خواص نانوکامپوزیت های لاستیک نیتریل-‌خاک‌رس تهیه شده به روش پلیمرشدن امولسیونی درجا بدون امولسیون کننده

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، صندوق پستی115-14965

چکیده

نانوکامپوزیت ­های لاستیک نیتریل (NBR)-خاک رس، به روش پلیمرشدن امولسیونی درجا بدون امولسیون­ کننده، در مجاورت خاک‌رس و2-آکریل آمیدو-2-متیل پروپان سولفونیک اسید (AMPS) تهیه شدند و ساختار آنها با آزمون ­های پراش پرتو X  و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مطالعه شد.نتایج آزمون پراش پرتو X نشان داد، نانوکامپوزیت‌ها تا %3  وزنی خاک ­رس، ساختار ورقه­ ای شده دارند، اما در %5 ساختار نانوکامپوزیت به ورقه ­ای شده- میان­ لایه ­ای تغییر یافت. فاصله میان لایه‌ها در شکل شناسی میان ­لایه ای در نانوکامپوزیت حاوی%5 خاک ­رس به  1/8 نانومتر افزایش یافت که نسبت به خاک­رس اولیه 0/61 نانومتر افزایش نشان می ­دهد. پایداری گرمایی نانوکامپوزیت‌ها با آزمون گرماوزن ­سنجی (TGA) مطالعه شد. براساس نتایج حاصل، پایداری گرمایی در تمام نانوکامپوزیت­ ها نسبت به نمونه فاقد خاک ­رس بهبود یافت و دمای شروع تخریب گرمایی نمونه ­ها با افزایش مقدار خاک ­رس بیشتر شد. بیشترین مقدار افزایش در پایداریگرمایی برای نمونه‌ نانوکامپوزیت حاوی %5 وزنی خاک­ رس با شکل­ شناسی میان­ لایه ­ای-ورقه ­ای شده به ­دست آمد. براساس نتایج آزمون کشش، استحکام مکانیکی نانوکامپوزیت‌ها بهبود چشمگیری را نشان داد، به گونه ­ای که مدول و استحکام کششی در نانوکامپوزیت حاوی %3وزنی خاک­رس با ساختار ورقه ­ای شده، نسبت به NBR خالص به ترتیب 302 و %219 افزایش یافت. بیشتربودن خواص مکانیکی در نمونه حاوی %3 وزنی خاک­ رس نسبت به نمونه حاوی %5 وزنی خاک­ رس به پراکنش بهتر نانوذرات خاک­رس و تشکیل ساختار کاملاً ورقه ­ای شده نسبت داده شد. کرنش پارگی و سختی نیز در تمام نانوکامپوزیت ­ها نسبت به نمونه خالص افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Properties of Nitrile Rubber/Clay Nanocomposites Prepared by In-Situ Emulsifier-free Emulsion Polymerization

نویسندگان [English]

  • Alireza Bagherian Mahmoodabadi
  • Azizollah Nodehi
  • Mohammad Atai
Iran Polymer and Petrochemical Institute (IPPI), P.O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
چکیده [English]

Nitrile rubber/clay nanocomposites were prepared via in-situ emulsifier-free emulsion polymerization technique in the presence of 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AMPS) and pristine sodium montmorillonite (Na-MMT). The morphology of the nanocomposites was studied using X-ray diffraction (XRD) patterns and transmission electron microscopy (TEM). The XRD results showed exfoliated morphology for the nanocomposites containing up to 3 wt% nanoclay and exfoliated-intercalated morphology for the nanocomposite containing 5 wt% nanoclay. The basal spacing of the nanocomposite, containing 5 wt% nanoclay, was increased to 1.8 nm, which was 0.61 nm wider than that obtained using pristine Na-MMT. Compared to neat rubber, the thermogravimetric analysis (TGA) revealed improvements in the thermal stability of all nanocomposite samples, in which the thermal degradation temperature was increased by increasing the clay content. The maximum increase in the thermal stability of the nanocomposites was obtained for the nanocomposite containing 5 wt% nanoclay with exfoliated-intercalated morphology. The tensile testing results showed remarkable improvements in the mechanical strength of the nanocomposites. In comparison with the neat nitrile rubber, the exfoliated nanocomposite, containing 3 wt% nanoclay, showed 302% and 219% increases in tensile modulus and tensile strength, respectively. The reason for improvement
in mechanical properties of a nanocomposite, containing 3 wt% of nanoclay with respect to the nanocomposite containing 5 wt% of nanoclay, was related to the better dispersion of nanoclay platelets in the matrix and formation of exfoliated morphology. In addition, elongation-at-break and hardness were increased in the  nanocomposites, when compared with the neat nitrile rubber.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanocomposite
  • Na-MMT
  • Nanoclay
  • nitrile rubber
  • emulsion polymerization