اثر عامل چقرمه‌ساز POE-g-MA بر خاصیت ضربه‌پذیری کامپاند PA6/PP

    رزین‌های ترموپلاستیک پلی‌آمید (نایلون) به‌سبب تعادل بسیار مناسب میان فرآیندپذیری و خواص مورد نظر، به‌گستردگی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از رایج‌ترین نایلون‌های مورد استفاده می‌توان به نایلون 6 (PA6) و نایلون 6 و 6 (PA6,6) اشاره نمود. برخی کاربردهای نهایی این رزین، نیاز به خواص ضربه بالا در دماهای پایین دارد، از این رو روش‌های مختلفی برای افزایش خواص ضربه‌پذیری این پلیمرها استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال برای برخی از کاربردها، گریدهای چقرمه نایلون استفاده می‌شوند، ولی متداول‌ترین روش برای غلبه بر این مشکل، ترکیب پلیمر با الاستومرها یا ترموپلاستیک الاستومرهای گرافت‌شده با مالئیک انیدرید مثل اتیلن-پروپیلن گرافت‌شده با مالئیک انیدرید یا EPR-g-MA و ماده ترموپلاستیک الاستومر استایرن-اتیلن-بوتادن-استایرن یا SEBS-g-MA گرافت‌شده با مالئیک انیدرید است.

    در بسیاری از موارد به‌دلیل قیمت بالا، عدم پایداری ابعادی در مقابل جذب آب و عدم فرآیندپذیری مناسب، استفاده از پلی‌آمید دچار محدودیت هایی شده است. معمولاً در صنعت برای رفع این مشکل از کامپاند PA6/PP به‌جای پلی‌آمید خالص استفاده می‌شود. در این مقاله به بررسی تأثیر حضور پلی‌اولفین الاستومر (POE) با نام علمی پلی‌اکتان اتیلن و پلی‌اولفین الاستومر گرافت‌شده با مالئیک انیدرید (POE-g-MA)، به‌عنوان اصلاح‌کننده خاصیت ضربه‌پذیری کامپاند پلی‌آمید/پلی‌پروپیلن/خاک رس یا PA6/PP/Organoclay پرداخته می‌شود. POE یک الاستومر پلی‌اولفین نسبتاً جدید است و نسبت به EPR با PP فرآیندپذیری بهتری دارد که در این مقاله دو حالت خالص و گرافت‌شده آن بررسی می‌شود.

جدول 1. ترکیب درصد ترکیبات نانو کامپوزیت‌ها

    در نمونه‌سازی کامپاند، تأثیر درصدهای مختلف POE و POE-g-MA از 5 تا 20 درصد وزنی بررسی شده است. همان‌گونه که در نمودار 1 آمده، افزودن POE خالص به نانو کامپوزیت‌های PA6/PP با نسبت 70/30، باعث افزایش جزیی استحکام ضربه می‌شود که این بهبود به‌دلیل عدم سازگاری بین PA6 و POE، با محدودیت‌هایی همراه است. این در حالی است که استفاده از POE-g-MA در مقایسه با POE خالص، به‌دلیل ایجاد سازگاری مناسب بین POE و PA6، تأثیر بسیار چشم‌گیری بر خواص ضربه‌پذیری پلیمر می‌گذارد؛ به‌گونه‌ای که با افزایش میزان بهبوددهنده ضربه، خواص ناشی از حضور POE-g-MA در مقایسه با POE افزایش می‌یابد. برای مثال، ترکیب شامل 20 درصد POE-g-MAH، استحکام ضربه‌ای حدود 6 برابر PA6/PP/Organoclay خالص دارد.

    در نمودارهای 2 و 3 تغییرات K_c (چقرمگی شکست) و G_c (انرژی شکست) همه نانو کامپوزیت‌ها در دو دمای 40- و 25 C° (RT: دمای اتاق) مشخص شده است. همان‌طور که انتظار می‌رود، K_c و G_c طی روند مشابهی با افزایش مقدار POE به‌طور خطی افزایش می‌یابند. هم‌چنین در اشکال 2 و 3 مشاهده می‌شود که تمام نانو کامپوزیت‌ها در دمای اتاق، مقدار بالاتری از K_c و G_c نسبت به دمای -40°C از خود نشان می‌دهند. هم‌چنین ارتقای خاصیت ضربه‌پذیری POE-g-MAH نسبت به POE در شکل مشاهده می‌شود.

    بهبود چقرمگی در کامپاند را می‌توان بدین گونه توضیح داد: وقتی PP-g-MAH به PA6/PP افزوده می‌شود، چسبندگی سطحی بین PA6 و PP به‌وسیله تشکیل کوپلیمر PA6-g-PP تقویت می‌شود. هم‌چنین به‌علت شباهت فیزیکی ممکن است جذب بین مولکولی (درهم‌تنیدگی فیزیکی) بین PP و POE اتفاق بیفتد. این دو عامل سازگاری بین PA6 و POE را ارتقا می‌دهند. برهم‌کنش میان POE و PA-g-MAH و مکانیسم بهبود چقرمگی کامپاند در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4. برهم‌کنش POE و PA-g-MA

    همان‌طور که در شکل 5 مشاهده می‌شود، گروه انیدرید POE-g-MAH با گروه آمینی انتهایی PA6 واکنش می‌دهد و در نهایت کوپلیمر PA6-g-POE تشکیل می‌شود که باعث تقویت انرژی سطح بین PA6 و PP می‌شود. شکل 6 برهم‌کنش بین POE-g-MAH، PA6-g-PP ،PP و خاک رس را نشان می‌دهد که نشان‌گر کامپاند نهایی است و بهبود خواص مورد نظر را داراست.

    در شکل 7 می‌توان مقایسه مورفولوژیکی بین کامپاند PA6/PP/Organoclay/PP-g-MA به‌همراه POE و این کامپاند در حضور POE-g-MA را مشاهده کرد. مشاهده می‌شود که حضور POE-g-MA باعث اتصال بهتر خاک رس و پلی‌آمید می‌شود. بنابراین در کامپاندهای حاوی پلی‌آمید، حضور سازگارکننده های POE در مقایسه با شکل خالص، مخصوصاً در مقادیر مصرف بالای POE-g-MAH در آن، تأثیر بسیار بالاتری از خود نشان می‌دهد.

گردآورنده: حسین چیانی