اثر مقدار و خواص سطح نانوذرات سیلیکا بر اسفنج پلی‌استیرن

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

 عامل هسته‌زا به‌طور معمول برای کنترل هسته‌زایی سلول در تولید محصولات اسفنجی با کیفیت مناسب استفاده می‌شود. خواص سطح نانوذرات شامل خواص هندسی مانند شکل ذرات، اندازه و توزیع آنها از جمله عوامل مؤثرند. با وجود این، مطالعات خیلی کمی روی اثر هندسه ذرات بر بازده اسفنج نهایی انجام شده است. این مطالعه تلاشی برای کنترل ساختار اسفنج پلیمری با استفاده از نانوذرات سیلیکا در یک فرایند ناپیوسته است. از پلی‌استیرن با مصرف معمولی (GPPS1540) به عنوان زمینه پلیمری، نانوذرات سیلیکا به عنوان عامل هسته‌زا و گاز کربن دی‌اکسید به عنوان عامل پف‌زا استفاده شده است. برای پراکنش بهتر نانوذرات در زمینه پلیمر ترکیبی از روش‌های محلولی و مذاب استفاده شد. همچنین، در این پژوهش اثر اصلاح سطح نانوذرات سیلیکا روی ساختار اسفنج پلیمری بررسی شده است. ابتدا نانوذرات سیلیکا به وسیله وینیل تری‌اتواکسی سیلان اصلاح شد. سپس کشش سطحی ذرات سیلیکای اصلاح شده، اصلاح نشده و پلی‌استیرن به کمک آزمون زاویه تماس معین شد. در ادامه با ترکیبی از روش‌های محلولی و مذاب دو نوع نانوکامپوزیت با غلظت‌های مختلف پرکننده تهیه شد. همچنین، به منظور تهیه اسفنج از نمونه‌های نانوکامپوزیتی تهیه شده موجود، از دستگاه ویژه‌ای با قابلیت عملکرد در دما و فشار زیاد، افت آنی فشار و کنترل سرعت تثبیت استفاده شد.  اثر اصلاح سطح نانوذره سیلیکا روی اسفنج تهیه شده با تعیین چگالی سلول و اندازه سلول به وسیله تصاویر گرفته شده از میکروسکوپ الکترونی پویشی مشخص شد. نتایج نشان داد، اصلاح سطح نانوذرات منجر به افزایش چگالی سلول و کاهش اندازه سلول می‌شود و افزایش غلظت نانوذرات این اثربخشی را افزایش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of Surface Properties and Content of Nanosilica Particles on Polystyrene Foam

نویسندگان [English]

  • Seyed Esmaeil Zakiyan
  • M. Hossien N. Famili
  • Mohammad Ako
Tarbiat Modares University
چکیده [English]

Nucleating agents are commonly used for controlling cell nucleation in the production of high-quality foam products. The surface properties of nanoparticles include geometrical characteristics, such as the particle shape, size, and size distribution and in this respect there are few reports on the effects of geometry of particles on foaming efficiency. This study is an effort to control polymeric foam structure with addition of silica nanoparticles in a batch process. In this research polystyrene (GPPS 1540) was used as a matrix, nanosilica as nucleating agent and supercritical carbon dioxide (CO2) as blowing agent. For better dispersion of nanoparticles in the matrix, a combination of solution and melt method was employed. In continuation, the effect of surface treatment of nanoparticle on polymer
foam is investigated. First, silica nanoparticles were modified by reaction with
vinyltriethoxysilane followed by characterization of the results. Then, the surface
tension of polystyrene, silica and modified silica were determined by contact angle
test in order to predict the dispersion of nanoparticles in polystyrene. Then, two
kinds of polystyrene/silica (treated and non-treated) nanocomposites were prepared
with different filler loadings by a combination of solution and melting methods. A
high pressure/high-temperature vessel capable of instantaneous pressure release and
controlled stabilization was used to prepare polystyrene-nanosilica nanocomposites
foam. The effect of surface treatment of nanosilica particles on microcellular foaming
was investigated by characterizing the cell density and cell size of the foamed product
using SEM. The results showed that surface-treated nanosilica has considerable effect
on decreasing cell size and increasing the cell density.

کلیدواژه‌ها [English]

  • surface modification
  • contact angle
  • nanosilica
  • polymeric foam
  • cell density