سنتز نانوكامپوزیت PE/SiO2 به روش پلیمریزاسیون درجا

خلاصه اختراع :

پلی اتیلن ها با تولید سالانه بیش از 65 میلیون تن، بیشترین سهم تولید پلاستیك ها را در جهان به خود اختصاص داده اند. این پلیمرها در كنار كاربرد گسترده ی خود، دارای نقاط ضعفی در خواص مكانیكی هستند كه این نقاط ضعف را می توان با تهیه كامپوزیت های مربوطه از طریق افزایش فیلرها و تقویت كننده هائی از قبیل سیلیكا، تالك، كربنات كلسیم و كربن بلك بهبود بخشید. در چند سال اخیر استفاده از نانومواد در تهیه نانوكامپوزیت های پلیمری روند رو به رشدی داشته است زیرا افزایش مقدار كمی از این مواد (حداكثر 10%) موجب بهبود قابل توجهی در خواص فیزیكی و مكانیكی و حرارتی و ... پلیمرها می شود كه دست یابی به این میزان بهبود در خواص مذكور، با تهیه كامپوزیت معمولی از پلیمرها (با تركیبات غیر‌نانوئی) تقریبا امكان پذیر نیست. از مهمترین نانوموادی كه به این منظور استفاده می شوند می توان خاك رس(Clay) ، سیلیكا (SiO2)، كربن نانوتیوب (CNT)، كربنات كلسیم (CaCO3) و اكسید تیتانیوم (TiO2) را نام برد. در این بین نانوذره سیلیكا بدلیل داشتن خواصی از قبیل مساحت سطح بالا، كروی شكل بودن، ساختمان منظم و سهولت در انجام اصلاح سطح گزینه ی مناسبی به نظر می رسد. سه روش جهت تولید نانوكامپوزیت ها وجود دارد كه عبارتند از: روش محلولی، روش مذاب و روش‌پلیمریزاسیون درجا. امروزه بیشتر از روش مذاب برای تولید نانوكامپوزیت PE/SiO2 استفاده می شود. مزیت روش پلیمریزاسیون درجا به روش مذاب این است كه هزینه ی اضافی روش مذاب مربوط به عملیات فرآیند كردن را كه به تولید كننده تحمیل می شود را ندارد، اما مشكل روش پلیمریزاسیون درجا در صنعتی شدن آن است كه جهت تولید نانوكامپوزیت، كاتالیست مناسب با فعالیت قابل قبول برای این روش هنوز در دسترس نیست. SiO2 با توجه به خصوصیات ذكر شده می تواند گزینه ی نویدبخشی برای استفاده بعنوان پایه جهت تولید كاتالیست مناسب در پلیمریزاسیون درجا باشد. اما كاتالیست های تهیه شده بر پایه SiO2 فعالیت بسیار پائینی دارند كه این امر مربوط به وجود گروه هائی از جمله اكسیژن، در تركیب این ماده می باشد كه بعنوان سم عمل می كنند و موجب كاهش فعالیت در پلیمریزاسیون می شوند. بعبارت دیگر سیلیكا بعلت دارا بودن اكسیژن نمیتواند بعنوان كاتالیست با فعالیت مناسب در پلیمریزه كردن اتیلن عمل كند لذا لازم است روی سطح سیلیكا اصلاحاتی صورت گیرد تا این نقطه ضعف تعدیل شود، به این منظور از تركیب بوتیل اكتیل منیزیم (BOM) كه خود به عنوان پایه مناسب در ساخت كاتالیستهای زیگلر-ناتا مورد استفاده قرار میگیرد و توانائی بلوكه كردن اكسیژن موجود در سیلیكا را دارد، جهت اصلاح سطح نانوسیلیكا استفاده شده است و تركیب Nano Silica/BOM تهیه شده بعنوان یك تركیب دوپایه (Bisupport) در ساخت كاتالیست مربوطه مورد استفاده قرار گرفته است. این اصلاح سطح بر روی سیلیكا برای اولین بار در این پروژه انجام شده و تا كنون در هیچ منبعی چنین اصلاحی گزارش نشده است. نتایج حاصل از پلیمریزاسیون اتیلن با كاتالیست تهیه شده بر پایه نانوسیلیكای اصلاح شده، نشان میدهد كه این اصلاح سطح یك اصلاح بسیار موثری بوده و كاتالیست توانسته است اتیلن را با بازده مناسبی پلیمریزه نموده و نانوكامپوزیت سیلیكا/پلی اتیلن را با خواص مكانیكی، حرارتی و فیزیكی بهبود یافته، به روش پلیمریزاسیون درجا تهیه نماید.