آمیزه‌های الاستومری ترموپلاستیکی PVC/NBR: معرفی و مطالعه‌ی پارامترهای مؤثر بر بهبود ویژگی‌های مکانیکی و پایداری حرارتی

نوع مقاله: مقاله مروری

نویسنده

عضو پژوهشی- معاونت پژوهشی جهاد دانشگاهی فارس

چکیده

اصلاح پلیمرها از راه تهیه‌ی آلیاژ، نقش مهمی در تنظیم ویژگی‌های نهایی فراورده‌ها دارد. آمیزه‌سازی کائوچوهای نیتریل (NBR) با پلی‌وینیل کلرید (PVC) الاستومرهای ترموپلاستیکی پایه وینیلی را معرفی می‌کند که در طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی مورداستفاده قرار می‌گیرند. افزودن ماتریس ترموپلاستیکی به NBR موجب بهبود پارامترهای مکانیکی نمونه می‌شود، به‌طوری‌که استحکام کششی با افزودن phr 70 PVC به NBR از MPa 5/3 به 5/9 افزایش می‌یابد. ولکانش دینامیکی یکی دیگر از عامل‌های مؤثر بر بهبود پارامترهای مکانیکی آمیزه‌ی PVC/NBR است.
مقایسه‌ی دو آمیزه‌ی دارای 10 درصد فاز لاستیکی نشان می‌دهد که ولکانش دینامیکی موجب افزایش 205 درصد مدول یانگ و افزایش استحکام کششی از 7/7 به MPa 8/14 و در آمیزه‌های با 30 درصد NBR، موجب افزایش 370 درصد استحکام پارگی می‌شود. به‌علاوه، زمان‌مندی آمیزه‌ها بر میزان استحکام کششی و پارگی، مدول و سختی می‌افزاید که به تغییرهای میکرو ساختاری ناشی از نگه‌داری در دمای بالاتر مربوط می‌شود. عامل‌های سازگار کننده نیز با ایجاد چسبندگی بین سطحی میان دو فاز نقش مؤثری در ویژگی‌های مکانیکی و کاهش اُفت وزنی آمیزه دارند. افزودن 4 درصد گلیسیدیل متاکریلات به آمیزه‌ی دارای 20 درصد PVC، موجب کاهش 5 درصد اُفت وزنی کل می‌شود. به‌علاوه، افزایش NBR نیز منجر به افزایش پایداری حرارتی آمیزه می‌شود. مطالعه‌ی مورفولوژی (ریخت‌شناسی) آمیزه نشان می‌دهد که با افزایش مقدار NBR در سیستم‌های ولکانش‌نشده، ائتلاف قطره‌ها رخ می‌دهد و اندازه‌ی ذره‌ها بزرگ‌تر می‌شود. در عوض، افزایش مقدار NBR در سیستم ولکانش‌شده، سبب درجه‌ی پخت بیشتر و کوچک‌تر شدن اندازه‌ی ذره‌های NBR می‌شود. مورفولوژی فازی با اندازه‌ی ذره‌های کوچک‌تر، بهبود ویژگی‌های مکانیکی را نتیجه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


1. Oravec, J., Oishi, Y., Hirahara, H., and Mori, K., (1993) Crosslinking of PVC and NBR Blends, Polymer International, 32, 303- 308.
2. E Silva, F. F., Aquino, K.A., and Araugo, E.S., (2008) Effect of gamma irradiation on poly (vinyl chloride/ polystyrene blends: Investigation of radio lytic stabilization and miscibility of the mixture, Polym Degrade Stabil, 93, 2199- 2203.
3. Song, L., Ren, L., Zhang, M. Y., Sun, S. L., Gao, G. H., Gui, Y., Zhang, L. X. and Zhang, H. X., (2013) Effect of Entanglement Density on Mechanical Properties and Deformation Behavior of Rubber-Modified PVC/A- MSAN Blends, Ind. Eng. Chem. Res., 52, 12567- 12573.
4. Skowronski, T., Rabek, J. F., and Ranby B., (1984) Photo degradation of Some Poly (Viny1 Chloride) (PVC) Blends: PVC/Ethylene- Vinyl Acetate (EVA) Copolymers and PVC/Butadiene-Acrylonitrile (NBR) Copolymers, polymer engineering and science, 24(4), 278- 286.
5. Ahmed, K., (2015) An investigation on chloroprene– compatibilized acrylonitrile butadiene rubber/high density polyethylene blends., J. Adv. Research, 6, 811- 817.
6. Esmizadeh, E., Naderi, G., Ghoreishy, MHR., and Bakhshandeh, GR., (2011) Optimal parameter design by Taguchi method for mechanical properties of NBR/PVC nanocomposites, Iran Polym J, 20, 587-596.
7. Shokri, AA., Bakhshandeh, GR., Darestani Farahani, T., (2006) An investigation of mechanical and rheological properties of NBR/PVC blends: Influence of anhydride additives, mixing procedure and NBR form, Iran Polym J, 15, 227- 237.
8. Li, H., Wang, L., Song, G., Gu, Zh., Li, P., Zhang, Ch., and Gao, L., (2010) Study of NBR/PVC/OMMT nanocomposites prepared by mechanical blending, Iran Polym J, 19 (1), 39- 46.
9. 9-- Hassan, M. M., Aly, R.O., El ghandour, A.H., and Abdelnaby, H. A., (2012) Effect of gamma irradiation on some properties of reclaimed rubber/ nitrile-butadiene rubber blend and its swelling in motor and brake oils, J. Elast. Plast., 45(1), 77- 94.
10. Holden, G., Kricheldorf, H. R. and Quirk, R., (2004) Thermoplastic Elastomers, 3rd Edition, Hanser Publishers, Munich.
11. Hafezi, M., Nouri Khorasani, S., and Ziaei, SF., (2006) Application of Taguchi method in determining optimum level of curing system of NBR/PVC blend. J Appl Polym Sci, 102, 5358- 5362.
12. Ishiaku, US., Lim, FS., and Mohd, ZA., (1999) Mechanical properties and thermooxidative aging of a ternary blend, PVC/ENR/NBR, compared with the binary blends of PVC, Polym Plast Technol Eng, 38, 939- 954.
13. M, K. H., Cho, W. J., Ha, C. S. J., (1996) Properties of Dynamically Vulcanized EPDM and LLDPE Blends, Appl. Polym. Sci., 59 (3), 407- 414.
14. Hailong, J., Guangtao, G., Zhang, Y., Zhang, Y., Sun, K., and Fan, Y., (2002) Improved properties of polystyrene-modified asphalt through dynamic vulcanization, Polymer Testing, 21, 633- 640.
15. Ghosh, P., Bibha, G., and Achintya S. K. C., (1996) Thermal and oxidative degradation of PE- EPDM blends vulcanized differently using sulfur accelerator system, Eur Polym. J., 32 (8), 1015- 1021.
16. Wang, Z., Zhang, X., and Zhang, Y., (2002) Impact properties of dynamically vulcanized nylon/styrene- acrylonitrile copolymer/nitrile rubber blends, Polym. Test, 21(5), 577- 582.
17. Mousa, A, Ishiaku, U.S., and Mohd Ishak, Z. A., (1998) Oil resistance studies of dynamically vulcanized poly (vinyl chloride)/epoxidized natural rubber thermoplastic elastomer, J. Appl. Sci., 69 (7), 1357- 1366.
18. Barashkov, O. K., and Barshtein, R. S., (1988) Reversed gas chromatography of polymeric systems. Review, Polym. Sci. US SR., 30 (4), 680- 698.
19. Paul, D. R., and Newman, S., (1978) Polymer Blends, Academic Press, Volume 1 New York, ISBN-13: 978-0125468015, ISBN-10: 0125468016.
20. Braun, J. M., and Guillet, J. E., (1976) Study of polymers by inverse gas chromatography, Adv. Polym. Sei., 21, 107- 145.
21. Smidsrod, O., and Guillet, J. E., (1969) Study of Polymer-Solute Interactions by Gas Chromatography, Macromolecules, 2 (3), 272- 277.
22. Deshpande, D. D., Patterson, D., Schreiber, H. P., and Su, C. S., (1974) Thermodynamic Interactions in Polymer Systems by Gas- Liquid Chromatography. IV. Interactions between Components in a Mixed Stationary Phase Macromolecules, 7 (4), 530- 533.
23. Sen, A. K., and Mukherjee, G. S., (1993) Studies on the thermodynamic compatibility of blends of poly(vinyl chloride) and nitrile rubber, Polymer, 34 (11), 2386- 2391.
24. Zeman, L., and Patterson, D., (1972) Effect of the Solvent on Polymer Incompatibility in Solution, Macromolecules, 5 (4), 513- 516.
25. Coleman, M. M., Serman, C. J., Bhagwagar, D. E., and Painter, P. C., (1990) A practical guide to polymer miscibility Polymer, 31 (7), 1187-1203.
26. Moghri, M., Zanjanijam A.R., Seifi, L., and Ramezani, M., (2017) An Investigation on Rheological Behavior of the PVC/NBR/Nanoclay Nanocomposites by Torque Rheometry: The Effects of Formulation Variables Using Response Surface Approach, J Inorg Organomet Polym, 27(Supplement 1), 264- 273.
27. Mousa, A., Ishiaku,US., and Mohd Ishak, ZA., (2003) Rheological and mechanical properties of dynamically cured poly (vinyl chloride)/nitrile butadiene rubber thermoplastic elastomers, Polym Int, 52 (1), 120- 125.
28. Coran, AY., and Patel, R., (1980) Rubber-thermoplastic compositions. Part I. EPDM-Polypropylene thermoplastic vulcanizates, Rubber Chem Technol., 53(1), 141- 150.
29. Mousa, A., Ishiaku, US., and Mohd Ishak, ZA., (1997) Dynamic vulcanization of poly (vinyl chloride)- epoxidised natural rubber thermoplastic elastomers. Part 1- Mixing Rheology Plast Rubb Composites, Process Applications, 26 (8), 331- 335.
30. Gheno, S. M., Passador, F. R. and Pessan, L. A. Investigation of the Phase Morphology of Dynamically Vulcanized PVC/NBR Blends Using Atomic Force Microscopy Journal of Applied Polymer Science, 117 (2010) 3211- 3219.
31. Oliveira, M., Soares, B. G., (2002) The use of mercapto-modified EVA as compatibilizing agent for NBR/EPDM blends, Polimeros., 12 (4), http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282002000400014.
32. Mousa, A., (2004) Studies on Rheological Behaviour of Thermoplastic Elstomer Derived from PVC and NBR Using Torque Rheometry, Iran. Polym. J., 13 (6), 455- 461.
33. Abu- Abdeen, M., and Elamer, I., (2010) Mechanical and swelling properties of thermoplastic elastomer blends., Mat. Des., 31, 808- 815.
34. Fathy, E. S., Elnaggar, Mona Y., Hassan Medhat, M., (2018) Thermo-mechanical Properties of Polyvinyl Chloride/vulcanized Nitrile Butadiene Rubber Blends Cured by Gamma Irradiation, Egypt. J. Rad. Sci. Applic., 31 (1), 1- 11.
35. Khalid, M., Ismail, F. A., Ratnam, T.C., Faridah, Y., Rashmi, W., and AlKhatib, F. M., (2010) Effect of radiation dose on the properties of natural rubber nanocomposite, Rad. Phys. Chem. 79, 1279-1285.
36. Asgarzadeh, Z., Naderi, G., (2018) Morphology and Properties of Unvulcanized and Vulcanized PVC/NBR Blend Reinforced by Graphene Nanoplatelets, Intern. Polymer Processing, XXXIII (4), 497- 505.
37. Wang, Q., Zhang, X., Liu, S., Gui, H., Lai, J., Liu, Y., Gao, J., Huang, F., Song, Z., Tan, B. H., Qiao, J., (2005) Ultrafine full-vulcanized powdered rubbers/PVC compounds with higher toughness and higher heat resistance Polymer, 46 (24), 10614- 10617.
38. Mousa, A., Ishiaku, US., and Mohd Ishak, ZA., (1999) Dynamic Vulcanization Studies of PVC/ENR Thermoplastic Elastomers, Part 2: Thermo-oxidative Ageing, Plast Rubb Composites, 28 (6), 288- 295.
39. Supri, and Ismail, H., (2006) Effects of dynamic vulcanization and glycidyl methacrylate on properties of recycled poly (Vinyl chloride)/acrylonitrile butadiene rubber blends, Polymer Testing, 25, 318- 326.
40. Patel, R. H., Kachhia, P. H., Patel, S. N., Rathod, S. T. S. T., and Valand, J. K., (2018) Studies on fabrication of glass fiber reinforced composites using polymer blends, AIP Conference Proceedings, 1953, 090027; doi: 10.1063/1.5032874
41. Xie, W., Gao, Z., Pan, WP., Hunter, D., Singh, A., and Vaia, R., (2001) Thermal degradation chemistry of alkyl quaternary ammonium montmorillonite, Chem Mater, 13, 2979- 2990.
42. Qin, H., Zhang, Z., Feng, M., Gong, F., Zhang, S., and Yang, M., (2004) The influence of interlayer cations on the photo-oxidative degradation of polyethylene/ montmorillonite composites, J Polymer Sci Part B: Polymer Phys, 42, 3006- 3012.
43. Qin, H., Zhang, S., Zhao, C., Feng, M., Yang, M., Shu, Z., and Yang, S., (2004) Thermal stability and flammability of polypropylene/montmorillonite composites, Polymer Degrade Stab, 85, 807- 813.
44. Zanetti, M., Camino, G., Reichert, P., Mu lhaupt, R., (2001) Thermal behavior of poly (propylene) layered silicate nanocomposites, Macromol Rapid Commun, 22, 176- 180.