17358

17358

اصلاح سطحي نانوذره كربني و پخش آن در رزين اپوكسي

كارشناسي ارشد

شيمي پليمر

ارديبهشت ماه 1396

دكتر مسعود جمشيدي

شيمي

چكيده امروزه نانوذرات پايه كربني به خصوص نانو لوله هاي كربني (CNT) بدليل خواص منحصر به فرد خود، اهميت ويژه اي پيدا كرده اند. تحقيقات زيادي نشان داده اند كه افزودن CNT به ماتريس هاي پليمري از جمله اپوكسي كه يكي از پليمر هاي پركاربرد است، سبب ارتقاي خواص و افزايش كارايي آن ها مي شود. با اين حال، ذرات CNT تمايل زيادي به كلوخه شدن داشته و اين موضوع موجب عدم دست يابي به پخش يكنواخت در ماتريس مي شود. در اين تحقيق، CNT به دو روش اسيد شويي و با كمك آمينواسيد عامل دار شدند. اثر دما (60، 90 و oC110)، زمان (15، 30 و 60 دقيقه) پيش فراصوت و درصد وزني نانوذره (0.5، 1، 3 و wt.% 5) بر مشخصات ذرات عامل دار شده و عملكرد نانوكامپوزيت اپوكسي حاوي CNT اسيد شويي شده، بررسي شد. همچنين، اثر غلظت آمينواسيد در محلول آبي حين واكنش عامل دار شدن (4، 50، g/lit 100) و درصد وزني نانوذره (0.5، 1، wt% 2)بر عملكرد نانوكامپوزيت اپوكسي حاوي CNT عامل دار شده با آمينواسيد ارزيابي شد. نهايتا عملكرد نانوكامپوزيت هاي اپوكسي حاوي دو نوع CNT عامل دار شده با CNT بدون عامل و اپوكسي بدون نانوذره مقايسه شد. CNT هاي عامل دار شده بوسيله ي آناليز هاي FTIR، UV-Visible، TGA، تيتراسيون و آزمون پايداري در حلال تجزيه و تحليل شدند. نانوكامپوزيت هاي اپوكسي حاوي CNT و CNT هاي عامل دار شده نيز بوسيله ي آزمون مكانيكي كشش و خمش و آناليز هاي DMTA، DSC و TGA بررسي شدند. نتايج نشان دادند كه در هر دو روش گروه هاي عاملي با موفقيت روي سطح CNT نشسته اند. پايداري در حلال نمونه ي اسيد شويي شده يك ساعت در حلال هاي مختلف بود اما نمونه ي عامل دار شده با آمينواسيد به پايداري 3 روز در اتانول و 1 ماه در DMF رسيد. مقاومت كششي و مدول كششي براي نمونه ي اسيد شويي شده نسبت به اپوكسي به ترتيب 59 و 69 درصد و براي نمونه آمينواسيد به ترتيب 67 و 52 بالاتر بود. مقاومت خمشي و مدول خمشي نيز براي روش اسيد شويي نسبت به اپوكسي به ترتيب 27 و 59 درصد و براي نمونه ي آمينواسيد به ترتيب 18 و 51 درصد بالاتر بود. در روش اسيد شويي مدول ذخيره نسبت به اپوكسي افزايش نيافتد ولي دماي انتقال شيشه °C 1.1 افزايش نشان داد، در حالي كه در روش آمينواسيد مدول ذخيره 15 درصد و دماي انتقال شيشه °C 6.9 افزايش يافت. روش اسيد شويي °C 9.1 و روش آمينواسيد °C 13.3 دماي پخت اپوكسي را كاهش مي دهد. افزايش پايداري حرارتي در هيچ يك از نمونه هاي اسيد شويي و آمينواسيد مشاهده نشد. واژه‌هاي كليدي: اپوكسي، كربن نانوتيوب، عامل دار كردن، اسيد شويي، آمينواسيد

1396/03/09

3/19/2022 12:00:00 AM

Abstract: Nowadays carbon nanoparticles, especially CNTs due to their unique properties have gained significant importance. Incorporating CNTs into polymer matrices such as Epoxy, which is one of the most widely used polymers, improves characteristics and increases the efficiency of its properties. Nevertheless, the CNT particles tend to agglomerate, which causes it difficult to achieve a homogenous dispersion in Epoxy. In this project, CNT was functionalized in two ways; which include acid treatment and Amino acid treatment. The effect of temperature (60, 90, 110 °C), acid treatment time (15, 30, 60 min), pre ultrasonication and wt% of nanoparticles (0.5, 1, 3, 5) were investigated on performance of Epoxy nanocomposites containing treated CNTs. In addition, effects of Amino acid concentration in the aqueous solution during functionalization reaction (4, 50, 100 g/lit) and wt% of nanoparticles (0.5, 1, 2) on the performance of Epoxy nanocomposites containing amino acids treated CNTs were studied. Also the performance of Epoxy nanocomposites containing treated CNTs, untreated CNT and neat Epoxy were compared. Treated CNTs were analyzed by FTIR, UV-Visible, titration analyses and solvent stability test. Epoxy nanocomposites containing CNT and treated CNTs were studied by mechanical tensile and flexural tests and analyzed by DMTA, DSC and TGA analyses. The results showed that in both ways functional groups successfully attached to the surface of CNT. In the case of solvent stability, acid treated CNT was stable just for an hour in different solvents, but those treated with Amino acid last three days in ethanol and one month in DMF. Tensile strength, tensile modulus and tensile toughness for acid treated samples in comparison to neat Epoxy were, respectively 59, 69 and -32 percent and for amino acid treated samples were respectively 67, 52 and -19 higher (lower). Flexural strength, flexural modulus and flexural toughness of acid treating method samples to neat Epoxy were, respectively 27, 59 and 49 percent and for amino acid treating method were, respectively 18, 51 and 33 percent higher. In the Acid treating approach, storage modulus did not increase in comparison to neat Epoxy, but the glass transition temperature increased by 1.1 °C. While in Amino acid treating approach storage modulus and glass transition temperature increase respectively, 15% and 6.9 °C. Acid treating method decreases Epoxy cure reaction temperature by 9.1 °C and Amino acid treating declined it by 13.3 °C. An increase to thermal stability of acid and Amino acid treated samples was not observed. Keywords: Epoxy, Carbon Nanotube, Functionalization, Acid treatment, Amino acid