عنوان پایان‌نامه
بررسی اثر نانو ذرات اسایش پایانی و ویژگی های گرما رئولوژیکی الیاژ های امتزاج پذیر پلی(ایلن اکساید) پلی (متیل متااکریلات)
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - صنایع پلیمر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1059.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 50094
- تاریخ دفاع
- ۱۰ آبان ۱۳۹۰
- دانشجو
- مهدی قلیچی قلعچه
- استاد راهنما
- سیدحسن جعفری امان آبادی
- چکیده
- سامانه¬¬¬ی آلیاژی پلی(اتیلن اُکساید)/پلی(متیل¬متااکریلات)،¬ PEO/PMMA، و نیز سامانه¬ی نانو کامپوزیتی آلیاژ/نانورس و آلیاژ/ نمک لیتیم در دمای محیط و به روش محلولی تهیه گردید. در ابتدا، دو روش متفاوتِ تهیه محلولیِ نانو کامپوزیتها مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت روش مطلوب دستیابی به ساختار بهینه (ساختار ورقه ورقه ذرات نانورس) انتخاب گردید. سپس، تأثیر افزودن نانوذرات نانورس سدیم مونتموریلونیت، روی رفتار گرمارئولوژیکی آلیاژ و آسایش پایانی اجزاء تشکیل دهنده¬ی آن بررسی شد. در نهایت نیز اثر افزودن نمک پرکلرات لیتیم بر رفتار گرمارئولوژیکی سامانه آلیاژی بررسی و یافته¬های حاصل با مشاهدات بدست آمده از سامانه¬های نانو کامپوزیتی مقایسه گردید. به منظور مطالعه پراکنش نانو ذرات در ماتریسِ آلیاژی از روش¬های پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترون عبوری (TEM) استفاده شد. برای بررسی¬های گرمارئولوژیکی نیز از اندازه¬گیری¬های ریومتری برش نوسانی در محدوده ویسکوالاستیک خطی استفاده گردید. نمودارهای جامع حاصل از مطالعات رئولوژیکی نشان داد که گرچه اصل بر هم نهی دما-زمان در مورد آلیاژ PEO/PMMA نقض می¬شود اما افزودن نانوذرات به مقدار کم باعث بازیابی جزئی آن می¬گردد. زمانهای واهلش (آسایش) پایانی اجزاء تشکیل دهنده آلیاژ نیز با استفاده از داده¬های رئومتری محاسبه و در قالب ضریب اصطکاک مونومری بیان شدند. نتایج حاصله نشان داد که در حضور نانو ذرات آب¬دوست که زنجیرهای PEO تمایل به جذب ترجیحی به سطح آنها را دارند، اجزاء آلیاژ، دینامیک زنجیری همبسته¬تری را از خود بروز می¬دهند. به عبارت دقیق¬تر، حرکت زنجیرهای PEO در حضور نانو ذرات نسبت به حالت آلیاژِ خالص¬ کند¬تر و در مقابل دینامیک زنجیری PMMA سریع¬تر می¬شود. دلیل این پدیده می¬تواند به جذب ترجیحی زنجیرهای پلی(اتیلن اُکساید) روی صفحات نانورس و نیز بهبود امتزاج پذیری در حضور نانو¬ذرات از طریق کاهش پارامتر بر¬هم¬کنش سامانه¬ی آلیاژی و در نتیجه افزایش تمایل PMMA به زنجیرهای متحرک¬تر PEO. نسبت داده شود. مدل خود تغلیظی Lodge و McLeish با موفقیت وابستگی دمایی ضریب اصطکاک مونومری PMMA را در آلیاژ و آلیاژ/ نانو-کامپوزیت بیان می کند. به علاوه، مشخص شد که بر خلاف نانورس، افزودن نمک لیتیم به آلیاژ PEO/PMMA باعث تشدید نقض اصل انطباق دما-زمان در این آلیاژ می¬شود. علاوه بر این، نمونه¬ی آلیاژ/ نمک ناحیه انتقال شیشه¬ای پهن¬تری نسبت به آلیاژ بدون نمک از خود نشان می دهد. این دو پدیده خود گواهی بر تشدید رفتار گرمارئولوژیکی پیچیده بر اثر افزودن نمک LiClO4¬¬ به آلیاژ پلی(اتیلن اُکساید)/پلی(متیل¬متااکریلات) می باشند. این امر نیز با پیش بینی تئوری ونگ در مورد اثر نمک در افزایش پارامتر بر¬همکنش آلیاژهای امتزاج-پذیر با ثابت دی الکتریک نزدیک، همخوانی داشته و بر مبنای افزایش طول مشخصه¬ی افتاخیز غلظتی در این سامانه، قابل توجیه است. سامانه¬¬¬ی آلیاژی پلی(اتیلن اُکساید)/پلی(متیل¬متااکریلات)،¬ PEO/PMMA، و نیز سامانه¬ی نانو کامپوزیتی آلیاژ/نانورس و آلیاژ/ نمک لیتیم در دمای محیط و به روش محلولی تهیه گردید. در ابتدا، دو روش متفاوتِ تهیه محلولیِ نانو کامپوزیتها مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت روش مطلوب دستیابی به ساختار بهینه (ساختار ورقه ورقه ذرات نانورس) انتخاب گردید. سپس، تأثیر افزودن نانوذرات نانورس سدیم مونتموریلونیت، روی رفتار گرمارئولوژیکی آلیاژ و آسایش پایانی اجزاء تشکیل دهنده¬ی آن بررسی شد. در نهایت نیز اثر افزودن نمک پرکلرات لیتیم بر رفتار گرمارئولوژیکی سامانه آلیاژی بررسی و یافته¬های حاصل با مشاهدات بدست آمده از سامانه¬های نانو کامپوزیتی مقایسه گردید. به منظور مطالعه پراکنش نانو ذرات در ماتریسِ آلیاژی از روش¬های پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترون عبوری (TEM) استفاده شد. برای بررسی¬های گرمارئولوژیکی نیز از اندازه¬گیری¬های ریومتری برش نوسانی در محدوده ویسکوالاستیک خطی استفاده گردید. نمودارهای جامع حاصل از مطالعات رئولوژیکی نشان داد که گرچه اصل بر هم نهی دما-زمان در مورد آلیاژ PEO/PMMA نقض می¬شود اما افزودن نانوذرات به مقدار کم باعث بازیابی جزئی آن می¬گردد. زمانهای واهلش (آسایش) پایانی اجزاء تشکیل دهنده آلیاژ نیز با استفاده از داده¬های رئومتری محاسبه و در قالب ضریب اصطکاک مونومری بیان شدند. نتایج حاصله نشان داد که در حضور نانو ذرات آب¬دوست که زنجیرهای PEO تمایل به جذب ترجیحی به سطح آنها را دارند، اجزاء آلیاژ، دینامیک زنجیری همبسته¬تری را از خود بروز می¬دهند. به عبارت دقیق¬تر، حرکت زنجیرهای PEO در حضور نانو ذرات نسبت به حالت آلیاژِ خالص¬ کند¬تر و در مقابل دینامیک زنجیری PMMA سریع¬تر می¬شود. دلیل این پدیده می¬تواند به جذب ترجیحی زنجیرهای پلی(اتیلن اُکساید) روی صفحات نانورس و نیز بهبود امتزاج پذیری در حضور نانو¬ذرات از طریق کاهش پارامتر بر¬هم¬کنش سامانه¬ی آلیاژی و در نتیجه افزایش تمایل PMMA به زنجیرهای متحرک¬تر PEO. نسبت داده شود. مدل خود تغلیظی Lodge و McLeish با موفقیت وابستگی دمایی ضریب اصطکاک مونومری PMMA را در آلیاژ و آلیاژ/ نانو-کامپوزیت بیان می کند. به علاوه، مشخص شد که بر خلاف نانورس، افزودن نمک لیتیم به آلیاژ PEO/PMMA باعث تشدید نقض اصل انطباق دما-زمان در این آلیاژ می¬شود. علاوه بر این، نمونه¬ی آلیاژ/ نمک ناحیه انتقال شیشه¬ای پهن¬تری نسبت به آلیاژ بدون نمک از خود نشان می دهد. این دو پدیده خود گواهی بر تشدید رفتار گرمارئولوژیکی پیچیده بر اثر افزودن نمک LiClO4¬¬ به آلیاژ پلی(اتیلن اُکساید)/پلی(متیل¬متااکریلات) می باشند. این امر نیز با پیش بینی تئوری ونگ در مورد اثر نمک در افزایش پارامتر بر¬همکنش آلیاژهای امتزاج-پذیر با ثابت دی الکتریک نزدیک، همخوانی داشته و بر مبنای افزایش طول مشخصه¬ی افتاخیز غلظتی در این سامانه، قابل توجیه است.
- Abstract
- The miscible blend of PEO/PMMA and the relevant nanocomposites and doped blend are prepared via solution casting method at the room temperature. At the beginning, two different solution casting methods are employed to prepare the blend nanocomposite samples. The specific method which results in the exfoliated structure was used to prepare the blend nanocomposite specimen. The effect of adding sodium montmorillonite nanoparticles on the terminal dynamics and thermorheological behavior of the PEO/PMMA was studied through rheology. At the end, LiClO4 is incorporated to the miscible blend and the thermorheological behavior of the resultant sample was investigated and the results are compared with the results obtained from the blend nanocomposite. X-ray diffraction (XRD) and Transmission electron microscopy (TEM) are used to study the morphology of the nanocomposites. For thermorheological studies, the oscillatory shear rheometry was used in the linear viscoelastic region. Master curves constructed based on rheological data revealed that the time-temperature superposition fails for the PEO/PMMA while adding nanoparticles results in partial restoration of this principle. Terminal relaxation times which are obtained from rheological measurements are represented in the form of monomer friction coefficient. Results showed that in the presence of hydrophilic nano particles which PEO chains preferentially absorb to, the components represent coupled terminal dynamics. In fact, PEO represents retarded terminal dynamics while PMMA shows faster chains dynamics. This phenomena can be attributed to the adsorption of PEO chains onto the nano layered silicates and the improved miscibility in the presence of nano particles. The self-concentration model of lodge-McLeish successfully describes the temperature dependence of terminal dynamics of PMMA in the blend and blend nanocomposite. Moreover, it was found that incorporating LiClO4 salt results in severe failure of time-temperature superposition. Beside this, doped blend shows broader glass transition temperature in comparison to the neat blend. These two phenomena indicate that adding salt ions results in more complex thermorheological behavior. This fact is in agreement with the theoretical work of Wang which predicts decreased miscibility in the presence of salt ions for the miscible blends in which both components possess low dielectric values. Affected miscibility can be rationalized through the changed Flory-Huggins interaction parameter and different concentration fluctuation length.
