اثر مقدار و خواص سطح نانوذرات سيليكا بر اسفنج پلي‌استيرن

The Effect of Surface Properties and Content of Nanosilica Particles on Polystyrene Foam

عامل هسته‌زا به‌طور معمول براي كنترل هسته‌زايي سلول در توليد محصولات اسفنجي با كيفيت مناسب استفاده مي‌شود. خواص سطح نانوذرات شامل خواص هندسي مانند شكل ذرات، اندازه و توزيع آنها از جمله عوامل موثرند. با وجود اين، مطالعات خيلي كمي روي اثر هندسه ذرات بر بازده اسفنج نهايي انجام شده است. اين مطالعه تلاشي براي كنترل ساختار اسفنج پليمري با استفاده از نانوذرات سيليكا در يك فرايند ناپيوسته است. از پلي‌استيرن با مصرف معمولي (GPPS1540) به عنوان زمينه پليمري، نانوذرات سيليكا به عنوان عامل هسته‌زا و گاز كربن دي‌اكسيد به عنوان عامل پف‌زا استفاده شده است. براي پراكنش بهتر نانوذرات در زمينه پليمر تركيبي از روش‌هاي محلولي و مذاب استفاده شد. همچنين، در اين پژوهش اثر اصلاح سطح نانوذرات سيليكا روي ساختار اسفنج پليمري بررسي شده است. ابتدا نانوذرات سيليكا به وسيله وينيل تري‌اتواكسي سيلان اصلاح شد. سپس كشش سطحي ذرات سيليكاي اصلاح شده، اصلاح نشده و پلي‌استيرن به كمك آزمون زاويه تماس معين شد. در ادامه با تركيبي از روش‌هاي محلولي و مذاب دو نوع نانوكامپوزيت با غلظت‌هاي مختلف پركننده تهيه شد. همچنين، به منظور تهيه اسفنج از نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي تهيه شده موجود، از دستگاه ويژه‌اي با قابليت عملكرد در دما و فشار زياد، افت آني فشار و كنترل سرعت تثبيت استفاده شد. اثر اصلاح سطح نانوذره سيليكا روي اسفنج تهيه شده با تعيين چگالي سلول و اندازه سلول به وسيله تصاوير گرفته شده از ميكروسكوپ الكتروني پويشي مشخص شد. نتايج نشان داد، اصلاح سطح نانوذرات منجر به افزايش چگالي سلول و كاهش اندازه سلول مي‌شود و افزايش غلظت نانوذرات اين اثربخشي را افزايش مي‌دهد.

Nucleating agents are commonly used for controlling cell nucleation in the production of high-quality foam products. The surface properties of nanoparticles include geometrical characteristics, such as the particle shape, size, and size distribution and in this respect there are few reports on the effects of geometry of particles on foaming efficiency. This study is an effort to control polymeric foam structure with addition of silica nanoparticles in a batch process. In this research polystyrene (GPPS 1540) was used as a matrix, nanosilica as nucleating agent and supercritical carbon dioxide (CO2) as blowing agent. For better dispersion of nanoparticles in the matrix, a combination of solution and melt method was employed. In continuation, the effect of surface treatment of nanoparticle on polymer foam is investigated. First, silica nanoparticles were modified by reaction with vinyltriethoxysilane followed by characterization of the results. Then, the surface tension of polystyrene, silica and modified silica were determined by contact angle test in order to predict the dispersion of nanoparticles in polystyrene. Then, two kinds of polystyrene/silica (treated and non-treated) nanocomposites were prepared with different filler loadings by a combination of solution and melting methods. A high pressure/high-temperature vessel capable of instantaneous pressure release and controlled stabilization was used to prepare polystyrene-nanosilica nanocomposites foam. The effect of surface treatment of nanosilica particles on microcellular foaming was investigated by characterizing the cell density and cell size of the foamed product using SEM. The results showed that surface-treated nanosilica has considerable effect on decreasing cell size and increasing the cell density.