وبلاگ

۴/۹۳

۲۹۹۰۰

۱۹

نانو ذرات سیلیکات مخلوط شده بدون-التراسون (۲%)

۳/۵۰

۶۹۷۰

وزن نمونه نانو ذرات ۱۷، ۱۸ و ۱۹ مقدار ثابت (۶۷۲۲۵/۰ گرم، مول) است.
شکل ۴- ۱۳ اثر نانو ذرات سیلیکات بر روی ویسکوزیته رزین اکریلیک.
شکل ۴- ۱۴ اثر نانو ذرات سیلیکات بر روی استحکام چسبندگی جداشدگی رزین اکریلیک (میانگین دو اندازه‌گیری برای هر نقطه).

فصل پنجم
بحث و نتیجه‌گیری
۵-۱ مقدمه
چسب‌های حساس به فشار در طی فرایند پیوند دادن شان هیچ تغییر شکل فیزیکی و واکنش شیمیایی انجام نمی‌دهند. در عوض خواص آنها به طور کامل با پایه رزین و سایر اجزایی که برای ساختن چسب نهایی انتخاب شده اند کنترل می‌شود. بهبود خواص چسب حساس به فشار بهتر است به گونه‌ای باشد که باعث پایین آمدن خواص دیگر چسب نشود، مانند بالارفتن استحکام چسبندگی جداشدگی که باعث افزایش بیش از حد ویسکوزیته شود که این نتیجه بهینه نیست. در این پژوهش سعی شد تا به پلیمریزاسیون امولسیونی مونومرهای اکریلیکی برای بهبود خواص چسب‌های حساس به فشار پرداخته شود. بعد از ارائه یافته‌های پژوهش در فصل چهار، در این فصل سعی شده است تا داده‌های پژوهش به صورت توصیفی، تحلیلی و سوالات پژوهش بر اساس یافته‌های پژوهش مورد ارزیابی قرار گیرد.
۵-۲ بحث در نتایج پژوهش
۵-۲-۱ نتایج آمار توصیفی
همان طور که دیده می‌شود کوپلیمر اکریلیک اسید و بوتیل اکریلات چسبندگی رزین اکریلیک را به طور زیادی مورد تأثیر قرار داده است. در مقادیر بالای (۵ گرم) از هر دو مونومرهای بوتیل اکریلات و اکریلیک اسید دیده می‌شود که افزایش مونومرهای بوتیل اکریلات و اکریلیک اسید باعث افزایش استحکام چسبندگی جداشدگی و کاهش ویسکوزیته رزین اکریلیک شد. در مقادیر بالای (۲۰ گرم) از هر دو مونومرهای بوتیل اکریلات و اکریلیک اسید، استحکام چسبندگی جداشدگی کاهش یافت و ویسکوزیته افزایش یافت که نشان دهنده این است که بهتر است کوپلیمر اکریلیک اسید و بوتیل اکریلات در مقادیر بالاتر از این محدوده برای ساخت چسب حساس به فشار بهتر است استفاده نشود. در حقیقت هدف اصلی این پروژه بهبود استحکام چسبندگی جداشدگی رزین اکریلیک بود. شکل ۴-۲ و ۴-۳ به ترتیب تغییرات ویسکوزیته و میانگین استحکام چسبندگی جداشدگی رزین اکریلیک را در اثر افزایش نسبت کوپلیمر اکریلیک اسید و بوتیل اکریلات نشان می‌دهد.
حداکثر استحکام چسبندگی جداشدگی در مقدار آغازگر (۲۵/۱ گرم، ۰۰۵/۰ مول) به دست آمد و بعد از این با افزایش مقدار آغازگر استحکام چسبندگی جداشدگی کاهش و ویسکوزیته به شدت افزایش یافت.
با توجه به شکل ۴-۶ با افزایش مقدار ماده فعال سطحی استحکام چسبندگی جداشدگی ابتدا روند کاهشی سپس افزایشی داشت. همان طور که در شکل ۴-۵ مشاهده می‌شود در مقدار ماده فعال سطحی (۷۰ گرم، ۶۱/۱ مول) افزایش شدیدی در مقدار ویسکوزیته مشاهده شد و با افزایش بیشتر مقدار ماده فعال سطحی، ویسکوزیته کاهش یافت. بنابراین در مقدار ماده فعال سطحی (۱۰۵ گرم، ۴۱/۲ مول) با ویسکوزیته به نسبت کمتر، بیشترین استحکام چسبندگی جداشدگی به دست آمد.
با توجه به شکل ۴-۸ در دماهای بالای Cº ۶۰ استحکام چسبندگی جداشدگی افزایش یافت و در دماهای بالاتر از Cº ۶۵ استحکام چسبندگی جداشدگی کاهش یافت. با افزایش دما ویسکوزیته ابتدا مقدار کمی داشت سپس در دمای ºC 68 افزایش شدیدی یافت. بهترین دما برای تولید رزین اکریلیک که استحکام چسبندگی جداشدگی بالایی داشته باشد در چنین فرمول بندی که مونومر سخت وینیل استات با مونومر نرم بوتیل اکریلات و مونومر کمکی اکریلیک اسید ترپلیمریزاسیون شدند، Cº ۶۵ بود. بر طبق شکل ۴-۷ با افزایش دما ویسکوزیته ابتدا مقدار کمی داشت سپس در دمای ºC 68 افزایش شدیدی یافت.
همان طور که در جدول ۴-۵ نشان داده می‌شود استحکام چسبندگی جداشدگی نانو ذرات سیلیکات پودری صفر به دست آمد. بیشترین مقدار استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته در نمونه نانو ذرات سیلیکات مخلوط شده به روش التراسون (۲%) به دست آمد. با توجه به شکل ۴-۱۴ بیشترین استحکام چسبندگی جداشدگی متعلق به پلیمریزاسیون با نانو ذرات سیلیکات مخلوط شده به روش التراسون (۲%) در محدوده و شرایط اندازه گیری شده است. همچنین با توجه به شکل ۴-۱۳ پایین ترین مقدار ویسکوزیته متعلق به نانوذرات سیلیکات پودری و نانو ذرات سیلیکات مخلوط شده بدون التراسون (۲%) است.
۵-۲-۲ نتایج آمار استنباطی
در فصل چهارم با تجزیه و تحلیل اطلاعات به سوالات پژوهش پاسخ داده شد که در این فصل به خلاصه نتایج اشاره می‌شود.
۵-۲-۲-۱ سوال اصلی پژوهش
آیا پلیمرهای به دست آمده از روش پلیمریزاسیون امولسیونی به عنوان چسب‌های حساس به فشار مناسب می‌باشند؟
آب ظرفیت گرمایی بالایی دارد و بنابراین می‌تواند مقدار زیادی از انرژی گرمایی را در طی پلیمریزاسیون بگیرد. ویسکوزیته پایین محیط آبی، انتقال سریع حرارت را امکان پذیر می‌سازد. حذف آب در اثر منعقد کردن ذرات شیرابه یا در اثر تبخیر کردن راحت است. وجود آب در پلیمریزاسیون امولسیونی به کاهش گرمای ناشی از واکنش پلیمریزاسیون (که بسیار گرمازا است) بسیار کمک می‌کند، بنابراین موجب افزایش سرعت واکنش می‌شود و هم زمان وزن مولکولی هم بالا می‌رود (مهدویان و همکاران، ۱۳۸۷). از آنجا که آب به عنوان محیط واکنش استفاده شده‌ است واکنش و محصول به محیط زیست صدمه کمتری می‌زنند. رعایت شرایط تعادل از اهمیت زیادی برخوردار است. برای این کار باید با تقطیر آب و دیگر ملکول‌های کوچک از مخلوط واکنش در شرایط دمایی و فشاری مناسب تعادل را به سمت تولید رزین پیش برد. به طور معمول، محصول پلیمریزاسیون امولسیونی بدون فرآیندهای دیگر نیز قابل استفاده ‌است. با بهره گرفتن از پلیمریزاسیون امولسیونی مقدار مونومرهای بوتیل اکریلات و اکریلیک اسید، مقدار آغازگر و مقدار ماده فعال سطحی اضافه شده به پلیمریزاسیون و دمای پلیمریزاسیون در این پژوهش قابل تغییر و کنترل است. بنابراین مقدار بهینه هرکدام از این موارد با توجه به افزایش استحکام چسبندگی جداشدگی انتخاب شد. مقدار بوتیل اکریلات (۵ گرم، ۰۴/۰ مول) و اکریلیک اسید (۵ گرم، ۰۷/۰)، باعث افزایش استحکام چسبندگی جداشدگی رزین اکریلیک شد.
پلیمریزاسیون با مقدار بهینه بوتیل اکریلات (۵ گرم، ۰۴/۰ مول) و اکریلیک اسید (۵ گرم، ۰۷/۰) با مقدارهای متغییر آغازگر انجام شد . حداکثر استحکام چسبندگی جداشدگی در مقدار آغازگر (۲۵/۱ گرم، ۰۰۵/۰ مول) به دست آمد.
پلیمریزاسیون با مقدار بهینه بوتیل اکریلات (۵ گرم، ۰۴/۰ مول) و اکریلیک اسید (۵ گرم، ۰۷/۰)و مقدار آغازگر (۲۵/۱ گرم، ۰۰۵/۰ مول) با مقادیر مختلف ماده فعال سطحی انجام شد. در مقدار ماده فعال سطحی (۱۰۵ گرم، ۴۱/۲ مول) بیشترین استحکام چسبندگی جداشدگی به دست آمد.
سپس پلیمریزاسیون با مقدار بهینه بوتیل اکریلات (۵ گرم، ۰۴/۰ مول) و اکریلیک اسید (۵ گرم، ۰۷/۰)و مقدار آغازگر (۲۵/۱ گرم، ۰۰۵/۰ مول) و مقدار ماده فعال سطحی (۱۰۵ گرم، ۴۱/۲ مول) در دماهای مختلف انجام شد. بهترین دما برای تولید رزین اکریلیک که استحکام چسبندگی جداشدگی بالایی داشته باشد Cº ۶۵ بود.
بعد از اینکه شرایط مناسب پلیمریزاسیون رزین اکریلیک به دست آمد اثر نانو ذرات سیلیکات بر استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته مورد بررسی قرار گرفت. بیشترین مقدار استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته در نمونه نانو ذرات سیلیکات مخلوط شده به روش التراسون (۲%) به دست آمد.
با توجه به جدول ۴-۳ نمونه ۱۲ که حاوی ماده فعال سطحی به مقدار (۱۰۵ گرم، ۴۱/۲ مول) بود دارای بالاترین استحکام چسبندگی جداشدگی ( N/mm106) و ویسکوزیته ( cp590700) بود. بعد از آن نانو ذرات سیلیکات مخلوط شده به روش التراسونیک (۲%) در میان سه نمونه مختلف نانو ذرات سیلیکات دارای بالاترین استحکام چسبندگی جداشدگی (N/mm 2/93) بود. مشاهده شد که استفاده از نانو ذرات سیلیکات اثر چندانی بر استحکام چسبندگی جداشدگی نداشت. احتمال دارد به دلیل استفاده از پلیمریزاسیون امولسیونی با توجه به مزیت‌هایی که دارد و با تغییر شاخصه‌های پژوهش به مقدارهای بهتری از استحکام چسبندگی جداشدگی رسیده بوده باشیم.
مقدار سرعت واکنش پذیری^[۱۱۲] مونومرها در تعیین ترکیب کوپلیمر دارای اهمیت زیادی است. با توجه به یافته‌های اواندو-مدینا^[۱۱۳] و همکاران (۲۰۰۸) و باتایل^[۱۱۴] (۱۹۸۹) در شرایطی مشابه شرایط پلیمریزاسیون امولسیونی انجام شده در این پژوهش سرعت واکنش پذیری مونومر بوتیل اکریلات (۶۷/۱۰) و سرعت واکنش پذیری مونومر وینیل استات (۰۲۴/۰) به دست آمد. مونومر بوتیل اکریلات به دلیل بالاتر بودن واکنش پذیری اش نسبت به مونومر وینیل استات فعال تر می‌باشد. بنابراین نوع پلیمر تصادفی و غنی تر از مونومر بوتیل اکریلات می‌باشد.
نتایج به دست آمده از بررسی سوال اصلی پژوهش با یافته‌های جوانویک و همکاران (۲۰۰۵) همخوانی دارد. یافته‌های این پژوهشگران نشان می‌دهد که متغییرهای مختلفی که روی بهبود رزین در پلیمریزاسیون امولسیونی اثر گذار است، قابل تغییر و بررسی است و با تغییر آن‌ها به چسبناکی و استحکام چسبندگی جداشدگی بالا دست یافتند. احتمال دارد چسبناکی و استحکام چسبندگی جداشدگی بالای به دست آمده مربوط به جرم ملکولی بالایی که به دست آمد باشد.
۵-۲-۲-۲ سوالات فرعی پژوهش
-کارایی اثر مقدار کوپلیمر بوتیل اکریلات و اکریلیک اسید بر استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته چسب‌های حساس به فشار چگونه است؟
روش مناسب جهت توقف روند پلیمریزاسیون انتخاب غلظت مونومرها است و پلیمریزاسیون تا جایی پیش می‌رود که مونومرها به طور کامل مصرف شوند و این توقف درست باعث افزایش وزن ملکولی و سرعت پلیمریزاسیون می‌شود و در نهایت استحکام چسبندگی جداشدگی افزایش می‌یابد. مونومر سخت وینیل استات (غیر قطبی) در اثر قرارگیری روی زنجیر پلیمری در کنار مونومر کمکی اکریلیک اسید (قطبی) و مونومر نرم بوتیل اکریلات (غیر قطبی) با دمای انتقال شیشه‌ای بسیار منفی، به احتمال زیاد باعث می‌شود که دمای انتقال شیشه‌ای رزین اکریلیک در محدوده مورد نظر (در این پژوهش دمای انتقال شیشه‌ای به طور تقریبی نزدیک به دمای اتاق) برای کاربرد به عنوان یک چسب حساس به فشار قرار گیرد. به علت استفاده از مونومر قطبی در کنار غیر قطبی رزین به دست آمده می‌تواند به سطوح مختلف بچسبد و به دلیل داشتن مونومرهای آب گریز (غیرقطبی) در برابر آب که حلال قطبی است نیز تا حدی مقاوم می‌شود در نتیجه چسبندگی افزایش می‌یابد. پلیمریزاسیون با نسبت‌های مختلف کوپلیمر اکریلیک اسید و بوتیل اکریلات انجام شد تا مقدار بهینه آن در ساخت یک چسب حساس به فشار مشخص گردد. با توجه به سینتیک پلیمریزاسیون امولسیونی، افزایش مقدار کوپلیمر اکریلیک اسید و بوتیل اکریلات باعث افزایش سرعت پلیمریزاسیون و کاهش وقوع ژل (شبکه‌ای شدن) می‌گردد. در سرعت بالای پلیمریزاسیون احتمال دارد طول زنجیر پلیمری افزایش و جرم مولکولی بالا رود که شاید به همین دلیل استحکام چسبندگی جداشدگی افزایش یافت. نتایج به دست آمده از بررسی سوال فرعی اول با یافته‌های جوانویک و همکاران (۲۰۰۵) همخوانی دارد. یافته‌های این پژوهشگران نشان می‌دهد که نسبت بوتیل اکریلات به وینیل استات بر استحکام چسبندگی جداشدگی اثر دارد. در این نمونه‌ها مقدار دمای انتقال شیشه‌ای کمترین مقدار بوده است که احتمال دارد به دلیل مقدار بالای بوتیل اکریلات بوده است. احتمال دارد به همین دلیل استحکام چسبندگی جداشدگی در موارد بالاتر از مقدار بوتیل اکریلات پایین آمده باشد.
-کارایی اثر مقدار آغازگر بر استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته چسب‌های حساس به فشار چگونه است؟
نسبت میسل‌ها و تعداد ذرات آغازگر رادیکالی در داخل راکتور از لحاظ سینتیکی باید به اندازه‌ای باشد که در کل زمان پلیمریزاسیون در حدود ۲ تا ۴ ساعت به اندازه کافی حضور داشته باشد. آغازگر آمونیوم پرسولفات یک آغازگر یونی است و تمایل به حل شدن در فاز آبی دارد. شیرابه‌های آغاز شده با آغازگر آمونیوم پرسولفات بار آنیونی افزایش یافته‌ای در سطح دارند که پایداری کلوییدی را تقویت می‌کند. پس می‌توان گفت آغازگر آمونیوم پرسولفات نیز به پایداری ذرات شیرابه کمک می‌کند. آغازگر در طی یک ساعت با مقدارهای تعیین شده به پلیمریزاسیون اضافه شده، به طور منظم وارد میسل‌ها شده و وقتی دما به دمای فعال شدن آغازگر رسید آغازگر تولید رادیکال کرد و همچنین سرعت پلیمریزاسیون را افزایش داد و سرعت تولید حرارت را نیز کنترل کرد. سرعت تجزیه آمونیوم پرسولفات در فاز آبی حاوی پلی وینیل الکل در کنار ماده فعال سطحی غیر یونی نونیل فنل اتوکسیلات و آنیونی سدیم تارتارات افزایش می‌یابد. رادیکال‌ها با مونومرها‌ی درون میسل‌ها ترکیب شده و با گذشت زمان و نفوذ مونومرها به داخل میسل‌ها زنجیر پلیمری در داخل میسل‌ها تشکیل و بزرگتر می‌شود. با توجه به سینتیک پلیمریزاسیون امولسیونی با افزایش مقدار آغازگر طول زنجیر پلیمری بزرگتر و جرم ملکولی رزین اکریلیکی افزایش می‌یابد. شاید به همین دلیل افزایش مقدار آغازگر باعث افزایش استحکام چسبندگی جداشدگی شده است. حاصل جمع این زنجیرهای پلیمری شناور در آب همان شیرابه است. روند افزایش استحکام چسبندگی جداشدگی با افزایش مقدار آغازگر به دست آمد. در نتیجه سرعت پلیمریزاسیون بالا می‌رود و همزمان جرم مولکولی نیز افزایش می‌یابد. هرگونه مقدار اضافی آغازگر یا عدم فعالیت آن منجر به پلیمریزاسیون ناموفق، انعقاد و ایجاد ژل، کوتاه شدن طول زنجیرهای پلیمری، ایجاد ذرات سوسپانسیون معلق در امولسیون و یا مشکل مونومر آزاد در پایان پلیمریزاسیون می‌شود. احتمال دارد به دلیل بزرگتر شدن بیش از اندازه طول زنجیرهای پلیمری که باعث می‌شود زنجیرهای پلیمری به خود بپیچند که موجب کاهش چسبندگی آن‌ها به سطح می‌شود استحکام چسبندگی جداشدگی کاهش یابد و ویسکوزیته را بالا ببرند. همچنین احتمال دارد یا کوتاه شدن طول زنجیرهای پلیمری و یا سایر اثرهای ناشی از افزایش بیشتر مقدار آغازگر باعث افت خواص رزین به خصوص استحکام چسبندگی جداشدگی شده باشد. بنابراین با افزایش بیشتر مقدار آغازگر استحکام چسبندگی جداشدگی کاهش و ویسکوزیته افزایش یافت.
نتایج به دست آمده از بررسی سوال فرعی دوم با یافته‌های ظهوری و همکاران (۲۰۱۴)، جوانویک و همکاران (۲۰۰۵) کوئه و همکاران (۲۰۱۰) و دونسکو و همکاران (۱۹۹۱) همخوانی دارد. یافته‌های این پژوهشگران نشان می‌دهد که افزایش مقدار آغازگر شاید به دلیل افزایش سرعت پلیمریزاسیون و در نتیجه افزایش طول زنجیر پلیمری که باعث افزایش جرم ملکولی پلیمر می‌شود، باعث افزایش استحکام چسبندگی جداشدگی می‌شود. همچنین کجتنا و همکاران (۲۰۰۸) اثرهای فرآیندهای مختلف و شاخص‌های شیمیایی بر روی خواص چسبندگی (چسبناکی، استحکام چسبندگی جداشدگی و برشی) چسب حساس به فشار اکریلیکی را بررسی کردند. نتایج نشان داد که سرعت واکنش پلیمریزاسیون علاوه بر موارد دیگر به مقدار آغازگر نیز بستگی دارد که افزایش مقدار آغازگر به احتمال زیاد باعث افزایش سرعت پلیمریزاسیون و کاهش وقوع ژل (لخته) می‌شود که منجر به افزایش استحکام چسبندگی جداشدگی شده است.
-کارایی اثر مقدار ماده فعال سطحی بر استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته چسب‌های حساس به فشار چگونه است؟
در این پژوهش مواد فعال سطحی غیریونی نونیل فنل اتوکسیلات و پلی وینیل الکل در کنار ماده فعال سطحی آنیونی سدیم تارتارات استفاده شد. ماده فعال سطحی غیریونی تحمل الکترولیت اضافی، پایداری در برابر برش مکانیکی و پایداری سرمایش-گرمایش و ماده فعال سطحی آنیونی مرحله هسته زایی (نحوه تشکیل ذرات شیرابه) را کنترل می‌کند. مخلوط این مواد فعال سطحی غیریونی و آنیونی در کنار هم پایداری بیشتری را ایجاد می‌کند. ساختار شیمیایی مواد فعال سطحی اغلب شامل یک مولکول به نسبت طولانی با یک انتهای آب گریز و انتهای دیگر آب دوست می‌باشد قسمت آب گریز این مواد (یک دنباله هیدروکربنی طولانی) با رزین سازگار بوده و در جهت آن حرکت می‌کند در حالیکه قسمت آب دوست به سمت بیرون جهت گیری نموده (به سمت فاز آب) و با احاطه نمودن رزین باعث سازگاری آن با آب می‌شود. تعداد زیادی مولکول ماده فعال سطحی می‌توانند در توده محلول به هم وصل شده و تشکیل توده‌ای به نام میسل ‌دهند. وقتی میسل‌ها شروع به تشکیل شدن کردند دم آنها تشکیل یک هسته مانند یک قطره روغن و سر یونی آنها یک پوسته بیرونی می‌سازد که تماس مطلوب با آب را بهبود می‌بخشد. با افزایش تعداد میسل‌ها زمان نفوذ رادیکال‌ها به داخل میسل افزایش می‌یابد به این ترتیب انتشار زنجیر پلیمری برای زمان طولانی تری قبل از پایان ادامه می‌یابد. بنابراین سرعت پلیمریزاسیون، طول زنجیر پلیمری و در نتیجه آن جرم ملکولی رزین به غلظت ماده فعال سطحی وابسته است. پلی وینیل الکل یک پلیمر با قدرت کشسانی بسیار عالی ومقاومت ویژه بسیار بالا است. پلی وینیل الکل از نوع زنجیرهای پلیمری محلول در آب و همچنین خنثی است، این ماده فعال سطحی در سطح مشترک قطره مونومر یا ذره پلیمر جذب می‌شود و از راه پایداری فضایی قطرات یا ذرات را از هم جدا نگه می‌دارد. پایداری فضایی ذره پلیمری رسوب کرده را در برابر لخته شدن پایدار می‌کند. مقدارهای بیشتر از ماده فعال سطحی شاید به دلیل کاهش دادن کشش سطحی آب و جلوگیری از تجمع و به هم چسبیدن قطرات مونومر باعث پایداری پلیمریزاسیون می‌شود و همچنین افزایش غلظت ماده فعال سطحی می‌تواند باعث افزایش دادن تعداد میسل‌ها در نتیجه افزایش سرعت پلیمریزاسیون شود. با افزایش سرعت پلیمریزاسیون طول زنجیر پلیمری افزایش می‌یابد و در نتیجه جرم مولکولی افزایش می‌یابد. احتمالا افزایش جرم مولکولی باعث افزایش استحکام چسبندگی جداشدگی رزین شد.