تاثیر اثر بازیافت ماتریس پلیمری بر خواص مکانیکی، حرارتی و رفتار آتش گیری نانوکامپوزیت پلی پروپیلن بازیافتی/خمیر OCC/نانوگرافن

سابقه و هدفافزایش مصرف پلیمرها و رشد پسماندهای پلاستیکی، ضرورت استفاده از پلیمرهای بازیافتی و توسعه مواد کامپوزیتی پایدار را افزایش داده است. در این میان، استفاده از الیاف سلولزی در ماتریس های پلیمری روشی موثر برای کاهش مصرف پلیمرهای بکر است، اما افت خواص مکانیکی ناشی از بازیافت، کاربرد این مواد را محدود می کند. نانوگرافن به عنوان یک نانوفیلر دوبعدی با خواص مکانیکی و حرارتی ممتاز، می تواند این افت خواص را جبران کند. هدف از این پژوهش، بررسی اثر هم زمان وضعیت پلی پروپیلن (بکر و سه بار بازیافتی) و نانوگرافن بر خواص مکانیکی، حرارتی و رفتار آتش گیری نانوکامپوزیت های پایه پلی پروپیلن و الیاف سلولزی بازیافتی است.مواد و روش هادر این تحقیق، نانوکامپوزیت های rPP/OCC بر اساس طرح آزمایشی فاکتوریل ۲×۳ تهیه شدند. پلی پروپیلن در دو سطح بکر و سه بار بازیافتی و نانوگرافن در سه سطح ۰، ۵/۰ و ۱ درصد وزنی به عنوان متغیرهای اصلی در نظر گرفته شدند. مقدار OCC (۵۰ درصد وزنی) و عامل سازگارکننده MAPP (۳ درصد وزنی) در تمامی تیمارها ثابت بود. اختلاط مواد با استفاده از اکسترودر دو ماردونه انجام شد و نمونه های آزمون به روش قالب گیری تزریقی تهیه گردیدند. آزمون های مکانیکی شامل کشش، خمش و ضربه فاقدار مطابق استانداردهای ASTM انجام شد. رفتار آتش گیری با آزمون شاخص اکسیژن محدود و پایداری حرارتی با آنالیز گرماسنجی وزنی بررسی گردید. تحلیل آماری داده ها با استفاده از آزمون تجزیه واریانس و مقایسه میانگین ها در سطح اطمینان ۹۵ درصد انجام شد.یافته هانتایج نشان داد که افزودن نانوگرافن اثر معنی داری بر اغلب خواص مکانیکی و رفتار آتش گیری نانوکامپوزیت ها دارد. با افزایش مقدار نانوگرافن تا ۱ درصد وزنی، مقاومت و مدول کششی به ترتیب ۹/۹ و ۳/۷ درصد، مقاومت و مدول خمشی ۸/۹ و ۷/۷ درصد و مقاومت به ضربه فاقدار حدود ۲ درصد افزایش یافت. همچنین شاخص اکسیژن محدود با افزودن ۱ درصد نانوگرافن حدود ۷/۵ درصد افزایش پیدا کرد که بیانگر بهبود رفتار آتش گیری است. نتایج گرماسنجی وزنی نشان داد که حضور نانوگرافن موجب افزایش دمای تخریب و میزان خاکستر باقیمانده شده و پایداری حرارتی کامپوزیت ها را بهبود می بخشد. در مقابل، بازیافت پلی پروپیلن تا سه مرتبه منجر به کاهش خواص مکانیکی شد، به طوری که مقاومت و مدول کششی به ترتیب ۴/۹ و ۲۱/۹ درصد، مقاومت و مدول خمشی ۵/۲۳ و ۹۲/۲۲ درصد و مقاومت به ضربه فاقدار ۷/۱۱ درصد کاهش یافت. اثر بازیافت پلی پروپیلن بر شاخص اکسیژن محدود از نظر آماری معنی دار نبود و تنها افزایش جزئی حدود ۳/۰ درصد مشاهده شد. همچنین استفاده از پلی پروپیلن بازیافتی موجب کاهش میزان خاکستر باقیمانده و افت پایداری حرارتی گردید. TGA نشان داد نانوگرافن دمای تخریب و میزان باقی مانده وزنی را افزایش داده و پایداری حرارتی را بهبود می دهد، در حالی که پلیمر بازیافتی عملکرد حرارتی ضعیف تری نشان داد.نتیجه گیریبر اساس نتایج این پژوهش، نانوگرافن به عنوان یک تقویت کننده موثر می تواند نقش مهمی در بهبود خواص مکانیکی، افزایش مقاومت در برابر آتش گیری و ارتقای پایداری حرارتی کامپوزیت های پایه پلی پروپیلن ایفا کند. افزودن نانوگرافن تا سطح بهینه ۱ درصد وزنی، ضمن بهبود عملکرد کلی کامپوزیت، توانست بخشی از افت خواص ناشی از استفاده از پلی پروپیلن بازیافتی را جبران نماید. این یافته ها نشان می دهد که ترکیب پلی پروپیلن بازیافتی، الیاف سلولزی بازیافتی و نانوگرافن می تواند رویکردی مناسب برای تولید کامپوزیت های با عملکرد بالاتر و سازگارتر با محیط زیست باشد.

کلیدواژه ها:

نانوکامپوزیت ، پلی پروپیلن بازیافتی ، خمیرکاغذ OCC