامپوزیت های پلاستیکی سختی ناپذیر، پوسته پوسته شدن مواد معدنی خاک رس می تواند باعث بهبود اساسی در خواص آن ها شود مثل افزایش خواص مکانیکی، پایداری حرارتی، پایداری شیمیایی، مقاومت در برابر تورم حلال، شفافیت عالی و خواص دفاعی بالا و کاهش اشتغال پذیری نانوکامپوزیت ها.
خواص حرارتی :
پایداری حرارتی کامپوزیت های پلیمری عموماً از، از دست دادن وزن آنها در اثر حرارت تخمین زده می شود که باعث تشکیل مواد محصول فرار می شود. بهبود پایداری حرارتی در نانوکامپوزیت های پلیمری به علت صفحات خاک رس است که مانع نفوذ مواد فرار و کمک به تشکیل زغال بعد از تجزیه حرارتی می شود.
از دیگر رفتارهای حرارتی، مقاومت حرارتی تحت باز خارجی می باشد که می تواند از انحراف گرما اندازه گیری شود. (HDE).
HDE نانوکامپوزیت nylonb از ۶۲ درجه سانتیگراد به ۱۹ افزایش یافت.
افزایش در HDT هم چنین درنانوکامپوزیت های خاک رس برای دیگر سیستم های پلیمری مانند pp و polyactied (PLA) دیده شده است.
چنین افزایش در HDT برای دست یافتن به کامپوزیت های پلیمری رایج محکم شده با میکرو ذرات، بسیار سخت است.
بیشتر پایداری نانو کامپزیت های پلیمری به علت تشکیل لایه های کربن دار زغال زمانی که سوزانده می شوند و ساختار مواد معدنی خاک رس است.
ساختمان خاک رس چند لایه به عنوان یک نارسایی عالی عمل می کند و یک سدی در مقابل انتقال جرم است.
تشکیل زغال و ساختار خاک رس مانع گریز، مواد تجزیه شده از درون شبکه ی پلیمری می شود.
… اخیراً توسط Ciman گزارش شده است. که عموماً به وسیله ی کاهش حداکثری گرمای آزاد شده، ارزیابی می شود. (HRA)
خواص دفاعی :

نانوکامپوزیت های پلیمری خواص دفاعی بسیار عالی در مقابل گازهایی مانند Co2 , N2 , O2، آب و هیدروکربن ها دارند.
نفوذ پذیری آبی نانوکامپوزیت های پلی آمید Palyamide (PI) ورقه ورقه شده در شکل ۶ نشان داده شده است که به وسیله ی Yano گزارش شده است.
بهترین خواص دفاعی گازی در نانوکامپوزیت های پلیمری با خاک رس معدنی کاملاً پوسته پوسته شده می باشد.

نفوذ پذیری بخار آب نانوکامپوزیت Paly caprolactone (PCL) پوسته پوسته نشان می دهد که کاهش چشمگیر در نسبت نفوذ پذیری، با افزایش صفحات خاک رس، ایجاد می شود.
تأثیر بار خاک رس روی نفوذ پذیری نسبی تعدادی از نانوکامپوزیت های پلیمری در شکل نشان داده شده است. علاوه بر این نانوکامپوزیت های پلیمری دارای خواص دفاعی بهتری در مقابل حلال های آلی مانند الکل، تولوئن و کلروفرم دارند.