بررسی پایداری گرمایی و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های پلی(وینیل کلرید) دارای کمپلکس شیف-باز و نانوذرات منیزیم هیدروکسید

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه خوارزمی، دانشکده شیمی، گروه شیمی آلی و پلیمر

10.22063/jipst.2026.35850.2448

چکیده

فرضیه: با توجه به محدودیت‌ مقاومت گرمایی پلی‌(وینیل کلرید) ( PVC) ، توسعه سامانه‌های افزودنی چندمنظوره با کارایی هم‌زمان گرمایی و مکانیکی از اهمیت زیادی برخوردار است. فرضیه اصلی این پژوهش بر این اساس استوار است که ترکیب هم‌زمان دو جزء شامل پایدارکننده گرمایی فلز-آلی و بازدارنده شعله نانوساختار دارای گروه‌های عاملی فسفردار می‌تواند با اثر هم‌افزایی،  به بهبود خواص گرمایی PVC بدون کاهش خواص مکانیکی منجر شود.
روش‌ها: در این راستا، کمپلکس شیف-‌باز روی (ZSC) به‌عنوان پایدارکننده گرمایی و نانوذرات منیزیم هیدروکسید (MDH) اصلاح‌شده با  دی‌کربوکسیلیک اسید دارای DOPO (DMMH) به‌عنوان منبع فسفر، تهیه و به‌صورت جداگانه و ترکیبی به ماتریس PVC افزوده شدند. فیلم‌های نازک PVC با روش ریخته‌گری محلول در حلال تتراهیدروفوران تهیه شد. ساختار شیمیایی و موفقیت فرایند سنتز افزودنی‌ها با  طیف‌سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه ( FTIR)، رزونانس مغناطیسی هسته (NMR )، پراش پرتو X ، میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM ) و تجزیه‌های عنصری تأیید شد. رفتار گرمایی و اشتعال‌پذیری نانوکامپوزیت‌ها به‌کمک گرماوزن‌سنجی (TGA ) و آزمون شاخص محدودیت اکسیژن (LOI) بررسی شده و خواص مکانیکی نمونه‌ها نیز با آزمون کشش ارزیابی شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد، وجود هم‌زمان ZSC و DMMH موجب افزایش دمای 50 درصد تخریب گرمایی به مقدار %5/7 درصد، افزایش باقی‌مانده کربنی به مقدار %50 و بهبود مقدار LOI به مقدار %3 نسبت به نمونه PVC اولیه می‌شود. افزون بر این، ترکیب بهینه افزودنی‌ها به افزایش استحکام کششی به مقدار %40 درصد و مدول یانگ به مقدار %47 نسبت به PVC اولیه منجر شد. این سامانه، راهبرد مؤثری برای تولید قطعاتی ایمن‌تر با عملکرد گرمایی بهبود‌یافته از PVC را فراهم می‌آورد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the thermal stability and mechanical properties of polyvinyl chloride nanocomposites containing a Schiff base complex and magnesium hydroxide nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Mohsen Hajibeygi
  • Alireza Chizari
Department of Organic and Polymer Chemistry, Faculty of Chemistry, Kharazmi University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Hypothesis: Due to the limited thermal stability of poly(vinyl chloride) (PVC), the development of multifunctional additive systems capable of simultaneously enhancing its thermal stability and mechanical performance has attracted considerable attention. The main hypothesis of this study was that the combination of two components including an organometallic thermal stabilizer with a phosphorus-containing nanostructured flame retardant could synergistically improve the thermal performance of PVC without compromising its mechanical properties.
Methods: Accordingly, a zinc Schiff base complex (ZSC) was synthesized as a thermal stabilizer, while magnesium hydroxide nanoparticles (MDH) modified with a DOPO-based dicarboxylic acid (DMMH) were prepared as a flame retardant. These additives were incorporated individually and in combination into the PVC matrix. PVC nanocomposite films were fabricated by the solution casting method using tetrahydrofuran (THF) as the solvent. The chemical structures and successful synthesis of the additives were confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and elemental analysis. The thermal behavior and flame-retardant performance of the nanocomposites were evaluated using thermogravimetric analysis (TGA) and the limiting oxygen index (LOI) test, while their mechanical properties were assessed by tensile testing.
Findings: The results demonstrated that the simultaneous incorporation of ZSC and DMMH increased the temperature corresponding to 50% weight loss by 7.5%, enhanced the char yield by 50%, and improved the LOI value by 3% compared with neat PVC. Furthermore, the optimum additive formulation increased the tensile strength and Young's modulus by 40% and 47%, respectively, relative to neat PVC. These findings demonstrate that the proposed synergistic additive system provides an effective strategy for producing safer PVC materials with enhanced thermal stability, flame retardancy, and mechanical performance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Poly(vinyl chloride)
  • Thermal stability
  • Mechanical properties
  • Magnesium hydroxide
  • Schiff-base complex