تأثیر عوامل اتصال دهنده (کوپلینگ ایجنت) مالئیک انیدرید و اکریلیک اسید بر روی کامپوزیت HDPE-چوب

مقدمه

یکی از مهم ترین فاکتورهای مؤثر در بهبود خواص کامپوزیت های تقویت شده با الیاف تقویت کننده هم چون الیاف شیشه، چسبندگی مناسب ماتریس پلیمری با الیاف است. این چسبندگی باید منجر به انتقال نیروی وارده از کامپوزیت به اجزای تشکیل دهنده کامپوزیت شود. برای تشکیل پیوند مناسب بین الیاف و پلیمر در کامپوزیت، لازم است از سازگارکننده ها یا کوپلینگ ایجینت ها هم چون PP-g-MA یا PP-g-AA استفاده شود.

تحقیقات متعددی برای اصلاح سطح الیاف چوب با استفاده از کوپلینگ ایجنت ها (عوامل اتصال دهنده) در جهت بهبود خواص کامپوزیت های پلاستیک-الیاف چوب صورت گرفته است. یکی از این تحقیقات، مطالعه بهبود خواص کامپوزیت HDPE-چوب به وسیله عوامل کوپلینگ ایجنت اکریلیک اسید و مالئیک انیدرید بر پایه PE و PP می باشد.

در این مقاله به بررسی تأثیر جفت کننده (بر پایه مونومر اکریلیک اسید و مالئیک انیدرید) و رزین پایه (پلی اتیلن(PE) و پلی پروپیلن(PP)) روی خواص کششی و خمشی کامپوزیت پلی اتیلن با دانسیته بالا (HDPE)-چوب پرداخته می شود.

ساخت کامپوزیت HDPE-چوب

انواع مختلفی از دو عامل سازگار کننده نامبرده (عوامل سازگار کننده بر پایه اکریلیک اسید و مالئیک انیدرید) در این کامپوزیت استفاده می شوند. جدول زیر مشخصات این کوپلینگ ایجنت ها (Coupling Agents) را بررسی می کند.

جدول1- مشخصات عوامل اتصال دهنده استفاده شده در کامپوزیت

آزمون خواص مکانیکی

نتایج این آزمون در جدول زیر قابل مشاهده است.

جدول2- خواص مکانیکی HDPE خالص و کامپوزیت های HDPE-چوب

نکته ای که در جدول فوق حائز اهمیت است، این است که استحکام کششی کامپوزیت HDPE-چوب کم تر از HDPE خالص است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که چسبندگی ضعیف بین سطحی میان چوب و ماتریس HDPE یکی از عوامل افت استحکام کششی است.

عمل گرافت (که توسط عامل اتصال دهنده انجام می شود)، صرف نظر از مونومر عامل و نوع رزین پایه، تأثیر مثبتی روی استحکام کششی کامپوزیت دارد. تمام پلی اولفین های عامل دار به طرز قابل توجهی، استحکام تسلیم کامپوزیت HDPE-چوب را نسبت به کامپوزیت های بدون جفت کننده بهبود می بخشند. این افزایش چشمگیر در استحکام کششی کامپوزیت ها ممکن است به بهبود چسبندگی بین سطحی میان چوب و ماتریس HDPE نسبت داده شود.
بهبود چسبندگی بین سطحی را می توان به ماهیت واکنش شیمیایی گروه های عاملی عوامل اتصال دهنده و گروه های هیدروکسیلی پودر چوب و انتشار زنجیره پلی اولفینی سازگار کننده ها داخل فاز ماتریس HDPE حین فرایند مرتبط دانست. در این حالت، اکریلیک اسید و گروه های مالئیک انیدرید بر روی سطح پودر چوب چسبانده شده که می تواند زنجیره های پلی اولفین را به سطح پودر چوب متصل کند.
می توان واکنش های شیمیایی فوق را در شکل های زیر مشاهده نمود.

شکل های بالا روند واکنش شیمیایی فرایند مورد بحث را نشان می دهد. شکل اول واکنش شیمیایی گروه های عاملی عوامل اتصال دهنده و گروه های هیدروکسیلی پودر چوب را نمایش می دهد. در شکل دوم به پخش شدن زنجیره پلی اولفینی سازگارکننده ها در ماتریس HDPE پرداخته می شود.

بهبود چشمگیر استحکام در نقطه تسلیم کامپوزیت HDPE-چوب به شدت به مونومر های عاملی کوپلینگ ایجنت ها و نوع رزین پایه بستگی دارد (شکل2).

با توجه به نوع مونومرهای عامل دار، پلی اولفین های عامل دار شده با مالئیک انیدرید، عملکرد بهتری نسبت به پلی اولفین عامل دار شده با اکریلیک اسید دارند. قابل توجه است که پلی اولفین های عامل دار شده با اکریلیک اسید باعث بهبود استحکام کامپوزیت می شوند؛ اما تأثیر آن کم تر از افزودن عامل اتصال دهنده پلی اولفین گرافت شده با مالئیک انیدرید است. این نتایج، دلالت بر بهبود بیش تر خاصیت های خیس شوندگی و چسبندگی سطحی پودر چوب و ماتریس HDPE توسط پلی اولفین گرافت شده با مالئیک انیدرید دارد.

 

گردآورنده: حسین چیانی