دانلود پایان نامه ارشد:سنتز و بررسی اثر فرآیند بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی نانوکامپوزیت­های ترموپلاستیک پلی­یورتان- خاک رس اصلاح شده

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته شیمی

گرایش : پلیمر

عنوان : سنتز و بررسی اثر فرآیند بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی نانوکامپوزیت­های ترموپلاستیک پلی­یورتان- خاک رس اصلاح شده

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد اهـر


دانشکده­ی فنی- مهندسی

گروه مهندسی شیمی

پایان ­نامه کارشناسی ارشد «M.Sc.»

گرایش: مهندسی پلیمر

عنوان:

سنتز و بررسی اثر فرآیند بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی نانوکامپوزیت­های ترموپلاستیک پلی­یورتان- خاک رس اصلاح شده

استاد راهنما:

دکتـر مصطفی رضایی

پاییز 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

فصل اول: کلیات، مبانی نظری و پیشینه تحقیق…………………………………………………… 1

1-1. مقدمه بر پلی­یورتان­ها………………………………………………………………………………………………………………. 2

1-2. شیمی پلی­یورتان­ها………………………………………………………………………………………………………………….. 4

1-3. ترموپلاستیک پلی­یورتان و کاربرد آن…………………………………………………………………………………….. 5

1-4. شیمی ترموپلاستیک پلی­یورتان……………………………………………………………………………………………… 7

1-4-1. دی‌ایزوسیانات­ها……………………………………………………………………………………………………….. 8

1-4-2. پلی‌ال‌ها………………………………………………………………………………………………………………….. 11

1-4-2-1. پلی­ال­های پلی­اتری……………………………………………………………………………….. 11

1-4-2-2. پلی‌ال‌های پلی­استری……………………………………………………………………………. 12

1-4-3. زنجیرگستراننده…………………………………………………………………………………………………….. 13

1-4-4. کاتالیزورها………………………………………………………………………………………………………………. 14

الف- كاتاليزورهاي اسيدي……………………………………………………………………………………….. 15

ب- كاتاليزورهاي بازي……………………………………………………………………………………………… 15

ج- كاتاليزورهاي آمينی……………………………………………………………………………………………. 15

د- کاتالیزورهای فلزي………………………………………………………………………………………………. 16

1-4-5.  سایر مواد افزودنی به پلی­یورتان­ها……………………………………………………………………… 16

1-5. سنتز ترموپلاستیک پلی‌یورتان…………………………………………………………………………………………….. 16

1-5-1.  روش پيش پليمري (يا دومرحله‌ای )…………………………………………………………………. 17

1-5-1-1. روش پليمر شدن مذاب………………………………………………………………………… 18

1-5-1-2. روش پلیمر شدن در حلال…………………………………………………………………… 18

1-5-2. روش يك مرحله‌ای………………………………………………………………………………………………… 18

1-5-3. تولید صنعتی ترموپلاستیک پلی­یورتان……………………………………………………………….. 19

1-6. مورفولوژی ترموپلاستیک پلی­یورتان……………………………………………………………………………………. 19

1-7. خواص فيزيكي –  مكانيكي ترموپلاستيك پلی‌یورتان……………………………………………………….. 20

1-7-1. تغييرات دمايي……………………………………………………………………………………………………….. 20

1-7-2. خواص مكانيكي……………………………………………………………………………………………………… 20

1-7-2-1. رفتار تنش – كرنش ترموپلاستیک پلی­یورتان…………………………………… 21

1-7-2-2. میزان مانايي فشاری ترموپلاستیک پلی­یورتان……………………………………. 22

1-7-2-3. سختي ترموپلاستیک پلی­یورتان………………………………………………………….. 22

1-7-3. خواص حرارتی ترموپلاستیک پلی­یورتان…………………………………………………………….. 22

1-7-4. پایداری هیدرولیتیکی ترموپلاستیک پلی­یورتان………………………………………………….. 23

1-7-5. مقاومت شیمیایی ترموپلاستیک پلی­یورتان…………………………………………………………. 24

1-8. نانو ذرات و نانوکامپوزیت‌های پلیمری………………………………………………………………………………….. 24

1-8-1.پرکننده‌های نانوذره‌ای……………………………………………………………………………………………. 25

1-8-1-1. نانولوله‌های كربني………………………………………………………………………………….. 26

1-8-1-2. نانو ذرات فلزي يا سراميكي (سه بعدی)……………………………………………… 27

1-8-1-3. نانو سیلیکات‌های لایه­ای (صفحه مانند)………………………………………………. 27

1-9. نانوکامپوزیت‌های ترموپلاستيك پلی‌یورتان…………………………………………………………………………. 28

1-9-1. نانوکامپوزیت‌های ترموپلاستيك پلی‌یورتان- گرافيت…………………………………………. 28

1-9-2. نانوکامپوزیت‌های ترموپلاستيك پلی‌یورتان- نانو لوله­های كربن………………………… 29

1-10. نانوکامپوزیت‌های ترموپلاستیک پلی‌یورتان- نانو رس اصلاح­شده…………………………………… 30

1-10-1. روش­های تولید نانوکامپوزیت‌های ترموپلاستیک پلی‌یورتان- نانو رس اصلاح­شده 31

الف- فرايند مذاب…………………………………………………………………………………………………….. 32

ب- پليمرشدن درجا………………………………………………………………………………………………… 32

ج- جايگيري بين لایه‌ای از طريق ریخته­گری حلالی…………………………………………… 33

1-10-2. واکنش­پذیری خاک رس با مواد اولیه­ی ترموپلاستیک پلی‌یورتان…………………. 34

1-10-3. اثر نانو ذرات رس بر ساختار و خواص فیزیکی مکانیکی نانوکامپوزیت  ترموپلاستیک پلی­یورتان         36

فصل دوم: مواد و روش‌ها………………………………………………………………………………… 41

2-1. مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 42

2-2. مواد مورد استفاده…………………………………………………………………………………………………………………. 43

2-2-1. پلی‌ال پلی‌اتری (پلی تتراهیدروفوران)…………………………………………………………………. 43

2-2-2. دی­ایزوسیانات (هگزا متیلن دی­ایزوسیانات)……………………………………………………….. 44

2-2-3. زنجیرگستراننده(1و4 بوتان‌دی‌ال)……………………………………………………………………….. 44

2-2-4. کاتالیست فلزی (2- اتیل هگزانوات قلع)…………………………………………………………….. 45

2-2-5. نانوذرات رس مورد استفاده…………………………………………………………………………………… 46

2-3.  روش تهیه­ی نمونه‌ها……………………………………………………………………………………………………………. 46

2-3-1. تهیه­ی ترموپلاستیک پلی‌یورتان خالص……………………………………………………………….. 46

2-3-2. تهیه­ی نانوکامپوزیت ترموپلاستیک پلی‌یورتان…………………………………………………….. 48

2-4. تجهیزات به کار گرفته‌شده…………………………………………………………………………………………………… 48

2-5. تعیین گروه‌های عاملی ترموپلاستیک پلی‌یورتان­های خالص توسط طیف FT-IR………….. 49

2-6. بررسی نحوه­ی پخش خاک رس اصلاح‌شده C30B  در نانوکامپوزیت‌های ترموپلاستیک پلی‌یورتان        49

2-7. تعیین دماهای انتقال ترموپلاستیک پلی‌یورتان­های خالص توسط آنالیز حرارتی DSC … 49

2-8. تعیین خواص کششی نمونه­های ترموپلاستیک پلی‌یورتان………………………………………………… 49

فصل سوم: نتایج و بحث…………………………………………………………………………………. 51

3-1. بررسی تغییرات ساختار شیمیایی با استفاده از طیف FT-IR………………………………………….. 52

3-2. مورفولوژی نانوکامپوزیت ترموپلاستیک پلی­یورتان- خاک رس اصلاح‌شده……………………… 55

3-3. مطالعه­ی رفتارهای دمایی ترموپلاستیک پلی­یورتان با استفاده از آزمون DSC………………. 58

3-4. خواص مکانیکی نمونه­های ترموپلاستیک پلی‌یورتان………………………………………………………….. 60

3-5. جمع‌بندی نتایج…………………………………………………………………………………………………………………….. 64

فصل چهارم. نتیجه­گیری و پیشنهادات……………………………………………………………. 65

4-1. نتیجه‌گیری…………………………………………………………………………………………………………………………….. 66

الف- مورفولوژی و ساختار شیمیایی……………………………………………………………………………………………… 66

ب- مطالعات رفتار حرارتی…………………………………………………………………………………………………………….. 67

ج- خواص مکانیکی………………………………………………………………………………………………………………………… 67

4-2. پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………………………………… 68

فهرست منابع فارسی…………………………………………………………………………………….. 69

فهرست منابع انگلیسی………………………………………………………………………………….. 70

 

فهرست جدول­ها

فصل اول. کلیات، مبانی نظری و پیشینه تحقیق

جدول (1-1): ساختار برخی از زنجیرگستراننده­ها………………………………………………………………………. 14

جدول (1-2): خواص حرارتی ترموپلاستیک پلی‌یورتان……………………………………………………………… 23

فصل دوم.  مواد و روش‌ها

جدول (2-1): مشخصات ظاهری و خواص پلی‌ال مورد استفاده در این تحقیق………………………… 43

جدول (2-2): مشخصات ظاهری و خواص دی­ایزوسیانات(HDI) مورد استفاده در این تحقیق. 44

جدول (2-3): مشخصات زنجیرگستراننده بوتان‌دی‌ال مورد استفاده در این تحقیق………………… 45

جدول (2-4): مشخصات کاتالیست فلزی 2- اتیل هگزانوات قلع مورد استفاده……………………….. 45

جدول (2-5): مشخصات خاک رس اصلاح‌شده  Cloisite30B مورد استفاده………………………… 46

جدول (2-6): فرمولاسیون­های استفاده شده برای تهیه­ی ترموپلاستیک پلی­یورتان­های مختلف 47

فصل سوم. نتایج و بحث

جدول (3-1): میزان نواحی سخت، دمای انتقال شیشه­ای، دماهای ذوب ناحیه نرم و سخت برای نمونه­های TPU1 و TPU2…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 59

جدول (3-2): مدول یانگ و کرنش در نقطه­ی شکست و استحکام کششی برای نمونه­ی TPU1 61

جدول (3-3): مدول یانگ و کرنش در نقطه­ی شکست و استحکام کششی برای نمونه­ی TPU2 61

فهرست شکل­ها

فصل اول. کلیات، مبانی نظری و پیشینه تحقیق

شکل (1-1): کاربردهای مختلف پلی­یورتان در صنایع مختلف………………………………………………………. 4

شکل(1-2): ساختار ایزوسیانات­های مهم………………………………………………………………………………………… 8

شکل(1-3): برخی از واکنش­های ایزوسیانات­ها……………………………………………………………………………. 10

شکل (1-4): ساختار شیمیایی برخی از پلی‌ال‌های پلی­اتری……………………………………………………… 12

شکل (1-5): ارتباط میان وزن مولکولی ترموپلاستیک پلی­یورتان با نسبت ميان NCO/OH…. 17

شکل (1-6): وابستگي دمايي خواص مكانيكي ترموپلاستیک پلی‌یورتان در دماهای مختلف…… 21

شکل(1-7): انواع پرکننده­های نانوذره­ای………………………………………………………………………………………. 25

شكل (1-8): تصاویری از ساختار و سطح مقطع SWNT و MWNT………………………………………. 26

شكل(1-9): نحوه اصلاح و اضافه كردن گرافيت به ترموپلاستیک پلی‌یورتان…………………………… 29

شکل (1-10): ساختارهای متصور برای نانوکامپوزیت پلیمری- نانو خاک رس اصلاح­شده……… 30

شکل (1-11): شمایی از مراحل سنتز نانوکامپوزیت ترموپلاستیک پلی‌یورتان- نانو خاک رس. 33

شکل (1-12): بررسی واکنش خاک رس با پیش پلیمر توسط آزمون FTIR…………………………… 35

شکل (1-13): تشکیل پیوند هیدروژنی میان زنجیره­های پلی‌یورتان با خاک رس……………………. 36

شکل(1-14): طیف XRD مربوط به نانو خاک رس اصلاح­شده Cloisite 30B…………………….. 37

شکل(1-15): طیف XRD مربوط به نانو خاک رس اصلاح­شده Cloisite 30B…………………….. 40

فصل دوم.  مواد و روش‌ها

شکل (2-1): شمای کلی از مراحل تهیه­ی ترموپلاستیک پلی‌یورتان خالص…………………………….. 47

فصل سوم. نتایج و بحث

شکل (3-1): طیف­های FT-IR  برای نمونه­هایTPU1  و TPU1……………………………………………. 52

شکل (3-2): طیف­های FTIR برای نمونه­ی TPU1 در دو حالت قبل و بعد از پخت کامل…….. 53

شکل(3-3): طیف­های FTIR نمونه­های خالص و نانوکامپوزیتی TPU1 همراه با 1 و 3 درصد وزنی نانو خاک رس اصلاح­شده…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 54

شکل(3-4): طیف­های FTIR نمونه­های خالص و نانوکامپوزیتی TPU2 همراه با 1 و 3 درصد وزنی نانو خاک رس اصلاح­شده…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 55

شکل (3-5): الگوهای XRD نمونه­های خالص و نانوکامپوزیتی TPU1 در محدوده­ی o(10-2) 56

شکل (3-6): الگوهای XRD نمونه­های خالص و نانوکامپوزیتی TPU2 در محدوده­ی o(10-2) 57

شکل (3-7): الگوهای XRD نمونه­های خالص و نانوکامپوزیتی TPU1 در محدوده­یo(40-10) 57

شکل (3-8): الگوهای XRD نمونه­های خالص و نانوکامپوزیتی TPU2 در محدوده­ی o(40-10) 58

 

شکل (3-9): آزمون DSC برای نمونه­های TPU1 و TPU2………………………………………………………. 58

شکل (3-10): رفتار تنش- کرنش نمونه­های خالص و نانوکامپوزیتی TPU1…………………………… 60

شکل (3-9): رفتار تنش- کرنش نمونه­های خالص و نانوکامپوزیتی TPU2……………………………… 61

شکل(3-12): مدول یانگ برای نمونه­های TPU1 و TPU2 و نانوکامپوزیتی…………………………….. 62

شکل (3-13): مداخله­ی لایه­های خاک رس در تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین زنجیرهای پلی­یورتانی                   64

 

فهرست طرح­­ها

فصل اول. کلیات، مبانی نظری و پیشینه تحقیق

طرح(1-1): واکنش ایزوسیانات با گروه هیدروکسیل و تشکیل گروه یورتانی………………………………. 4

طرح(1-2): واکنش ایزوسیانات با الکل……………………………………………………………………………………………. 7

طرح(1-3): واكنش ميان آمين و فسژن………………………………………………………………………………………….. 9

طرح(1-4): واکنش تولید پیش پلیمر پلی­یورتان…………………………………………………………………………. 17

طرح (1-5): واکنش تولید پلیمر پلی­یورتان نهایی از پیش پلیمر……………………………………………….. 18

 

فصل اول

کلیات، مبانی نظری و پیشینه تحقیق

 

1-1. مقدمه­ای بر پلی­یورتان­ها

از زمان كشف پلي­يورتان­ها در اواخر دهه­ي سي قرن بیستم تاكنون، این پليمرها همواره به دليل خواص ويژه و منحصربه‌فرد خود مورد توجه جدي بوده‌اند. تا اواسط دهه­ي 70 ميلادي پلي­يورتان به دليل قيمت بالاي آن‌ها در كاربردهاي ویژه­ای مصرف می‌شدند ولي پس از آن دامنه‌ی توليد آن‌ها به‌سرعت گسترش يافت و در زمینه‌های مختلف صنعتي مورد بهره‌برداری قرارگرفته‌اند [6-1].

پلي­يورتان­ها، پليمرهايي هستند كه امروزه به‌عنوان فيلم، الیاف، الاستومر و نظایر آن مورد استفاده قرار می‌گیرند [8،7].

اعتبار كشف پلی‌یورتان‌ها متعلق به پروفسور باير آلماني در سال 1937 می‌باشد. وي با انجام واكنش بين دي­ايزوسيانات آليفاتيك و دي­ال­آليفاتيك (گليكول) و 1،4 بوتان­دي­ال تحت شرايط رفلاكس نوعي پليمر خطي با وزن مولكولي بالا و ویسکوزیته­ی ذوب پایین به دست آورد كه هم‌اکنون به آن پلي­يورتان گفته می‌شود. اين پلي­يورتان به روش مذاب تهيه شد[11-1].

همانند پیشرفت‌های ديگر علم شيمي پليمر، روش‌های جديدی برای توليد پلي­يورتان نيز مطرح شدند. اولين پلي­يورتان تولیدشده داراي دماي ذوب oC185 و با نام Igamid U تحت عنوان سنتز و Perlon U براي نام تجاري بود[1،8،12].

اولين ترموپلاستيك پلي­يورتان با نام I-Rubber توسط شرکت Dupont و ICI در دهه­ي 40 ميلادي به بازار عرضه شد. در این ترموپلاستیک پلی­یورتان از آب به عنوان زنجيرگستراننده، از  نفتالين 1و5 دی‌ایزوسیانات[1] به عنوان دی­ایزوسیانات و يك پلی‌اتر يا پلی‌استر دي­ال با وزن مولكولي بالا استفاده شد. به دليل بالا بودن دماي ذوب اين پليمر از دماي تخريب پيوند يورتاني، اين نوع پليمر را به عنوان ترموپلاستيك پلي­يورتان در نظر نمی‌گیرند. پيشرفت اصلي زماني بود كه در سال 1958 براي اولين بار از دي فنیل متيلن 4و4 دی‌ایزوسیانات[2] به عنوان دی­ايزوسيانات در توليد ترموپلاستيك پلي­يورتان استفاده شد[10-8].

واژه­ي پلي­يورتان به معني پليمري است كه داراي پيوند يورتاني می‌باشد. درواقع، پلی‌یورتان‌ها در ساختمان مولكولي خود داراي گروه‌های يورتاني با توجه به تركيبات شيميايي زنجيره می‌باشند. پلی‌یورتان به‌طورمعمول علاوه بر گروه يورتاني شامل گروه‌های هیدروکربنی آروماتيك و آليفاتيك، استرها، اترها، آميدها، اوره و گروه‌های ايزوسياناتي هم می‌باشد[8،1].

پلي­يورتان­ها در كاربردهاي وسيعي مورداستفاده قرار می‌گیرند. شكل (1-1) نشان‌دهنده‌ی كاربردهاي وسيع آن‌ها می‌باشد كه به هفت گروه: قالب انعطاف‌پذیر، فوم سخت، ورقه­های انعطاف‌پذیر، الاستومرهاي جامد، قالب‌گیری تزریقی واکنشی (RIM)[3]، ماده پوششی و دوجزئی تقسیم می­شوند[8،1].

شکل (1-1): کاربردهای مختلف پلی­یورتان در صنایع مختلف[8]

1-2. شيمي پلي­يورتان­ها

گروه ايزوسيانات می­تواند با موادي كه داراي هيدروژن فعال هستند و هم‌چنین با خود واکنش دهد[11،1]. زماني كه ايزوسيانات­ها با موادي شامل حداقل دو هيدروژن فعال در هر مول واكنش می‌دهند، يك پليمر به صورت فوم نرم يا سخت، الاستومرها، پوشش‌ها و چسب­ها توليد می­شود[9]. طرح (1-1) نشان‌دهنده‌ی تشکیل پیوند یورتانی می­باشد. بر اثر واکنش میان گروه ایزوسیاناتی با گروه هیدروکسیلی پیوند یورتانی به وجود می­آید.

پيوند يورتاني    گروه هيدروكسيل     گروه ايزوسيانات

طرح (1-1): واکنش ایزوسیانات با گروه هیدروکسیل و تشکیل گروه یورتانی[8]

پلي­يورتان مي­تواند ساختار شيميايي ترموپلاستيك يا ترموست و يا ساختار فيزيكي مانند فوم و الاستومر نرم را به خود بگيرد. تركيب شيميايي پلی‌یورتان بر اساس نوع ايزوسيانات و پلي­ال مي­تواند متفاوت باشد[8].

مهم‌ترین مزیت پلی‌یورتان، استحكام بالا در دماي پايين، خاصيت فوم شوندگي سريع و مقاومت در برابر ساييدگي، ازن، اکسیژن و مقاومت در حضور رطوبت می‌باشد[8].

[1] Naphthalene-1,5-Diisocyanate

[2] Methylene Diphenyl Diisocyanate

[3] Reaction Injection Molding

تعداد صفحه :91

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --