روش­های بهبود خواص کامپوزیت های چوب پلاست

(قسمت دوم)

در مقاله قبلی به مکانیزم های مختلف اصلاح سطحی پرداخته شد. در این مقاله به روش های مختلف اصلاح سطحی و نتایج آن بر خواص کامپوزیت های چوب پلاستیک اشاره می شود. در روشهای مختلف آماده سازی سطح الیاف چوب سعی می شود تا از طریق عامل دار کردن سطح و تغییر در مورفولوژی آن، چسبندگی افزایش یابد. اما روش های اماده سازی پلیمرها به ویژه پلی اولفین ها به دو دسته آماده سازی شیمیایی شامل استفاده از اسید کرومیک، پتاسیم پرمنگنات و غیره؛ و آماده سازی فیزیکی شامل پلاسما، کرونا و غیره تقسیم می شود. در ابتدا به معرفی روش های فیزیکی می پردازیم.

۱- آماده سازی به روش کرونا که یک روش مکانیکی است بصورت گسترده در صنایع مختلف جهت بهبود چسبندگی فیلم ها و لوله های پلی الفینی به کار می رود. آماده سازی جهت فیلم های پیوسته، لوله ها و شلنگ ها بکار می رود.

مزایای این روش عبارتند از:

الف- ساده و مقرون به صرفه بودن

ب- فرایند بصورت پیوسته

عیبهای این روش عبارتند از:

الف- به دلیل مجاورت با محیط ممکن است الودگی های محیط وارد سطح شوند و عوامل محیطی مانند رطوبت و دما بر روش آماده سازی تاثیر بگذارند.

ب- آماده سازی در این روش یکنواختی روش پلاسما را ندارد.

ج- تاثیر این روش از روش پلاسما کمتر است.

یک سیستم آماده سازی کرونا شامل یک مولد ولتاژ بسیار بالا، تولید کننده فرکانس بالا و یک الکترود و یک فلز متصل به زمین می باشد.. با اعمال ولتاژ، هوای بین الکترود کرونا یونیژه می شود و با تولید پلاسما، نوری آبی رنگ در دهانه الکترود مشاهده می گردد که این فرایند را می توان بصورت پیوسته در دهانه اکسترودر استفاده کرد. سرعت فیلم و ولتاژ الکترود و فاصله الکترود و رطوبت نسبی مهمترین عواملی هستند که خصوصیات سطح آماده سازی شده را کنترل می کنند. البته از دو روش اخیر می توان برای اصلاح  الیاف  نیز استفاده نمود.

۲- اکسید کننده های قوی از جمله اسید کرومیک و پتاسیم پرمنگنات بارها بعنوان اکسید کننده سطح پلی الفینها مورد استفاده قرار گرفته است. استفاده از برخی از این مواد از جمله اسید کرومیک با وجود قدرت اکسید کنندگی بالاو تاثیرات مطلوب به دلیل مسایل زیست محیطی و سلامت انسان منسوخ گردیده است.

اما پتاسیم پرمنگنات به عنوان اکسید کننده ای قوی که مشکلاتی از این قبیل را ایجاد نمی کند در این میان مورد توجه است. استفاده ار محلولهای پتاسیم پرمنگنات  برای اصلاح سطحی صفحات پلیمری جهت افزایش چسبندگی سطحی آنها به روکش ها و رنگ و چاپ بارها مورد پژوهش و آزمایش محققین و دانشمندان قرار گرفته که نتایج مطلوبی را در بر داشته است. نتایج تحقیقات گوناگون نشان داده که استفاده از یک محیط اسیدی برای اکسیداسیون سطح در حضور پتاسیم پرمنگنات تاثیر اصلاح سطح با این اکسیدکننده را افزایش می دهد که بر همین اساس استفاده از اسید سولفوریک در این قبیل کارها برای تشدید اثرگذاری پتاسیم پرمنگنات قوت گرفت.

۳- پلاسما نوعی از فرایند علیات سطحی است که گاز یونیزه شده سطح ماده را باردار می کند. این روش از حدود ۵۰ سال پیش برای آماده سازی سطح پلاستیک ها استفاده می شده است. در این روش گاز به میان دو کاتد فرستاده می شود و منبع انرژی ( الکتریکی یا امواج پر انرژی ) که به کاتدها متصل است، گاز را یونیزه و به یون، اتمها و رادیکال های آزاد تبدیل می کند که این ذرات به سطح ماده برخورد می کند و سطح ماده را باردار می کند.دمهمترین اثرات پلاسما که ممکن است بصورت همزمان اتفاق بیفتد عبارتند از:

الف- تمیز کردن: ذرات برانگیخته توانایی جابجایی الودگی را دارند که با این روش امکان جابجایی الودگی از بین می رود.

ب- تخریب: پلاسما می تواند سطح پلیمر را تخریب کند. پلاسمای اکسیژن و هوا تخریب بیشتری نسبت به گازهای بی اثر را انجام می دهند.

ج- شبکه ای شدن: این اثر در پلیمرهای غیر اشباع رخ می دهد که باعث جلوگیری از رسیدن ذرات ریز به سطح می شود اما قابلیت مقاومت حرارتی را کاهش می دهد.

د- اکسیداسیون: استفاده از انواع گازها باعث این اثر می شود.نتایج آزمون XPS و FTIR وجود اکسیداسیون را توسط هر دو نوع گاز (خنثی و غیر خنثی) نشان می دهد. علت وجود اکسیژن در نتایج تست FTIR گاز خنثی را به وجود اکسیزن در محیط و محفظه ربط داده اند.

از ویژگی های این فرآیند می توان به موارد زیر اشاره نمود:

الف- زیست سازگار بودن

ب- عدم وجود ضایعات

ج- عدم استفاده از حلال ها

د- فرآیند خشک کردن بدون استفاده از مواد شیمیایی

ه- قابلیت فرایند پودرهای حساس به دما

معایب پلاسما عبارتند از:

الف- تراکم پودرها در منطقه پلاسما

ب- عملیات ناهمگن ناشی از فعالیت زیاد گاز

در این قسمت مقاله به معرفی برخی دیگر از روش های شیمیایی می پردازیم.

۴- آماده سازی آلکلاینی یکی از بیشترین کاربردها را در آماده سازی شیمیایی الیاف طبیعی برای استفاده از الیاف به عنوان تقویت کننده در ترموپلاستیک ها و ترموست داشته است.

این اصلاح باعث خروج مقدار معینی لیگنین و واکس از سطح الیاف شده و با شکستن پیوندهای هیدروژنی در ساختار الیاف باعث کاهش آبدوستی و افزایش زبری سطح و در نتیجه افزایش درگیری های فیزیکی می شود.

۵- استایله کردن واکنش مقدماتی یک گروه عاملی (CH3COO-) با یک ماده آلی است. این روش معمولا با آماده سازی آلکاینی آغاز می شود و ما در واقع در ابتدا یک پیش آماده سازی آلکاینی داریم و سپس عملیات آماده سازی با استایله کردن الیاف طبیعی ادامه می یابد.

۶- اصلاح با استفاده از استیک انیدرید، گروه های هیدروکسیل دیواره الیاف را با گروه های استایل جایگزین می کند. واکنش با ایجاد اسید استیک به عنوان محصول جانبی همراه است که باید آن را از محیط واکنش خارج ساخت. این اصلاح باعث بهبود خواص مکانیکی حاصل و همچنین آبگریزی الیاف و در نتیجه کامپوزیت می شود.

واکنش انیدرید استیک با الیاف طبیعی به شکل زیر است:

Fiber – OH + CH3 – C(=O) – O – C(=O) – CH3

Fiber – O – COCH3 + CH3COOH

شکل ۱- مقایسه اثر اصلاح آلکاینی و اصلاح استایله کردن بر کامپوزیت سیسال- اپوکسی

۷- مالئیک انیدرید استفاده گسترده ای در تقویت خواص کامپوزیتهای شامل فیلر و الیاف تقویت کننده دارد. تفاوت این روش با سایر روشهای شیمیایی این است که مالئیک انیدرید فقط برای اصلاح الیاف بکار نمی رود بلکه در ماتریس هم برای رسیدن به اتصال بین سطحی بهتر کاربرد دارد. بطور مثال زنجیر پلی پروپیلن به مالئیک انیدرید.

[HO – C(=O) – CH2 – C – CH2 – C(=O) – OH] اجازه می دهد تا به آن بچسبد و MAPP تولید شود. سپس اصلاح الیاف سلولزی با کوپلیمرهای MAPP انجام می گیرد و باندهای کووالانسی در سراسر سطح تشکیل می شود. شرکت آریا پلیمر پیشگام موفق به تولید سازگارکننده های مالئیک انیدرید برای استفاده در چوب پلاست های پایه پلی پروپیلن و پلی اتیلن و پی وی سی شده است.

در سال ۲۰۰۰، میشرا و همکارانش تاثیر آماده سازی توسط مالئیک انیدرید را بر جذب آب الیاف موز، سیسال و کنف مورد بررسی قرار داده و آنها ترتیب کاهش جذب رطوبت را بدین نحو اعلام کردند:

کنف< موز< سیسال

بدین نحو اصلاح توسط مالئیک انیدرید بیشترین تاثیر را بر روی الیاف سیسال می گذارد.

شکل ۲- تاثیر اصلاح مالئیک انیدرید در کاهش جذب رطوبت بر روی الیاف sisal, banan, hemp

شکل ۳-  تاثیر مالئیک انیدرید بر روی مقاومت ضربه

 

همانطور که در تصویر مشخص است تاثیر مالئیک انیدرید بر روی الیاف سیسال نسبت به الیاف دیگر بیشتر بوده است و مقاومت ضربه در ۵۰ درصد الیاف دارای بالاترین میزان ضربه قرار دارد و پس از این مقدار، کاهش در مقاومت ضربه را داریم.

 

 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *