بهبود خواص مكانيكي و حرارتي نانوكامپوزيت اكسيد گرافن اصلاح شده شيميايي / پلي پروپيلن

Improving the mechanical and thermal properties of chemically modified graphene oxide/polypropylene nanocomposite

در اين مطالعه به بررسي جامع نانوكامپوزيت پلي پروپيلن/اكسيد گرافن پرداخته شده و اثرات تقويتي ذرات اكسيد گرافن بر روي خواص مكانيكي و حرارتي پليمر غير قطبي پلي پروپيلن بررسي شده است. براي بهبود خواص پلي پروپيلن با استفاده از نانوذرات اكسيد گرافن با دو چالش اساسي مواجه هستيم. اول، عدم توزيع مناسب نانوذره درون شبكه پلي پروپيلن. دوم، عدم چسبندگي مناسب بين نانوذره و زنجيره هاي پليمري. در اين كار ابتدا اكسيد گرافن با استفاده از روش اصلاح شده هامر از گرافيت خام سنتز و سپس به منظور توزيع بهتر و همچنين افزايش چسبندگي بين اكسيد گرافن و پلي پروپيلن گروه هاي 12 كربني آلكيل طي يك واكنش ساده جانشيني هسته دوستي دومولكولي بر روي سطح اكسيد گرافن نشانده مي شود. اثبات وجود گروه هاي آلكيلي بر روي سطح اكسيد گرافن با استفاده از نتايج طيف سنجي تبديل فوريه فروسرخ (FT-IR) بررسي شد. جهت جلوگيري از كلوخه شدن اكسيد گرافن آلكيل دارشده (AGO) در شبكه پلي پروپيلن، از روش اختلاط محلولي براي تهيه نانو كامپوزيت هاي PP/AGOبا درصد جرمي 0.1، 0.3 و 0.5% AGO استفاده شده است. عدم كلوخگي ذرات با استفاده از عكس برداري SEM به تاييد رسيده است. استحكام مكانيكي نانو كامپوزيت هاي تهيه شده با بررسي رفتار تنش-كرنش آن ها موردبررسي قرار گرفت و مشخص شد با افزودن 0.1، 0.3 و 0.5% از AGO به شبكه پلي پروپيلن مدول يانگ پليمر به ترتيب 20، 30 و 34% افزايش پيدا مي كند. پايداري حرارتي نيز با استفاده از آناليز وزن سنجي حرارتي (TGA) مورد بررسي قرار گرفت و دماي افت جرم 10% براي نانوكامپوزيت با 0.1، 0.3 و 0.5% AGO به ترتيب 2، 8 و 12 درجه سلسيوس افزايش نسبت به پلي پروپيلن خالص نشان داد.

The aim of present work is the investigation of polypropylene/graphene oxide nanocamposies. In this work، the reinforcing effects of the graphene oxide nanoparticles on the mechanical and thermal properties of the nonpolar polypropylene are examined. There is two main challenges to improve the properties of polypropylene by graphene oxide nanoparticles. First، the nanoparticles have not suitable dispersion in polymer matrix. Furthermore، there is not sufficient adhesion between nanoparticle and polymer chains. In this study، the graphene oxide (GO) surface is modified by a linear alkyl chain via a bimolecular nucleophilic substitution reaction between the oxygen groups of GO and reactants to promote the homogeneous dispersion of GO in the organic solvent and increasing the interfacial adhesion between the graphene oxide and polymer matrix. The presence of the alkyl groups on the surface of graphene oxide nanoparticles is characterized by FT-IR. To prevent the AGO aggregation in the polypropylene، the solution-blending method is used to prepare the nanocomposites with 0.1، 0.3، 0.5 wt% AGO. The SEM images confirmed the appropriate dispersion of the graphene oxide in the composites. The stress-strain analysis، dynamic-mechanical thermal analysis (DMTA)، and thermal gravimetric analysis (TGA) are performed to investigate the mechanical and thermal properties of nanocomposites. The results demonstrated that the Young’s modulus of the polymer are improved by 20، 30 and 34% with adding 0.1، 0.3 and 0.5% AGO، respectively. Also the 10% mass loss temperature for 0.1، 0.3 and 0.5% AGO nanocomposites compared to neat polypropylene increased by 2، 8، 12 C0، respectively.