بررسی پراکنش نانوذرات سیلیکای اصلاح‌شده با سیلسسکویی‌اکسان‌گلیسیدل اتردار اولیگومری چندوجهی در رزین اپوکسی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده فرایند، گروه چسب و رزین، صندوق پستی 112-14975

2 تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده مهندسی، گروه مهندسی پلیمریزاسیون، صندوق پستی 112-14975

چکیده

فرضیه: پراکنش مناسب پرکننده‌های معدنی از جمله نانوذرات سیلیکا در رزین اپوکسی، موجب بهبود امیدوارکننده خواص مکانیکی و گرمایی نانوکامپوزیت می‌شود. بررسی پراکنش نانوذرات سیلیکای اصلاح‌شده با سیلسسکویی‌اکسان گلیسیدل اتردار اولیگومری چندوجهی (GPOSS) و مقایسه آن با نمونه مرجع، بیانگر کارایی عامل GPOSS در پراکنش نانوسیلیکا درون رزین اپوکسی است.
روش‌ها: پراکنش نانوذرات در نانوکامپوزیت با بررسی رفتار تجمعی شامل تعیین پارامترهای رئولوژیکی و اندازه‌گیری گرانروی بررسی شد. ابتدا، به‌کمک فراصوت‌دهی، آمیزه‌ پیش‌پراکنشی‌ ‌دارای %20 وزنی نانوذرات سیلیکا و GPOSS تهیه شد. سپس، آمیزه با افزودن مقدار متناسب رزین اپوکسی، رقیق و مقدار درصد نانوذرات سیلیکا در ترکیب نهایی، به‌مقدار 2، 5 و %10 وزنی تنظیم شد. همچنین، برای بررسی پراکنش نانوذرات سیلیکا در آمیزه پیش‌پراکنشی، از میکروسکوپی نیروی اتمی استفاده شد.
یافته‌ها: با توجه به نتایج آزمایش رئومتری، تمام نمونه‌ها دارای آمیزه پراکنشی، نسبت به نمونه‌های مشابه خود گرانروی کمتری نشان دادند. به‌نظر می‌رسد، GPOSS با کمینه‌کردن برهم‌کنش‌های بین‌سطحی میان نانوذرات سیلیکا و نیز برهم‌کنش‌های احتمالی میان زنجیرهای اپوکسی و نانوذرات سیلییکا، گرانروی ترکیب را کاهش می‌دهد. در مقایسه با نمونه تهیه‌شده بدون آمیزه پیش‌پراکنشی، گرانروی ترکیب دارای %10 وزنی نانوذرات سیلیکا کاهش مشهودی را از 246000cP به 39000cP نشان داد. تصویر توپوگرافی میکروسکوپی نیروی اتمی از سطح آمیزه پیش‌پراکنشی نیز نمایانگر %95 جمعیت آماری نانوذرات با ابعاد در محدوده  20nm-12 است. در واقع، استفاده از آمیزه پیش‌پراکنشی، ضمن بهبود پراکنش نانوذرات سیلیکا و در نتیجه بهبود خواص نهایی،‌ موجب کاهش گرانروی نهایی محصول اپوکسی و در نتیجه بهبود فرایندپذیری و راحتی اعمال آن می‌شود

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Dispersion of Glycidyl POSS-modified Silica Nanoparticles in Epoxy

نویسندگان [English]

  • Mohammad Saleh Bordbar 1
  • Ali Salimi 1
  • Majid Karimi 2
1 Department of Adhesive and Resin, Faculty of Petrochemical,, Iran Polymer and Petrochemical Ins‌titute, P.O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
2 Department of Polymerization Engineering, Faculty of Engineering; Iran Polymer and Petrochemical Ins‌titute, P.O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Proper dispersion of silica nanoparticles in epoxy resin leads to promising improvements in mechanical and thermal properties of nanocomposite. A comparative s‌tudy of dispersion between GPOSS-modified silica nanoparticles and neat silica nanoparticles shows a measure of GPOSS efficiency in dispersion of silica nanoparticles.
Methods: Nanoparticle dispersion was inves‌tigated through polymer cumulative behavior such as rheological parameters and viscosity measurement. Using the ultrasonic technique, a pre-dispersed compound containing 20 %wt silica nanoparticles and GPOSS was firs‌t prepared. The pre-dispersed compound was then diluted to a final percentage of silica nanoparticles of 2, 5 and 10 %wt. An atomic force microscope (AFM) was also used to further inves‌tigate the dispersion of silica nanoparticles in the pre-dispersed compound.
Findings: According to the rheometry tes‌t results, all samples with pre-dispersed compound showed lower viscosity than their corresponding counterparts. It seems that the GPOSS is able to lower the composition viscosity through minimizing interfacial interactions between silica nanoparticles as well as possible interactions between epoxy chains and silica nanoparticles. In comparison with the sample prepared without pre-dispersed compound, the viscosity of the composition containing 10% (wt) silica nanoparticles was dras‌tically reduced, i.e. from 246000 cP to 39000 cP. AFM surface images of the pre-dispersed compound represent the presence of particles with a s‌tatis‌tical accuracy of 95% in the range of 12 nm to 20 nm, proving that the silica nanoparticles are well dispersed in GPOSS. The interes‌ting finding of this s‌tudy was that a pre-dispersed compound of GPOSS and silica nanoparticles not only improves the dispersion of silica nanoparticles and hence the final mechanical properties, but also improves the easy use through reducing the viscosity of the epoxy-based composition.

کلیدواژه‌ها [English]

  • epoxy
  • silica nanoparticles
  • glycidyl POSS
  • dispersion
  • viscosity