مدلسازی تجربی و نظری سینتیک پخت نانوکامپوزیت‌های اپوکسی/نانوذرات الاستومری

نانومواد

دوره 15، شماره 53، تیر 1402، صفحه 71-85   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمدحسین کرمی¹؛ محمدرضا کلایی^{* 2}؛ رامین خواجوی¹؛ امید مرادی³؛ داود زارعی¹

¹گروه مهندسی پلیمر، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران، صندوق پستی466- 19585

²مرکز تحقیقات نانو، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران، صندوق پستی466- 19585

³گروه شیمی، واحد شهر قدس، دانشگاه آزاد اسلامی، شهر قدس، ایران، صندوق پستی374-37515

چکیده

در این پژوهش، به بررسی اثر مقادیر متفاوت (5/1، 1، 5/0، 0 درصد وزنی) از نانوذرات الاستومری بر مدلسازی سینتیک پخت رزین اپوکسی پرداخته شده است. در ابتدا برای بررسی پراکنش نانوذرات در رزین اپوکسی از آزمون SEM استفاده شد. برای برهمکنش احتمالی از FTIR استفاده شد و همچنین برای بررسی ویسکوزیته کمپلکس از آزمون رئومتری (Rheometry) در شرایط همدما 65، 70 و C° 75 استفاده شد. از آزمون DSC برای ارزیابی خواص حرارتی و مدلسازی سینتیک پخت در سه دمای متفاوت 65، 70 و C° 75 در شرایط همدما استفاده شد. بررسی ریخت‌شناسی نانوکامپوزیت‌های اپوکسی نشان داد که ظاهر نانوذرات الاستومری به صورت شکل کروی بوده و اندازه ذرات بین 40 تا nm 70 می‌باشد. نتایج طیف‌سنج مادون قرمز فوریه نشان داد که که با ایجاد نانوکامپوزیت اپوکسی، طول موج گروه هیدروکسیل (O-H) افزایش می‌یابد که نشان از پیوند هیدروژنی بین رزین اپوکسی و نانوذرات الاستومری می‌باشد. نتایج آزمون رئومتری نشان داد که در دمای C° 70، ویسکوزیته کمپلکس نانوکامپوزیت 1 و 5/1 درصد رفتار مشابه یکدیگر را دارند و در این دما ویسکوزیته کمپلکس نانوکامپوزیت‌های اپوکسی در مقایسه با دیگر دماها، کاهش پیدا کرده است. مدلسازی سینتیک پخت نانوکامپوزیت‌های اپوکسی بوسیله مدل‌های درج nام، کمال، و هوری مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج نشان داد که مدل درجه nام توافق بهتری با داده‌های آزمایشگاهی دارد و همچنین حضور 5/0 و 1 درصد وزنی از نانوذرات الاستومری در رزین اپوکسی انرژی فعال‌سازی رزین اپوکسی را کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

رزین اپوکسی؛ نانوذرات الاستومری؛ DSC؛ رئومتری؛ FTIR؛ سینتیک پخت؛ مدل درجه nام

مراجع

• Qiao, Advanced Industrial and Engineering Polymer Research, 3, 2020, 47.
• Wang, X. Zhang, L. Jiang, J. Qiao, Progress in Polymer Science, 98, 2019, 101160.
• H. Karami, M.R. Kalaee, R. Khajavi, O. Moradi, D. Zaaei, Advancedmaterials&Novel Coatings, 10, 2021, 2758.
• H. Song, F. Zhou, X. Wang, Y. Ren, X.H. Zhang, M.M. Guo, J.L. Qiao, Acta Polymerica Sinica, 4, 2017, 676.
• Karami, S.M. R.Paran, P. Vijayan, M.R. Ganjali, M. Jouyandeh, A. Esmaeili, Composite Science, 4, 2020, 111.
• Aghajani, M.R. Kalaee, S. Mazinani, Advance Materials and Novel Coatings, 28, 2019, 2036.
• Qi, X. Zhang, B. Li, Z.Song, J. Qiao, Polymer Chemistry, 2, 2011, 1271.
• Li, H. Xia, J. Peng, M. Zhai, G. Wei, J. Li, J. Qiao, Radiation Physics and Chemistry, 76, 2007, 1732.
• Forcellese, M. Simoncini, A. Vita, A. Giovannelli, L. Leonardi, Journal of Materials Processing Technology, 286, 2020, 116839.
• Akhlaghi, M.R. Kalaee, E. Jowdar, A. Nouri, S. Mazinani, M. Afshari, M.H.N. Famili, Polymer Advance Technology, 23, 2012, 534.
• Wang, X. Zhang, W. Dong, H. Gui, J. Gao, J. Lai, Materials Letters, 61, 2007, 1174.
• Ahmadi, Progress in Organic Coatings, 132, 2019, 445.
• T. Pham, Y. Xuan, X.Y. Zhan, F.M. Wang, C.C. Chern, Thermochim Acta, 676, 2019, 144.
• Poorabdollah, S. Danaei, ThermochimActa, 685, 2020, 178515.
• Heidary, G. Minak, Composite Structure, 201, 2011, 112.
• Zabihi, H. Khayyam, B. Fox, M. Naeb, New Journal of Chemistry, 39, 2015, 2269.
• G. Martinez, N.R. Gude, A. Urena, Reactive and Functional Polymers, 129, 2018, 103.
• Ding, R. Xu, D. Yu, H. Chen, R. Fan, Journal of Applied Polymer Science, 90, 2003, 3503.
• Esmizadeh, G. Naderi, A.A. Yousefi, C. Milone, Journal of Thermal Analysis Calorimetry, 26, 2016, 771.
• Reso, C.N. Cascaval, F. Mustata, C. Ciobanu, Thermochimica Acta, 383, 2002, 119.
• Montserrat, J. Malek, Thermochimica Acta, 228, 1993, 47.
• Malek, Thermochimica Acta, 138, 1989, 337.
• Malek, Thermochimica Acta, 200, 1992, 257.
• Zhang, G. Qi, X. Wang, B. Li, Z. Song, Y. Ru, X. Zhang, Rsc Advances, 5, 2015, 98904.
• Wang, X. Zhang, L. Jiang, J. Qiao, Progress in Polymer Science, 98, 2019, 101160.
• Ghaffari, M. Ehsani, H.A.Khonakdar, G.V. Assche, H. Terryn, Thermochimica Acta, 549, 2012, 81.
• R. Kalaee, M.H.N. Famili, H. Mahdavi, Polymer Plastics Technology and Engineering, 48, 2009, 627.
• Akhlaghi, M.R. Kalaee, S. Mazinani, E. Jowdar, A. Nouri, A.Sharif, Thermochimica Acta, 527, 2019, 91.
• Allahbakhsh, S. Mazinani, M.R. Kalaee, F. Sharif, Thermochimica Acta, 563, 2013, 22.
• Jafari, M. Shakiba, F. Khosravi, S. Ramakrishna, E. Abasi, Y.S. Teo, M.R. Kalaee, Molecules, 26, 2021, 1597.
• Vyazovkin, A.K. Burnham, L. Favergeon, N. Koga, E. Moukhina, A. Luis, P. Maqueda, Thermochimica Acta, 689, 2020, 178597.
• Malek, Thermochimica Acta, 200, 1992, 257.
• H. Karami, M.R. Kalaee, Polymerization, 2021. https://doi.org/ 10.22063/BASPARESH.2021.2824.1537.
• H. Karami, M.R. Kalaee, S. Mazinani,V.G. Martinez, R.M.R. Wellen, A.M. Shanmugharaj, K. Kim, "Isoconversional Model Approach and Cure Kinetics of Epoxy/NBR Nanocomposites", 14^th International Seminar on Polymer Science and Technology (ISPST 2020), Tehran, Iran, November 2020
• H. Karami, M.R. Kalaee, "Curing of Epoxy/UFNBRP Nano Composites Using Calorimetric Method", 11^th International Chemical Engineering Congress & Exhibition (IChEC 2020), Tehran, Iran, April 2020.
• H. Karami, M.R. Kalaee, S. Mazinani, "Chemorheology of Nano acrylonitrile butadiene rubber (n-NBR)/epoxy nanocomposites", 1^st International Conference on Rheology (ICOR), Iran Polymer and Petrochemical Institute, Tehran, Iran, December 2019.
• H. Karami, M.R. Kalaee, "Chemorheology of epoxy nanocomposites in the presence of elastomeric nanoparticles", 1^st National Conference on Advanced Technologies in Energy, Water and Environment, Sharif Energy Research Institute, Tehran, Iran, March 2021.
• H. Karami, M.R. Kalaee,"Modeling of curing kinetics of epoxy nanocomposites by time sweep method", 1^st National Conference on Advanced Technologies in Energy, Water and Environment, Sharif Energy Research Institute, Tehran, Iran, March 2021.
• Luo, X. Yu, Y. Ma, K. Naito, Q. Zhang, Thermochim Acta, 663, 2018, 1.
• Aris, A. Shojaei, R. Bagheri, Industrial & Engineering Chemistry Research, 54, 2015, 8954.
• Zhang, K.Y. Rhee, S.J. Park, Composite Part B Engineering, 114, 2017, 111.
• Zhang, K.Y. Rhee, S.J. Park, Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 55, 2017, 1890.
• H. Zhang, Y.T. Liu, R. Wang, X.Y. Yu, X.Y. Qu, Q.X. Zhang, Chinese Chemical Letters, 22, 2011, 485.
• Singh, A. Mohanty, Materials Research Express, 6, 2019, 125316.
• H. Karami, M.R. Kalaee, Polymerization, 2021, DOI: 10.22063/BASPARESH.2021.2895.1552.
• R. Ayatollahi, E. Alishahi, R.S. Doagou, S. Shadlou, Composite Part B Engineering, 43, 2012, 3425.
• H. Karami, M.R. Kalaee, Iranian Rubber Magazine, 25, 2021, 37.
• H. Karami, M.R. Kalaee, Iran Polymer Technology, Research and Development, 6, 2021, 2021.
• Zhang, J.R. Choi, S.J. Park, Composite Part A, Applied Science Manufacture, 101, 2017, 227.
• H. Karami, M.R. Kalaee, R. Khajavi, O. Moradi, D. Zaaei, "Effect of Vulcanized Elastomeric Nanoparticles on Thermal Stability and The Maximum Decomposition Temperatures of Epoxy Resin", 17^th National Chemical Engineering Congress & Exhibition (IChEC 2021), Mashhad, Iran November 2021.
• M.H. Karami, M.R. Kalaee, R. Khajavi, O. Moradi, D. Zaaei, "Viscosity Modeling of epoxy Nanocomposites/Elastomeric Nanoparticles", 17^th National Chemical Engineering Congress & Exhibition (IChEC 2021), Mashhad, Iran November 2021.