تأثیر نانورس و سازگارکنندگی پلی پروپیلن اکسیدشده در فاز محلول بر خواص مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت الیاف چوب-پلی پروپیلن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ دانشکدة منابع ‏طبیعی دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

2 دانشیار گروه شیمی دانشکدة شیمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 استاد گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ دانشکدة منابع ‏طبیعی دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

4 مربی گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ دانشکدة منابع طبیعی دانشگاه زابل، زابل، ایران

چکیده

استفاده از سازگارکننده‏های جدید برای تقویت چسبندگی میان فاز زمینة پلاستیکی و پرکنندۀ سلولزی و همچنین نانوذرات برای بهبود خصوصیات فرآوردة چوب‌ـ پلاستیک همواره مورد توجه پژوهشگران بوده است. در این پژوهش، تأثیر ذرات نانورس و سازگارکنندگی پلی‏پروپیلن اکسیدشده در فاز محلول بر خواص مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت حاصل از الیاف چوب‌ـ پلی‏پروپیلن مطالعه شد. بدین ‏منظور پلی‏پروپیلن در فاز محلول و به مدت چهار ساعت اکسید شد. سپس، پلی‏پروپیلن اکسیدشده به ‏میزان 3 درصد ‏همراه ذرات نانورس در سه سطح (0 و 2 و 4%) با الیاف چوب و پلی‏پروپیلن با نسبت‏های 50 به 50 در دستگاه مخلوط‏کن داخلی مخلوط و با پرس گرم به صفحه‏هایی در ابعاد cm32/0×15×15 تبدیل شد. خواص مکانیکی و فیزیکی تخته‏ها‌ـ نظیر مقاومت کششی و خمشی، مدول الاستیسیتة کششی و خمشی، مقاومت به ضربة بدون فاق، جذب آب، و واکشیدگی ضخامت کوتاه‌مدت‌ـ مطابق آیین‌نامه‏های استاندارد ASTM آزمایش شد. نتایج نشان داد استفاده از سازگارکننده سبب بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت حاصل می‌شود. در صورتی ‏که حضور ذرات نانورس در ترکیب کامپوزیت موجب بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی به استثنای مقاومت به ضربة بدون فاق‏ شد. همچنین بررسی نحوۀ پراکنش ذرات نانورس و ریخت‏شناسی کامپوزیت به کمک پراش اشعۀ ایکس و میکروسکوپ الکترونی نشان داد توزیع ذرات نانورس در زمینۀ پلیمری از نوع ساختار بین‏ لایه‏ای است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Nanoclay and Oxidized Polypropylene in Solution phase as A Compatibilizer on the Physical and Mechanical Properties of Wood Fiber/Polypropylene Composite

نویسندگان [English]

  • Hajar Reisi Nafchi 1
  • Majid Abdouss 2
  • Saeid Kazemi Najafi 3
  • Rahim Mohebbi Gargari 4
1 M.Sc. Student, Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, Tabiat Modares University, Noor, I.R. Iran
2 Associate Professor, Department of Chemical, Amirkabir University, Tehran, I.R. Iran
3 Professor, Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, Tabiat Modares University, Noor, I.R. Iran
4 Lecturer, Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, University of Zabol , Zabol, I.R. Iran
چکیده [English]

Utilization of the new compatibilizers to improve matrix/filler interface adhesion and also, nanoparticles to improve the properties of WPC products have always been of interest to researchers. In this study, the effect of oxidized polypropylene in solution phase as a comptibilizer and nanoclay particles on the physical and mechanical properties of wood fiber reinforced polypropylene composite was studied. Initially, polypropylene (in solution phase) was oxidized over a period of time for 4 hours. After mixing WF, PP (50 wt %), oxidized PP (3 wt %), and nanoclay particles (0, 2, 3 wt %) in a brabander, the produced pallets formed into a mat using a 150 × 150 mm2 forming frame. The thickness of the final samples is 2 mm. Physical and mechanical properties of the specimens, including Tensile and flexural strength, modulus of elasticity and rapture, Impact Resistance, water absorption and thickness swelling were conducted according to ASTM. The results showed all mechanical and physical properties of the composite were improved by using the comptibilizer. Moreover, in the presence of nanoclay particles, the physical and mechanical properties, excluding impact strength were improved. nanoclay particles distribution and morphology of composites were studied with x-ray diffraction and electron microscopy. It revealed that the distribution of the nano particles in the polymeric matrix was formed in an intercalation structure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • oxidized polypropylene
  • wood plastic composite
  • Mechanical and physical properties
  • Nano-clay particles
  • compatibilizer
[1]. Kazemi, S. M. and Jalilvand, M. (2008). Investigation on wood plastic composite resistance against water, fire and fungal attack compared to untreated maple and elm. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 22(2): 81-98.

[2]. Lu, Z., Wu, Q. Mc., and Nabb, S. (2000). Chemical coupling in wood fiber and polymer composites. a review of coupling agents and treatments. Wood and Fiber Science, 32(1): 88-104.

[3]. Abdouss, M., Sharifi-Sanjani, N., and Bataille, P. (1999). Oxidation of polypropylene in a solution of monochlorobenzene. Journal of Applied Polymer Science, 74(14): 3417-3427.

[4]. Shlyapnikov, Y., Mar’in, A., and Eur, A. P. (1987). New phenomena observed on dissolution of low-molecular compounds in polymers antioxidant solubility. Polymer Journal, 23(8): 629-632.

[5]. Carlsson, D. J., Brousseau, R., and Wiles, D. M. (1986). Reaction of sulfur dioxide with oxidized polyolefin. Journal of Polymer Degradation and Stability, 15(1): 67-79.

[6]. Lu, J. Z., Wu, Q., and Negulescu, I. (2005). Wood-fiber/high-density-polyethylene composites; Coupling Agent Performance. Journal of Applied Polymer Science, 96(1): 93–102.

[7]. Kazemi Najafi, S., Bahra, A., and Abdouss, M. (2010). Effect‏ of oxidized polypropylene as a new compatibilizer on water absorption and mechanical properties of wood flour-polypropylene composites. Journal of Applied Polymer Science, 119(1): 438-432.

[8]. Nourbakhsh, A. (2013). The utilization of two recycled polymers and bagasse fiber in wood plastic nano-clay composites production. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 28(3): 435-540.

[9]. Han, G., Lei, Y., Wu, Q., Kojima, Y., and Suzuki, S. (2008). Bamboo-fiber filled high density polyethylene composites; effect of coupling treatment and Nano-clay. Journal of Polymer Environment, 16(2): 123-130.

[10]. Nourbakhsh, A. and Ashori, A. (2009). Influence of Nano-clay and coupling agent on the physical and mechanical properties of polypropylene/bagasse Nano-composite. Journal of Journal of Applied Polymer Science, 112(3): 1386–1390.

[11]. Wu, Q., Lei, Y., Clemons, C. M., Yao, F., Xu, Y., and Lian, K. (2007). Properties of HDPE/clay/wood Nano-composites. Journal of Plastics Technology, 2(1): 108-115.

[12]. Kord, B. (2010). Investigation on the effects of Nano-clay particles on mechanical properties of wood polymer composite made of high density polyethylene-wood flour. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 25(1 (32)): 91-101.

[13]. Sain, M., Suhara, P., law, S., and Bloullooux, A. (2005). Interface modification and mechanical properties of natural fiber-polyolefin composite products. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 24(2): 121-130.

[14]. Sun, Q., Schork, J., and Deng, Y. (2007). Water-based polymer/clay Nano-composite suspension for improving water and moisture barrier in coating. Journal of Composites Science and Technology, 67(9): 1823-1829.

[15]. Wang, H., Zheng, C., Elkovitch, M., Lee, L. J., and Koelling, K. W. (2001). Processing and properties of polymeric Nano-composites. Journal of Polymer Engineering Science, 41(11): 236-246.

[16]. Deshmane, D., Yuan, Q., and Misra, R. D. K. (2007). High strength-toughness combination of melt intercalated Nano-clay-reinforced thermoplastic olefins. Journal of Material Science Engineering, 460-461(1-2): 277-287.

[17]. Krzysik, N. and Yang-quiest, B. (1999). Dependence of the mechanical properties of wood flour polymer composites on the moisture content. Journal of Applied Polymer Science, 68(13): 2069-2076.

[18]. Alexandre, B., Marais, S., langevin, S., Mederic, P., and Aubry, T. (2006). Nano composite based polyamide 12/montmorillonite: relationships between structures and transport properties. Journal of Desalination, 199(1-3): 164-166.

[19]. Zhao, Y., Wang, K., Zhu, F., Xue, P., and Jia, M. (2006). Properties of poly (vinyl chloride)/wood flour/montmorillonite composites: effects of coupling agents and layered silicate. Journal of Polymer Degradation and Stability, 91(12): 2874-2883.

[20]. Khoeini, M., Bazgir, S., Tamizifar, M., and Nemati, Z. A. (2008). Modified process of silicates layered for use in polymer Nano composites. New Materials National Congress, June.10-12 Tehran, Iran, pp. 202-212.