کنترل ساختار اسفنج در سامانه پلی‌استیرن-نانوسیلیکا-کربن دی‌اکسید: اثر دما و نانوذرات

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده فنی، بخش مهندسی شیمی، گروه پلیمر، صندوق پستی 143-14115

چکیده

هدف اصلی این پژوهش، بررسی سازوکار اثر دما و نانوذرات بر ساختار اساسی اسفنج پلی‌استیرن برای دستیابی به کنترل دقیق‌تر ساختار آن است. بدین منظور، پس از مرور مطالعات پیشین، با ارائه و تبیین نظریه هسته­‌گذاری کلاسیک، پیش­ زمینه نظری واکاوی شد. سپس، تولید اسفنج در زمینه پلی‌استیرن و نانوسیلیکای کروی و در مجاورت گاز کربن دی‌اکسید انجام شد. فرایند تولید اسفنج در دستگاهی با قابلیت کارایی در دما و فشار زیاد و کاهش آنی فشار و سرعت پایدارسازی زیاد انجام شد. دمای تولید اسفنج، اندازه و مقدار نانوذرات و نیز خواص سطحی آن از مهم‌ترین عوامل اثرگذار بر خواص اسفنج هستند که در این مقاله بررسی شدند. افزایش دمای اسفنج­‌سازی بر تشکیل هسته‌­های اولیه و رشد سلول­‌ها اثرگذار است. برایند این دو اثر ساختار نهایی اسفنج را معین می­‌کند. وقتی دما از90 به 180درجه تغییر کرد، با افزایش هزار برابری، چگالی سلول اسفنج پلی‌استیرن به 1012×20/2 افزایش یافت. نتایج این پژوهش نشان داد، وجود مقدار کمی نانوسیلیکا در افزایش چگالی سلول و کاهش اندازه سلول اثر بسزایی دارد. همچنین افزایش غلظت نانوذرات این اثر بخشی را افزایش داد. افزون بر این کیفیت و ساختار اسفنج نانوکامپوزیتی نسبت به اسفنج پلی‌استیرنی بهبود می‌یابد. با افزایش اندازه نانوسیلیکا از 12nm به 40nm مقدار چگالی سلول از109×3/3 به 109×78/1 کاهش یافت. همچنین اصلاح سطحی نانوسیلیکا با تری‌اتوکسی سیلان افزون بر بهبود پراکنش نانوذرات باعث افزایش چگالی سلول شد. بازده نانوسیلیکا در افزایش چگالی سلول پس از اصلاح سطحی حدود دوبرابر افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Control of Foam Structure in PolyStyrene-Nanosilica-Carbon Dioxide: Effect of Temperature and Nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ako
  • Mohammad Hossein Navid Famili
  • Seyyed Esmaeil Zakiyan
Polymer Engineering Group, Faculty of Engineering, Tarbiat Modares University, P.O. Box: 14115-143, Tehran, Iran
چکیده [English]

This study addresses the effect of temperature and nanoparticle on PS foam structure in order to control its structure more accurately. For this purpose, a theoretical hypothesis was proposed by explaining the classical nucleation theory. The PS in the presence of nanosilica and CO2 was foamed. Foaming process was carried out in a vessel suitable under high pressure and temperature conditions, and with instantaneous pressure release and high-speed stabilization capabilities. The most important factors affecting foam properties including foaming temperature, size, content and surface properties of nanosilica were investigated. Increasing of foaming temperature was effective on the initial nuclei formation and cell growth. These two effects determined the final foam structure. When the temperature was changed from 90 to 180°C, cell density of PS foam increased thousand fold to 2.2×1012 number of cells per unit volume of foam (cell/cm3). The results showed that a small amount of nanosilica had a substantial effect on decreasing the cell size and increasing the cell density. An increase in nanoparticle concentration also increased its effectiveness. Moreover, the quality and structure of foam were improved by adding the nanoparticle. As the size of nanosilica increased from 20 to 40 nm, its cell density decreased from 3.3×109 to 1.78×109 numbers of cells per unit volume of foam (cells/cm3). Surface treatment of the nanosilica using triethoxysilane, in addition to improving nanoparticle dispersion, increased its cell density. The efficiency of nanosilica in improving cell density after surface treatment increased by more than double.

کلیدواژه‌ها [English]

  • batch foaming
  • surface treatment
  • foaming temperature
  • nanosilica and polystyrene