عنوان پایان‌نامه
تاثیر پیوندزنی زنجیرهای پلیمری به ذرات نانوگرافیت /گرافین برخواص مکانیکی و رسانایی الکتریکی نانوکامپوزیت های پلیمری حاوی نانوگرافیت /گرافین
- رشته تحصیلی
- مهندسی پلیمر - صنایع پلیمر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1418.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 62390
- تاریخ دفاع
- ۰۱ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- مهدی الهام نیا
- استاد راهنما
- قدرت الله هاشمی مطلق
- چکیده
- در این پژوهش تاثیر پیوندزنی پرکننده¬ی گرافنی به بستر پلیمری بر خواص نانوکامپوزیت پلی-اتیلن/گرافن مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا اکسید گرافیت (GO) به روش هامرز اصلاح شده¬ از گرافیت طبیعی تولید شد. در ادامه بخشی از اکسید گرافیت توسط اتیلن¬دی¬آمین، آمین¬¬دار شد و FGO نام گرفت. بخشی دیگر نیز به روش حرارتی احیا (تولید TEGO) و پس از آن آمین¬دار شد و FNG نام گرفت. پس از تعیین ویژگی¬ها و خواص پرکننده¬های ساخته شده، نانوکامپوزیت¬های آنها با پلی¬اتیلن سبک و پلی¬اتیلن مالئیک¬دار به همراه 1 تا 3% پرکننده به روش محلولی تولید شد و خواص مختلف نانوکامپوزیت¬ها، به خصوص خواص مکانیکی و الکتریکی آنها مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت. با اختلاط گرافن¬های آمین¬دار با بستر پلی¬اتیلن مالئیک¬دار، بین گروه آمین روی سطح گرافن و گروه¬ مالئیک انیدرید درون زنجیر پلی¬اتیلن پیوند کووالانسی ایجاد شد و بنابراین خواص مکانیکی نانوکامپوزیت افزایش یافت. به طوری که نانوکامپوزیت پلی¬اتیلن مالئیک¬دار با یک درصد وزنی FGO، نسبت به نانوکامپوزیت حاوی یک درصد وزنی GO، افزایش 155% در میزان تغییر طول در نقطه¬ی شکست نشان داد؛ در حالی که میزان مدول و استحکام کششی در این دو نانوکامپوزیت نسبت به بستر خالص به یک میزان افزایش یافت. در ضمن تاثیر درصد پلی¬اتیلن مالئیک¬دار درون نانوکامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که نسبت وزنی 40 به 60 از پلی¬اتیلن مالئیک¬دار به پلی¬اتیلن معمولی در حضور یک درصد وزنی FGO ترکیب درصد بهینه بوده و بهترین خواص مکانیکی را از خود نشان می¬دهد اما این نانوکامپوزیت تقریبا عایق الکتریسیته بود. همچنین با مقایسه¬ی نانوکامپوزیت¬های TEGO و FNG در 2% وزنی از پرکننده، افزایش در میزان تغییر طول در نقطه¬ی شکست به سبب ایجاد پیوند بین پرکننده و بستر پلیمری مشاهده شد.در مورد دو پرکننده¬ی FGO و FNG نیز می¬توان گفت که FGO قابلیت ایجاد پیوند بیشتری با بستر پلیمری دارد، اما لایه¬لایه شدن در مورد FNG بیشتر اتفاق می¬افتد.اما در مورد خواص الکتریکی، با آمین¬دار کردن پرکننده و تولید FNG از TEGO، میزان رسانایی پرکننده 20 برابر کاهش یافت. بنابراین آستانه¬ی رسانایی الکتریکی نانوکامپوزیت گرافن نسبت به نانوکامپوزیت گرافن آمین¬دار کمتر بود.
- Abstract
- In the present thesis, the effect of graphene chain grafting on the properties of polymer nanocomposites has been studied. For this purpose, modified Hummer method was employed to produce graphite oxide (GO). Then FGO was prepared through amino-functionalization of GO by ethylene diamine. Through another route, GO was reduced thermally (to produce TEGO) and was amine-functionalized to obtain FNG. Low density polyethylene (LDPE) and polyethylene grafted maleic anhydride (PE-g-MA) nanocomposites containing 1-3wt% of the obtained fillers were produced by solution mixing. The properties of the nanocomposites, especially mechanical properties and electrical conductivity were investigated. With the incorporation of amino-functionalized graphene into PE-g-MA, the amine groups on the graphene surface and the maleic anhydride in polyethylene chains covalently bonded and improved the mechanical properties of the nanocomposites; by comparing PE-g-MA nanocomposite with 1wt% FGO and 1wt% GO, a 155 percent enhancement in elongation at break was observed. Hence the modulus and tensile strength of both nanocomposites increased as compared to the pure matrix. In addition, the effect of PE-g-MA content in the 1wt% FGO nanocomposites was studied and the optimum ratio of PE-g-MA to LDPE with 1wt% FGO was found to be 0.40 to 0.60. At this ratio, the best mechanical properties were achieved. Also, FNG nanocomposites were compared with TEGO nanocomposites and an increase in elongation at break with 2wt% filler was observed. It should be noted that FGO can create more chain grafting but FNG has been exfoliated more. The electrical conductivity of TEGO by amino-functionalization was declined about 20 times. Therefore, the electrical conductivity of the graphene nanocomposites was higher than amino-functionalized graphene nanocomposites.
