نفوذ مولكولي تولوين در كامپوزيت‌‍‌هاي لاستيك طبيعي پرشده با كربنات كلسيم

Molecular Diffusion of Toluene through CaCO3-Filled Natural Rubber Composites

خواص انتقال مايعات و گازها از درون مواد پليمري نقش مهمي را در بسياري از كاربردهاي صنعتي اين محصولات ايفا مي‌كند. در اين پژوهش، كامپوزيت‌هاي لاستيك طبيعي تقويت‌شده با كربنات كلسيم به روش اختلاط مذاب توليد شد. براي بررسي فرايند انتقال تولوين در كامپوزيت‌هاي توليدي از آزمون تورم تعادلي استفاده شد. نفوذ و انتقال تولوين از كامپوزيت‌هاي لاستيك طبيعي- كربنات كلسيم در محدوده دمايي?C ‌45-25 بررسي شد. نفوذ تولوين در اين نوع كامپوزيت‌ها با اهميت بر مقدار مصرف كربنات كلسيم و نيز اثر دما بر فرايند انتقال تحليل شد. پارامترهاي انتقال مانند ضريب نفوذ، ضريب جذب و ضريب تراوايي بر اساس آزمون تورم تعادلي ارزيابي شدند. براي درك سازوكار نفوذ تولوين در كامپوزيت‌هاي توليدي، اطلاعات آزمون تورم در يك معادله تجربي به كار برده و از اين راه نوع سازوكار انتقال معين شد. در كامپوزيت‌هاي توليدي نفوذ تقريباً از نوع فيكي رخ مي‌دهد و با افزايش دما، سازوكار نفوذ به حالت نفوذ فيكي نزديك‌تر مي‌شود. افزايش مقدار پركننده مقدار تورم نهايي كامپوزيت و سرعت نفوذ حلال را كاهش مي‌دهد. با افزايش دما سرعت نفوذ و هم‌چنين مقدار تراوش‌پذيري و به عبارت ديگر مقدار تورم نهايي كامپوزيت افزايش مي‌يابد. نتايج نشان مي‌دهد، غلظت پركننده در كامپوزيت نقش تعيين كننده‌اي در مقادير ضرايب نفوذ، جذب و تراوايي كامپوزيت دارد. هم‌چنين، با به‌كارگيري آزمون ديناميكي- مكانيكي، رفتار ديناميكي- مكانيكي و برهم‌كنش‌هاي بين فازي در كامپوزيتهاي لاستيك طبيعي بررسي شد. ريزساختار و پراكندگي ذرات كربنات كلسيم در ماتريس لاستيك طبيعي نيز بر اساس تصاوير ميكروسكوپ الكتروني ارزيابي شد. به‌طور كلي نتايج آزمون‌هاي تورم و ديناميكي- مكانيكي و هم‌چنين تصاوير ميكروسكوپي نشان مي‌دهد، مقدار بهينه كربنات كلسيم در لاستيك طبيعي phr 10 است

The transport properties of liquids and gases through polymeric materials play a very important role in some areas of industrial applications. In this study, natural rubber (NR)/CaCO3 composites were prepared by melt mixing method. By equilibrium swelling test, the transport process of toluene in the prepared natural rubber composites was investigated. The diffusion and transport of toluene through calcium carbonate-filled natural rubber composites have been studied in the temperature range 25–45°C. The diffusion of toluene through these composites was studied with special reference to the effect of filler concentration and temperature. The transport coefficients such as diffusion, permeation and sorption coefficients were estimated from the swelling data. To find out the mechanism of diffusion in prepared composites, the results of swelling studies were applied to an empirical equation. In these composites, diffusion is approximately based on Fickian diffusion mechanism and by increases in temperature; diffusion mechanism is more close to Fickian mechanism. Increase of filler content in composite would result in decreased ultimate swelling and slower diffusion rate of solvent. The diffusion rate, diffusion coefficient and the permeability increased by temperature. The study of the diffusion of toluene through filled natural rubber indicated that the concentration of filler plays an important role in the diffusion, sorption and permeation coefficients. Also interfacial interactions in NR composites were checked by dynamic-mechanical analysis. The microstructure and dispersion of calcium carbonate particles in natural rubber matrix were studied by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). In general, the results of swelling tests, dynamic-mechanical analysis and FE-SEM images show that the optimized value of filler in NR composites is equal to 10 phr calcium carbonate.