Thermal Stability and Thermal Degradation Kinetics of Poly(Trimethylene-co-Butylene Terephthalate) Copolymers
Abstract: The thermal stability and thermal decomposition kinetics of poly(trimethylene-cobutylene terephthalate) (PTBT) copolymers in nitrogen were studied by means of thermogravimetry. The PTBT copolymers had good thermal stability in nitrogen and the introduction of copolymer component had a slight influence on the thermal stability of copolymers. The mass loss of PTBT copolymer was accomplished in one main mass loss stage and one small weight loss in the early stage of decomposition. The PTBT copolymers started to d… Show more
Search citation statements
Paper Sections
Citation Types
Publication Types
Relationship
Authors
Journals
Cited by 1 publication
References 31 publications
Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη μιγμάτων μηχανολογικών πολυμερών που συναντώνται στο ρεύμα ανακύκλωσης του ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού και της αναβάθμισης των ιδιοτήτων μέσω της παρασκευής νανοσυνθέτων τους με μοντμοριλλονίτη και γραφένιο. Η παρασκευή των μιγμάτων και των αντίστοιχων νανοσυνθέτων αυτών, έλαβε χώρα σε δικόχλιο σύστημα εκβολής εργαστηριακής κλίμακας. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν οι συνθήκες παρασκευής, οι ρεολογικές ιδιότητες, η μορφολογία και οι θερμομηχανικές ιδιότητες σε μίγματα συμπολυμερούς ακρυλονιτριλίου-βουταδιενίου-στυρενίου (ABS) με πολυανθρακικά (PC) και πολυπροπυλένιο (PP). Εξετάσθηκε επίσης η επίδραση στις ιδιότητες των μιγμάτων και των νανοσυνθέτων τους, συμβατοποιητών με βάση (i) ABS τροποποιημένο με μαλεϊκό ανυδρίτη (ABS-g-MAH) και (ii) PP τροποποιημένο με μαλεϊκό ανυδρίτη (PP-g-MAH).Η ανάμειξη του ABS με το πολικό PC επιτρέπει τη βελτίωση των αδυναμιών που εμφανίζει μεμονωμένα το καθένα από αυτά τα πολυμερή. Συγκεκριμένα, τα μίγματα ABS/PC μπορούν να μορφοποιηθούν σε περιοχή χαμηλότερων θερμοκρασιών από ότι το PC και η εκβολή τους καθίσταται ευκολότερη. Παράλληλα, παρουσιάζουν βελτιωμένη θερμική σταθερότητα και καλύτερη μηχανική συμπεριφορά συγκριτικά με το ABS. Ακόμη, τα μίγματα ABS/PC εμφανίζουν υψηλότερες τιμές δείκτη ροής τήγματος (MFI), μέτρου ελαστικότητας και μέτρου αποθήκευσης (Gʹ) από τις αντίστοιχες των καθαρών συστατικών τους. Η μέγιστη συνεργιστική δράση αντιστοιχεί στην αναλογία 50/50 w/w και πιθανόν οφείλεται σε αλληλεπιδράσεις που λαμβάνουν χώρα μεταξύ της φάσης του PC και της φάσης του SAN του ABS για τη συγκεκριμένη σύσταση. Τα μίγματα ABS/PC χαρακτηρίζονται από μερική συμβατότητα, η οποία επιτρέπει την αρκετά ομοιόμορφη διασπορά των σωματιδίων PC στα πλούσια σε ABS μίγματα, ενώ συμβαίνει και μετανάστευση αλυσίδων χαμηλού μοριακού βάρους του ενός πολυμερούς στη φάση του άλλου, η οποία περιορίζει τις τριβές μεταξύ των αλυσίδων του πολυμερούς και διευκολύνει την ελεύθερη κίνησή τους. Η ύπαρξη περιοχών πλούσιων σε ABS, όπου εμπεριέχονται αλυσίδες PC και αντίστροφα, ποσοτικοποιήθηκε με την εφαρμογή της εξίσωσης του Fox στα πειραματικά αποτελέσματα της Tg, όπως προσδιορίσθηκαν από τη δυναμομηχανική ανάλυση (DMA).Όσον αφορά την επίδραση της προσθήκης ABS-g-MAH στα συστήματα ABS/PC, φαίνεται ότι ελαττώνει τις τιμές του MFI, εξαιτίας πιθανής χημικής αντίδρασης μεταξύ των άνυδρων ομάδων του ABS-g-MAH και των ακραίων υδροξυλομάδων του PC. Επιπλέον, η προσθήκη ABS-g-MAH στα μίγματα ABS/PC επιφέρει ολοκλήρωση της θερμικής τους αποδόμησης σε μικρότερες θερμοκρασίες και την πραγματοποίησή της σε ένα στάδιο σε όλες τις εξεταζόμενες αναλογίες. Επίσης, η παρουσία ABS-g-MAH μειώνει το μέτρο ελαστικότητας των μιγμάτων ABS/PC και το μέτρο αποθήκευσης των πλούσιων σε PC, ABS/PC μιγμάτων.Στα νανοσύνθετα των μιγμάτων ABS/PC, με την τεχνική περίθλασης ακτίνων Χ (XRD), εντοπίσθηκαν δύο δομές: μεικτή εμφωλιασμένη/διεσπαρμένη καθώς και δομή μικροσυνθέτου, σε πολύ χαμηλότερο όμως ποσοστό, λόγω της αποδόμησης της οργανικής τροποποίησης της ορυκτής αργίλου κατά την παρασκευή των νανοσυνθέτων ή της μεταφοράς της από την ορυκτή άργιλο στη μήτρα ή/και της μεταβολής των τοπικών τάσεων κατά τη διεργασία του εμφωλιασμού με τήξη.Σχετικά με την επίδραση της ενσωμάτωσης οργανικά τροποποιημένης ορυκτής αργίλου στα μίγματα ABS/PC, διαπιστώνεται ότι επέρχεται μείωση του MFI και σημαντική αύξηση του μέτρου ελαστικότητας και του μέτρου αποθήκευσης, καθώς και αύξηση του μέτρου απωλειών της φάσης του SAN του ABS, εξαιτίας του περιορισμού της κινητικότητας των πολυμερικών αλυσίδων από τα διεσπαρμένα αργιλικά νανοπλακίδια, καθώς και λόγω των αλληλεπιδράσεων που αναπτύσσονται μεταξύ της οργανικής τροποποίησης της αργίλου και πολικών ομάδων των πολυμερικών συστατικών και της καλύτερης συμβατότητας των ABS και PC που επιτυγχάνεται παρουσία της αργίλου.Επιπλέον, η παρουσία της ορυκτής αργίλου στα πλούσια σε PC, ABS/PC μίγματα επηρεάζει καθοριστικά το μηχανισμό θερμικής αποδόμησης, ο οποίος στα ενισχυμένα μίγματα αναλύεται περαιτέρω σε δύο στάδια. Ο οργανικά τροποποιημένος μοντμοριλλονίτης φαίνεται να παρεμποδίζει τη θερμική αποδόμηση της φάσης του PC, πιθανόν λόγω του σχηματισμού ενός προστατευτικού στρώματος στη διεπιφάνεια ABS/PC ή της δημιουργίας νέων διαδρομών της αντίδρασης αποδόμησης, εξαιτίας της επίδρασης των φαινομένων «λαβυρίνθου» και «φράγματος» που οφείλονται στα νανοπλακίδια. Ως αποτέλεσμα της βελτιωμένης θερμικής σταθερότητας, παρατηρήθηκε αύξηση του υπολείμματος καύσης και μείωση της θερμογόνου δύναμης στα μίγματα αυτά.Η συνδυασμένη χρήση ABS-g-MAH και ορυκτής αργίλου στα μίγματα ABS/PC βελτιώνει τον εμφωλιασμό των πολυμερικών αλυσίδων μεταξύ των αργιλικών νανοπλακιδίων και επιτρέπει τη διάνοιξη σε μεγαλύτερο ποσοστό των πλακιδίων της αργίλου, αφού η μικροσύνθετη δομή, η οποία είναι παρούσα σε μικρό βαθμό στα νανοσύνθετα των μη συμβατοποιημένων μιγμάτων, σχεδόν απουσιάζει μετά την προσθήκη του ABS-g-MAH. Η συμπεριφορά αυτή οφείλεται, ενδεχομένως, στην αλληλεπίδραση μεταξύ των υδροξυλομάδων της οργανικής τροποποίησης του μέσου ενίσχυσης και των ομάδων ανυδρίτη του συμβατοποιητή. Η ενσωμάτωση της αργίλου στα συμβατοποιημένα, πλούσια σε PC, ABS/PC μίγματα οδηγεί στην πραγματοποίηση της θερμικής αποδόμησης σε δύο στάδια και στην ολοκλήρωση της θερμικής αποδόμησης της φάσης του PC σε υψηλότερες θερμοκρασίες από τις αντίστοιχες για τα καθαρά μίγματα, αλλά σε μικρότερες θερμοκρασίες από την αντίστοιχη για μη συμβατοποιημένα, αλλά ενισχυμένα μίγματα. Επιπλέον, η ενσωμάτωση των αργιλικών νανοπλακιδίων στα πλούσια σε ABS συμβατοποιημένα μίγματα επιφέρει βελτίωση του μέτρου ελαστικότητας, το οποίο ωστόσο παραμένει μικρότερο συγκριτικά με αυτό των μη συμβατοποιημένων νανοσυνθέτων. H ταυτόχρονη προσθήκη ABS-g-MAH και αργίλου αυξάνει, επίσης, το μέτρο αποθήκευσης των μιγμάτων ABS/PC, το οποίο, ωστόσο, παραμένει μικρότερο από το αντίστοιχο των μη συμβατοποιημένων νανοσυνθέτων.Η προσθήκη νανοπλακιδίων γραφενίου στα μη συμβατοποιημένα και στα συμβατοποιημένα μίγματα ABS/PC οδηγεί σε μείωση της θερμοκρασίας έναρξης και μεγίστου ρυθμού αποδόμησής τους, σε όλες τις εξεταζόμενες αναλογίες και ιδίως στο καθαρό PC, ενώ αυξητική τάση παρουσιάζει το υπόλειμμα της καύσης τους. Θετική είναι η επίδραση του γραφενίου στο μηχανισμό θερμικής αποδόμησης των πλούσιων σε PC, ABS/PC μιγμάτων και κυρίως στη φάση του PC, καθώς η θερμική της αποδόμηση ολοκληρώνεται σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες, τόσο στα μη συμβατοποιημένα όσο και στα συμβατοποιημένα μίγματα. Επομένως, τα φύλλα γραφενίου συνεισφέρουν στη θερμική σταθερότητα των μιγμάτων αυτών, εξαιτίας της υψηλής θερμικής τους σταθερότητας, καθώς και της ιδιαίτερης, επίπεδης μορφολογίας τους, που τους επιτρέπει να λειτουργούν ως φράγμα στη μεταφορά μάζας πτητικών ενώσεων που παράγονται κατά τη θερμική αποδόμηση, αλλά και να περιορίζουν την κινητικότητα των πολυμερικών αλυσίδων που βρίσκονται πλησίον αυτών. Θετική είναι η επίδραση του γραφενίου και στο μέτρο ελαστικότητας του μίγματος 30/70 w/w ABS/PC.Ακολούθησε η μελέτη υβριδικών συστημάτων του ABS με το μη πολικό PP. Κατά την προετοιμασία των μιγμάτων διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη του PP στο ABS βελτιώνει την επεξεργασιμότητά του, καθιστώντας εφικτή την εκβολή του σε περιοχή χαμηλότερων θερμοκρασιών και ελαττώνοντας τις ροπές που αναπτύσσονται κατά την εκβολή. Τα μίγματα ABS/PP παρουσιάζουν MFI και αντοχή σε εφελκυσμό πλησιέστερα σε αυτό του καθαρού PP, εξαιτίας της έλλειψης συμβατότητας μεταξύ των συστατικών τους. Παρά την έλλειψη συμβατότητας, η διασπορά των σωματιδίων της φάσης του ABS στη συνεχή φάση του PP χαρακτηρίζεται από σχετική ομοιογένεια. Η τάση του PP να αποτελεί τη συνεχή φάση, ακόμα και στα πλούσια σε ABS μίγματα, αποδίδεται στο χαμηλότερο ιξώδες του.Επιπρόσθετα, η προσθήκη του PP στο ABS βελτιώνει τη θερμική του σταθερότητα. Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι τα μίγματα 30/70 w/w ABS/PP εμφανίζουν την υψηλότερη θερμοκρασία μεγίστου ρυθμού αποδόμησης (Tpeak), η οποία ξεπερνά και αυτή του καθαρού PP.Όπως ήδη έχει αναφερθεί στη βιβλιογραφία, η παρουσία του ABS επηρεάζει τον τρόπο κρυστάλλωσης του PP. Συγκεκριμένα, παρατηρήθηκε αύξηση της αναλογίας β-μορφής PP, η οποία αποκτά τη μέγιστη τιμή της για περιεκτικότητα σε ABS 30% wt, καθώς περαιτέρω αύξηση της ποσότητας του ABS στο μίγμα οδηγεί στη δημιουργία μεγάλου μεγέθους μορφωμάτων ABS που παρεμποδίζουν την ανάπτυξη των σχηματιζόμενων β-κρυστάλλων. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη ABS επιταχύνει την ισόθερμη κρυστάλλωσή του ΡΡ, όπως επιβεβαιώνεται και μαθηματικά από τη σημαντική αύξηση της σταθεράς Κ της εξίσωσης Avrami και τη μείωση του t1/2. Επίσης, προκαλεί άνοδο της τιμής του μέτρου ελαστικότητας, το οποίο αυξάνεται αυξανομένου του ABS στο μίγμα.Η ενσωμάτωση οργανικά τροποποιημένου μοντμοριλλονίτη στα μίγματα ABS/PP επιφέρει ελάττωση του MFI στα πλούσια σε ABS μίγματα, λόγω της καλύτερης χημικής του συγγένειας με το ABS εν συγκρίσει με το PP. Επιπρόσθετα, βελτιώνει τη συμβατότητα μεταξύ του ABS και του PP, καθώς μειώνει το μέγεθος των σωματιδίων της διεσπαρμένης φάσης. Η καλύτερη χημική συγγένεια της αργίλου με το ABS σε σχέση με το PP επιβεβαιώνεται και από την ανάλυση XRD. Σύμφωνα με την ανάλυση αυτή, στο καθαρό PP λαμβάνονται δομές μικροσυνθέτου, ενώ στα μίγματα ABS/PP επιτυγχάνονται δύο τύποι δομών, μεικτή εμφωλιασμένη/διεσπαρμένη δομή και δομή μικροσυνθέτου σε πολύ χαμηλότερο όμως ποσοστό. Επιπλέον, στα μίγματα ABS/PP επιτυγχάνεται μεγαλύτερης έκτασης διασπορά αυξανόμενης της αναλογίας του PP, εξαιτίας της μείωσης του ιξώδους που επέρχεται με την προσθήκη της χαμηλότερου ιξώδους φάσης του ΡΡ που διευκολύνει την κινητικότητα των αλυσίδων και τους μηχανισμούς διάνοιξης της δομής των αργιλικών πλακιδίων.Επίσης, η προσθήκη νανοπλακιδίων μοντμοριλλονίτη στα πλούσια σε PP, μίγματα ABS/PP επιφέρει ολοκλήρωση της θερμικής τους αποδόμησης σε ελαφρώς υψηλότερες θερμοκρασίες και τάση αύξησης της οριακής συγκέντρωσης οξυγόνου.Επιπρόσθετα, η ενσωμάτωση αργιλικών νανοπλακιδίων στο καθαρό PP αυξάνει το ποσοστό της β-μορφής και επιταχύνει ελαφρά την ισόθερμη κρυστάλλωσή του, επιφέροντας διπλασιασμό της σταθεράς Κ της εξίσωσης Avrami και μικρή ελάττωση του t1/2, γεγονός που υποδεικνύει τη δράση τους ως πυρήνων ετερογενούς κρυστάλλωσης. Όμως, η προσθήκη ορυκτής αργίλου στα νανοσύνθετα των μιγμάτων ABS/PP ελαττώνει το περιεχόμενο του β-PP και επιβραδύνει την ισόθερμη κρυστάλλωσή της φάσης του PP, πιθανόν λόγω της αποτελεσματικής διασποράς των αργιλικών νανοπλακιδίων στην πολυμερική μήτρα, εξαιτίας της παρουσίας του πολικού ABS και των αλληλεπιδράσεων που αναπτύσσονται μεταξύ αυτών. Οι αλληλεπιδράσεις αυτές δεσμεύουν τα σωματίδια της ορυκτής αργίλου και παρεμποδίζουν τη δράση τους ως πυρήνων ετερογενούς κρυστάλλωσης του ΡΡ. Η βελτιωμένη διασπορά των αργιλικών πλακιδίων στα μίγματα ABS/PP έχει ως επακόλουθο τη λειτουργία τους ως φράγμα στη διάχυση των αλυσίδων του PP που τείνουν να οργανωθούν σε κρυστάλλους.Επιπλέον, η ενσωμάτωση ορυκτής αργίλου στα μίγματα ABS/PP επιφέρει σημαντική βελτίωση του μέτρου ελαστικότητας και του μέτρου αποθήκευσης σε όλες τις μελετηθείσες αναλογίες, πλην του καθαρού PP, λόγω της έλλειψης πολικότητας που το χαρακτηρίζει και της μη αποτελεσματικής διασποράς των νανοπλακιδίων σε αυτό.Η συνδυασμένη προσθήκη συμβατοποιητή και αργίλου στα μίγματα ABS/PP μειώνει το ρυθμό ροής σε μεγαλύτερο βαθμό από αυτόν που αναμένεται με βάση τη σύσταση του μίγματος, πιθανόν λόγω των χημικών αλληλεπιδράσεων που ενδέχεται να λαμβάνουν χώρα μεταξύ της οργανικής τροποποίησης του μοντμοριλλονίτη και των ομάδων του ανυδρίτη του συμβατοποιητή. Η ταυτόχρονη χρήση PP-g-MAH και αργίλου οδηγεί στη μέγιστη βελτίωση της συμβατότητας μεταξύ των συστατικών του μίγματος ABS/PP. Επίσης, η προσθήκη συμβατοποιητών φαίνεται να διευκολύνει τη διάνοιξη των αργιλικών πλακιδίων στα πλούσια σε PP, μίγματα ABS/PP και ιδίως στο καθαρό PP, λόγω της εισαγωγής των πολικών ομάδων του μαλεϊκού ανυδρίτη. Η συμπεριφορά αυτή έχει ως αποτέλεσμα, τα συμβατοποιημένα, κυρίως με ABS-g-MAH, νανοσύνθετα του καθαρού PP να εμφανίζουν υψηλότερο μέτρο ελαστικότητας από τα μη συμβατοποιημένα. Εντούτοις, στα συμβατοποιημένα μίγματα ABS/PP, η αύξηση του μέτρου ελαστικότητας που προκαλείται από την προσθήκη της αργίλου είναι μικρότερη από την αντίστοιχη των μη συμβατοποιημένων μιγμάτων. Επίσης, παρατηρήθηκε ότι η συνδυασμένη χρήση συμβατοποιητή και μέσου ενίσχυσης και αργίλου αυξάνει το μέτρο αποθήκευσης κατά τη δυναμομηχανική ανάλυση σε στρέψη των μιγμάτων ABS/PP.Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα αποτελέσματα από την αναβάθμιση με γραφένιο των μιγμάτων ABS/PP και κυρίως του καθαρού PP. Πιο συγκεκριμένα, η θερμική σταθερότητα του καθαρού PP βελτιώνεται και η μη ισόθερμη κρυστάλλωσή του επιταχύνεται, εξαιτίας της δράσης των σωματιδίων του γραφενίου ως ετερογενών πυρήνων κρυστάλλωσης για την α-φάση του PP. Η ισόθερμη κρυστάλλωση του καθαρού PP, επίσης, επιταχύνεται σε πολύ μεγάλο βαθμό παρουσία του γραφενίου, όπως καταδεικνύεται από την αύξηση της σταθεράς K της εξίσωσης Avrami κατά δύο τάξεις μεγέθους και από τον υποδεκαπλασιασμό του t1/2. Επιπλέον, η προσθήκη νανοπλακιδίων γραφενίου οδηγεί σε αύξηση της αντοχής του πολυμερούς σε εφελκυσμό και σε εντυπωσιακή βελτίωση του μέτρου ελαστικότητάς του. Η βελτίωση των ιδιοτήτων που καταγράφεται στο ενισχυμένο PP αποδίδεται στις διαμοριακές CH-π αλληλεπιδράσεις που ασκούνται μεταξύ του iPP και του γραφενίου.Στα μίγματα ABS/PP, το γραφένιο δε φαίνεται να προκαλεί συμβατοποιητική δράση, καθώς αυξάνει το μέγεθος των διεσπαρμένων σωματιδίων ABS στη συνεχή φάση του PP. Ωστόσο, η θετική επίδραση του γραφενίου στα μίγματα αυτά έγκειται στην αύξηση του υπολείμματος κατά τη θερμική τους αποδόμηση και στη σημαντική αύξηση του μέτρου ελαστικότητας, καθώς η διασπορά των νανοπλακιδίων γραφενίου προσφέρει προστασία των γειτονικών σε αυτά πολυμερικών αλυσίδων, ενώ παράλληλα περιορίζει την κινητικότητά τους. Επιπρόσθετα, επιταχύνεται η μη ισόθερμη κρυστάλλωσή τους, σε μικρότερο όμως βαθμό από ότι στο καθαρό PP. Κατά την ισόθερμη κρυστάλλωση της φάσης του PP στα ενισχυμένα με γραφένιο μίγματα, η παρουσία του ABS προκαλεί την ελαφριά επιβράδυνσή της συγκριτικά με αυτή του νανοσυνθέτου γραφενίου/PP. Από την εφαρμογή της εξίσωσης Avrami διαπιστώνεται ότι η προσθήκη 30 wt% ABS στο νανοσύνθετο γραφενίου/PP οδηγεί σε μείωση της K κατά μία τάξη μεγέθους και σε διπλασιασμό του t1/2. Αξίζει να σημειωθεί, επίσης, ότι η ενσωμάτωση νανοπλακιδίων γραφενίου σε μίγματα ABS/PP προκαλεί τάση αύξησης της διηλεκτρικής σταθεράς, χωρίς να επιφέρει αύξηση των διηλεκτρικών απωλειών.Συνοψίζοντας, τα νανοσωματίδια της οργανικά τροποποιημένης ορυκτής αργίλου και του γραφενίου αναβαθμίζουν τη θερμική σταθερότητα των φάσεων του PC και του PP στα αντίστοιχα μίγματά τους με το ABS, ενώ σημαντική βελτίωση παρουσιάζει και το μέτρο ελαστικότητάς τους σε εφελκυσμό. Η διαφορετική επίδραση στην κρυστάλλωση του ΡΡ και η παρεμπόδιση από το γραφένιο της ανάπτυξης β-μορφής στα μίγματά του με το ABS επηρεάζει ανάλογα και τις ιδιότητες που εξαρτώνται από αυτό το μορφολογικό χαρακτηριστικό. Από τη μελέτη των συνθηκών μορφοποίησης εκτιμάται ότι το γραφένιο αποτελεί πρόταση για τη μορφοποίηση μιγμάτων του ABS με πολυμερή υψηλότερων θερμοκρασιών τήξης, ενώ αποτελεσματικότερη αποδεικνύεται η χρήση των νανοσωματιδίων οργανικά τροποποιημένης ορυκτής αργίλου για μίγματά του με πολυμερή χαμηλότερων θερμοκρασιών επεξεργασίας.Τα εξεταζόμενα μηχανολογικά πολυμερή (ABS, PC και PP), καθώς και τα μίγματα αυτών αποτελούν μια κατηγορία θερμοπλαστικών με ευρύτατες εφαρμογές υψηλής προστιθέμενης αξίας στον τομέα του ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Η αναβάθμιση των ιδιοτήτων τους με την προσθήκη μέσων ενίσχυσης νανοκλίμακας έχει ήδη δείξει ενδιαφέροντα αποτελέσματα. Η πρωτοτυπία της έρευνας που διεξήχθη στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής έγκειται στα εξής: Eξετάσθηκε η επίδραση της ενσωμάτωσης οργανικά τροποποιημένης ορυκτή αργίλου στις συνθήκες μορφοποίησης (εκβολή, έγχυση), στη δομή, στη μορφολογία και στις θερμομηχανικές ιδιότητες μιγμάτων ABS/PP, αντικείμενο στο οποίο η βιβλιογραφία είναι ιδιαίτερα περιορισμένη. Μελετήθηκε η ενσωμάτωση γραφενίου σε μίγματα ABS/PC και ABS/PP και εξετάστηκε η επίδρασή του στις συνθήκες μορφοποίησής τους (εκβολή), καθώς και στις θερμομηχανικές τους ιδιότητες. Διαπιστώθηκε η συμβατοποιητική δράση της οργανικά τροποποιημένης αργίλου στα μίγματα ABS/PC και ABS/PP. Πραγματοποιήθηκε σύγκριση των καθιερωμένων μέσων συμβατοποίησης εναλλακτικά καθώς και σε συνδυασμό με τα εξεταζόμενα ανόργανα μέσα νανοενίσχυσης, για τα μίγματα ABS/PC και ABS/PP, μελέτη που οδήγησε στον προσδιορισμό των ενδεδειγμένων συγκεντρώσεων για βέλτιστη συνεργασία των συστατικών των πολυμιγμάτων. Έγινε εφαρμογή μαθηματικών μοντέλων στα αποτελέσματα της θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης μιγμάτων ΑBS/PC και προτάθηκε το φυσικό μοντέλο που περιγράφει το μηχανισμό θερμικής αποδόμησης του μίγματος 50/50 w/w ABS/PC. Εξετάσθηκε η ενεργειακή αξιοποίηση μιγμάτων ABS/PC και ΑΒS/PP και νανοσυνθέτων τους, με ανάκτηση θερμικής ενέργειας μέσω καύσης και συνδέθηκε με τον προτεινόμενο μηχανισμό θερμικής αποδόμησης. Διερευνήθηκε η επίδραση του ABS μεμονωμένα και σε συνδυασμό με την προσθήκη ορυκτής αργίλου ή γραφενίου, στη μη ισόθερμη και στην ισόθερμη κρυστάλλωση της φάσης του PP και πραγματοποιήθηκε κινητική μελέτη της δεύτερης. Επιπλέον, εξετάσθηκε η επίδραση των παραπάνω παραγόντων στη β-κρυσταλλική μορφή του PP.Η πρωτοτυπία των παραπάνω τμημάτων των διδακτορικής διατριβής καταδεικνύεται από το γεγονός ότι τα σχετικά αποτελέσματα έχουν δημοσιευτεί σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά ή έχουν παρουσιαστεί σε συνέδρια με κριτές.
Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη μιγμάτων μηχανολογικών πολυμερών που συναντώνται στο ρεύμα ανακύκλωσης του ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού και της αναβάθμισης των ιδιοτήτων μέσω της παρασκευής νανοσυνθέτων τους με μοντμοριλλονίτη και γραφένιο. Η παρασκευή των μιγμάτων και των αντίστοιχων νανοσυνθέτων αυτών, έλαβε χώρα σε δικόχλιο σύστημα εκβολής εργαστηριακής κλίμακας. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν οι συνθήκες παρασκευής, οι ρεολογικές ιδιότητες, η μορφολογία και οι θερμομηχανικές ιδιότητες σε μίγματα συμπολυμερούς ακρυλονιτριλίου-βουταδιενίου-στυρενίου (ABS) με πολυανθρακικά (PC) και πολυπροπυλένιο (PP). Εξετάσθηκε επίσης η επίδραση στις ιδιότητες των μιγμάτων και των νανοσυνθέτων τους, συμβατοποιητών με βάση (i) ABS τροποποιημένο με μαλεϊκό ανυδρίτη (ABS-g-MAH) και (ii) PP τροποποιημένο με μαλεϊκό ανυδρίτη (PP-g-MAH).Η ανάμειξη του ABS με το πολικό PC επιτρέπει τη βελτίωση των αδυναμιών που εμφανίζει μεμονωμένα το καθένα από αυτά τα πολυμερή. Συγκεκριμένα, τα μίγματα ABS/PC μπορούν να μορφοποιηθούν σε περιοχή χαμηλότερων θερμοκρασιών από ότι το PC και η εκβολή τους καθίσταται ευκολότερη. Παράλληλα, παρουσιάζουν βελτιωμένη θερμική σταθερότητα και καλύτερη μηχανική συμπεριφορά συγκριτικά με το ABS. Ακόμη, τα μίγματα ABS/PC εμφανίζουν υψηλότερες τιμές δείκτη ροής τήγματος (MFI), μέτρου ελαστικότητας και μέτρου αποθήκευσης (Gʹ) από τις αντίστοιχες των καθαρών συστατικών τους. Η μέγιστη συνεργιστική δράση αντιστοιχεί στην αναλογία 50/50 w/w και πιθανόν οφείλεται σε αλληλεπιδράσεις που λαμβάνουν χώρα μεταξύ της φάσης του PC και της φάσης του SAN του ABS για τη συγκεκριμένη σύσταση. Τα μίγματα ABS/PC χαρακτηρίζονται από μερική συμβατότητα, η οποία επιτρέπει την αρκετά ομοιόμορφη διασπορά των σωματιδίων PC στα πλούσια σε ABS μίγματα, ενώ συμβαίνει και μετανάστευση αλυσίδων χαμηλού μοριακού βάρους του ενός πολυμερούς στη φάση του άλλου, η οποία περιορίζει τις τριβές μεταξύ των αλυσίδων του πολυμερούς και διευκολύνει την ελεύθερη κίνησή τους. Η ύπαρξη περιοχών πλούσιων σε ABS, όπου εμπεριέχονται αλυσίδες PC και αντίστροφα, ποσοτικοποιήθηκε με την εφαρμογή της εξίσωσης του Fox στα πειραματικά αποτελέσματα της Tg, όπως προσδιορίσθηκαν από τη δυναμομηχανική ανάλυση (DMA).Όσον αφορά την επίδραση της προσθήκης ABS-g-MAH στα συστήματα ABS/PC, φαίνεται ότι ελαττώνει τις τιμές του MFI, εξαιτίας πιθανής χημικής αντίδρασης μεταξύ των άνυδρων ομάδων του ABS-g-MAH και των ακραίων υδροξυλομάδων του PC. Επιπλέον, η προσθήκη ABS-g-MAH στα μίγματα ABS/PC επιφέρει ολοκλήρωση της θερμικής τους αποδόμησης σε μικρότερες θερμοκρασίες και την πραγματοποίησή της σε ένα στάδιο σε όλες τις εξεταζόμενες αναλογίες. Επίσης, η παρουσία ABS-g-MAH μειώνει το μέτρο ελαστικότητας των μιγμάτων ABS/PC και το μέτρο αποθήκευσης των πλούσιων σε PC, ABS/PC μιγμάτων.Στα νανοσύνθετα των μιγμάτων ABS/PC, με την τεχνική περίθλασης ακτίνων Χ (XRD), εντοπίσθηκαν δύο δομές: μεικτή εμφωλιασμένη/διεσπαρμένη καθώς και δομή μικροσυνθέτου, σε πολύ χαμηλότερο όμως ποσοστό, λόγω της αποδόμησης της οργανικής τροποποίησης της ορυκτής αργίλου κατά την παρασκευή των νανοσυνθέτων ή της μεταφοράς της από την ορυκτή άργιλο στη μήτρα ή/και της μεταβολής των τοπικών τάσεων κατά τη διεργασία του εμφωλιασμού με τήξη.Σχετικά με την επίδραση της ενσωμάτωσης οργανικά τροποποιημένης ορυκτής αργίλου στα μίγματα ABS/PC, διαπιστώνεται ότι επέρχεται μείωση του MFI και σημαντική αύξηση του μέτρου ελαστικότητας και του μέτρου αποθήκευσης, καθώς και αύξηση του μέτρου απωλειών της φάσης του SAN του ABS, εξαιτίας του περιορισμού της κινητικότητας των πολυμερικών αλυσίδων από τα διεσπαρμένα αργιλικά νανοπλακίδια, καθώς και λόγω των αλληλεπιδράσεων που αναπτύσσονται μεταξύ της οργανικής τροποποίησης της αργίλου και πολικών ομάδων των πολυμερικών συστατικών και της καλύτερης συμβατότητας των ABS και PC που επιτυγχάνεται παρουσία της αργίλου.Επιπλέον, η παρουσία της ορυκτής αργίλου στα πλούσια σε PC, ABS/PC μίγματα επηρεάζει καθοριστικά το μηχανισμό θερμικής αποδόμησης, ο οποίος στα ενισχυμένα μίγματα αναλύεται περαιτέρω σε δύο στάδια. Ο οργανικά τροποποιημένος μοντμοριλλονίτης φαίνεται να παρεμποδίζει τη θερμική αποδόμηση της φάσης του PC, πιθανόν λόγω του σχηματισμού ενός προστατευτικού στρώματος στη διεπιφάνεια ABS/PC ή της δημιουργίας νέων διαδρομών της αντίδρασης αποδόμησης, εξαιτίας της επίδρασης των φαινομένων «λαβυρίνθου» και «φράγματος» που οφείλονται στα νανοπλακίδια. Ως αποτέλεσμα της βελτιωμένης θερμικής σταθερότητας, παρατηρήθηκε αύξηση του υπολείμματος καύσης και μείωση της θερμογόνου δύναμης στα μίγματα αυτά.Η συνδυασμένη χρήση ABS-g-MAH και ορυκτής αργίλου στα μίγματα ABS/PC βελτιώνει τον εμφωλιασμό των πολυμερικών αλυσίδων μεταξύ των αργιλικών νανοπλακιδίων και επιτρέπει τη διάνοιξη σε μεγαλύτερο ποσοστό των πλακιδίων της αργίλου, αφού η μικροσύνθετη δομή, η οποία είναι παρούσα σε μικρό βαθμό στα νανοσύνθετα των μη συμβατοποιημένων μιγμάτων, σχεδόν απουσιάζει μετά την προσθήκη του ABS-g-MAH. Η συμπεριφορά αυτή οφείλεται, ενδεχομένως, στην αλληλεπίδραση μεταξύ των υδροξυλομάδων της οργανικής τροποποίησης του μέσου ενίσχυσης και των ομάδων ανυδρίτη του συμβατοποιητή. Η ενσωμάτωση της αργίλου στα συμβατοποιημένα, πλούσια σε PC, ABS/PC μίγματα οδηγεί στην πραγματοποίηση της θερμικής αποδόμησης σε δύο στάδια και στην ολοκλήρωση της θερμικής αποδόμησης της φάσης του PC σε υψηλότερες θερμοκρασίες από τις αντίστοιχες για τα καθαρά μίγματα, αλλά σε μικρότερες θερμοκρασίες από την αντίστοιχη για μη συμβατοποιημένα, αλλά ενισχυμένα μίγματα. Επιπλέον, η ενσωμάτωση των αργιλικών νανοπλακιδίων στα πλούσια σε ABS συμβατοποιημένα μίγματα επιφέρει βελτίωση του μέτρου ελαστικότητας, το οποίο ωστόσο παραμένει μικρότερο συγκριτικά με αυτό των μη συμβατοποιημένων νανοσυνθέτων. H ταυτόχρονη προσθήκη ABS-g-MAH και αργίλου αυξάνει, επίσης, το μέτρο αποθήκευσης των μιγμάτων ABS/PC, το οποίο, ωστόσο, παραμένει μικρότερο από το αντίστοιχο των μη συμβατοποιημένων νανοσυνθέτων.Η προσθήκη νανοπλακιδίων γραφενίου στα μη συμβατοποιημένα και στα συμβατοποιημένα μίγματα ABS/PC οδηγεί σε μείωση της θερμοκρασίας έναρξης και μεγίστου ρυθμού αποδόμησής τους, σε όλες τις εξεταζόμενες αναλογίες και ιδίως στο καθαρό PC, ενώ αυξητική τάση παρουσιάζει το υπόλειμμα της καύσης τους. Θετική είναι η επίδραση του γραφενίου στο μηχανισμό θερμικής αποδόμησης των πλούσιων σε PC, ABS/PC μιγμάτων και κυρίως στη φάση του PC, καθώς η θερμική της αποδόμηση ολοκληρώνεται σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες, τόσο στα μη συμβατοποιημένα όσο και στα συμβατοποιημένα μίγματα. Επομένως, τα φύλλα γραφενίου συνεισφέρουν στη θερμική σταθερότητα των μιγμάτων αυτών, εξαιτίας της υψηλής θερμικής τους σταθερότητας, καθώς και της ιδιαίτερης, επίπεδης μορφολογίας τους, που τους επιτρέπει να λειτουργούν ως φράγμα στη μεταφορά μάζας πτητικών ενώσεων που παράγονται κατά τη θερμική αποδόμηση, αλλά και να περιορίζουν την κινητικότητα των πολυμερικών αλυσίδων που βρίσκονται πλησίον αυτών. Θετική είναι η επίδραση του γραφενίου και στο μέτρο ελαστικότητας του μίγματος 30/70 w/w ABS/PC.Ακολούθησε η μελέτη υβριδικών συστημάτων του ABS με το μη πολικό PP. Κατά την προετοιμασία των μιγμάτων διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη του PP στο ABS βελτιώνει την επεξεργασιμότητά του, καθιστώντας εφικτή την εκβολή του σε περιοχή χαμηλότερων θερμοκρασιών και ελαττώνοντας τις ροπές που αναπτύσσονται κατά την εκβολή. Τα μίγματα ABS/PP παρουσιάζουν MFI και αντοχή σε εφελκυσμό πλησιέστερα σε αυτό του καθαρού PP, εξαιτίας της έλλειψης συμβατότητας μεταξύ των συστατικών τους. Παρά την έλλειψη συμβατότητας, η διασπορά των σωματιδίων της φάσης του ABS στη συνεχή φάση του PP χαρακτηρίζεται από σχετική ομοιογένεια. Η τάση του PP να αποτελεί τη συνεχή φάση, ακόμα και στα πλούσια σε ABS μίγματα, αποδίδεται στο χαμηλότερο ιξώδες του.Επιπρόσθετα, η προσθήκη του PP στο ABS βελτιώνει τη θερμική του σταθερότητα. Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι τα μίγματα 30/70 w/w ABS/PP εμφανίζουν την υψηλότερη θερμοκρασία μεγίστου ρυθμού αποδόμησης (Tpeak), η οποία ξεπερνά και αυτή του καθαρού PP.Όπως ήδη έχει αναφερθεί στη βιβλιογραφία, η παρουσία του ABS επηρεάζει τον τρόπο κρυστάλλωσης του PP. Συγκεκριμένα, παρατηρήθηκε αύξηση της αναλογίας β-μορφής PP, η οποία αποκτά τη μέγιστη τιμή της για περιεκτικότητα σε ABS 30% wt, καθώς περαιτέρω αύξηση της ποσότητας του ABS στο μίγμα οδηγεί στη δημιουργία μεγάλου μεγέθους μορφωμάτων ABS που παρεμποδίζουν την ανάπτυξη των σχηματιζόμενων β-κρυστάλλων. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη ABS επιταχύνει την ισόθερμη κρυστάλλωσή του ΡΡ, όπως επιβεβαιώνεται και μαθηματικά από τη σημαντική αύξηση της σταθεράς Κ της εξίσωσης Avrami και τη μείωση του t1/2. Επίσης, προκαλεί άνοδο της τιμής του μέτρου ελαστικότητας, το οποίο αυξάνεται αυξανομένου του ABS στο μίγμα.Η ενσωμάτωση οργανικά τροποποιημένου μοντμοριλλονίτη στα μίγματα ABS/PP επιφέρει ελάττωση του MFI στα πλούσια σε ABS μίγματα, λόγω της καλύτερης χημικής του συγγένειας με το ABS εν συγκρίσει με το PP. Επιπρόσθετα, βελτιώνει τη συμβατότητα μεταξύ του ABS και του PP, καθώς μειώνει το μέγεθος των σωματιδίων της διεσπαρμένης φάσης. Η καλύτερη χημική συγγένεια της αργίλου με το ABS σε σχέση με το PP επιβεβαιώνεται και από την ανάλυση XRD. Σύμφωνα με την ανάλυση αυτή, στο καθαρό PP λαμβάνονται δομές μικροσυνθέτου, ενώ στα μίγματα ABS/PP επιτυγχάνονται δύο τύποι δομών, μεικτή εμφωλιασμένη/διεσπαρμένη δομή και δομή μικροσυνθέτου σε πολύ χαμηλότερο όμως ποσοστό. Επιπλέον, στα μίγματα ABS/PP επιτυγχάνεται μεγαλύτερης έκτασης διασπορά αυξανόμενης της αναλογίας του PP, εξαιτίας της μείωσης του ιξώδους που επέρχεται με την προσθήκη της χαμηλότερου ιξώδους φάσης του ΡΡ που διευκολύνει την κινητικότητα των αλυσίδων και τους μηχανισμούς διάνοιξης της δομής των αργιλικών πλακιδίων.Επίσης, η προσθήκη νανοπλακιδίων μοντμοριλλονίτη στα πλούσια σε PP, μίγματα ABS/PP επιφέρει ολοκλήρωση της θερμικής τους αποδόμησης σε ελαφρώς υψηλότερες θερμοκρασίες και τάση αύξησης της οριακής συγκέντρωσης οξυγόνου.Επιπρόσθετα, η ενσωμάτωση αργιλικών νανοπλακιδίων στο καθαρό PP αυξάνει το ποσοστό της β-μορφής και επιταχύνει ελαφρά την ισόθερμη κρυστάλλωσή του, επιφέροντας διπλασιασμό της σταθεράς Κ της εξίσωσης Avrami και μικρή ελάττωση του t1/2, γεγονός που υποδεικνύει τη δράση τους ως πυρήνων ετερογενούς κρυστάλλωσης. Όμως, η προσθήκη ορυκτής αργίλου στα νανοσύνθετα των μιγμάτων ABS/PP ελαττώνει το περιεχόμενο του β-PP και επιβραδύνει την ισόθερμη κρυστάλλωσή της φάσης του PP, πιθανόν λόγω της αποτελεσματικής διασποράς των αργιλικών νανοπλακιδίων στην πολυμερική μήτρα, εξαιτίας της παρουσίας του πολικού ABS και των αλληλεπιδράσεων που αναπτύσσονται μεταξύ αυτών. Οι αλληλεπιδράσεις αυτές δεσμεύουν τα σωματίδια της ορυκτής αργίλου και παρεμποδίζουν τη δράση τους ως πυρήνων ετερογενούς κρυστάλλωσης του ΡΡ. Η βελτιωμένη διασπορά των αργιλικών πλακιδίων στα μίγματα ABS/PP έχει ως επακόλουθο τη λειτουργία τους ως φράγμα στη διάχυση των αλυσίδων του PP που τείνουν να οργανωθούν σε κρυστάλλους.Επιπλέον, η ενσωμάτωση ορυκτής αργίλου στα μίγματα ABS/PP επιφέρει σημαντική βελτίωση του μέτρου ελαστικότητας και του μέτρου αποθήκευσης σε όλες τις μελετηθείσες αναλογίες, πλην του καθαρού PP, λόγω της έλλειψης πολικότητας που το χαρακτηρίζει και της μη αποτελεσματικής διασποράς των νανοπλακιδίων σε αυτό.Η συνδυασμένη προσθήκη συμβατοποιητή και αργίλου στα μίγματα ABS/PP μειώνει το ρυθμό ροής σε μεγαλύτερο βαθμό από αυτόν που αναμένεται με βάση τη σύσταση του μίγματος, πιθανόν λόγω των χημικών αλληλεπιδράσεων που ενδέχεται να λαμβάνουν χώρα μεταξύ της οργανικής τροποποίησης του μοντμοριλλονίτη και των ομάδων του ανυδρίτη του συμβατοποιητή. Η ταυτόχρονη χρήση PP-g-MAH και αργίλου οδηγεί στη μέγιστη βελτίωση της συμβατότητας μεταξύ των συστατικών του μίγματος ABS/PP. Επίσης, η προσθήκη συμβατοποιητών φαίνεται να διευκολύνει τη διάνοιξη των αργιλικών πλακιδίων στα πλούσια σε PP, μίγματα ABS/PP και ιδίως στο καθαρό PP, λόγω της εισαγωγής των πολικών ομάδων του μαλεϊκού ανυδρίτη. Η συμπεριφορά αυτή έχει ως αποτέλεσμα, τα συμβατοποιημένα, κυρίως με ABS-g-MAH, νανοσύνθετα του καθαρού PP να εμφανίζουν υψηλότερο μέτρο ελαστικότητας από τα μη συμβατοποιημένα. Εντούτοις, στα συμβατοποιημένα μίγματα ABS/PP, η αύξηση του μέτρου ελαστικότητας που προκαλείται από την προσθήκη της αργίλου είναι μικρότερη από την αντίστοιχη των μη συμβατοποιημένων μιγμάτων. Επίσης, παρατηρήθηκε ότι η συνδυασμένη χρήση συμβατοποιητή και μέσου ενίσχυσης και αργίλου αυξάνει το μέτρο αποθήκευσης κατά τη δυναμομηχανική ανάλυση σε στρέψη των μιγμάτων ABS/PP.Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα αποτελέσματα από την αναβάθμιση με γραφένιο των μιγμάτων ABS/PP και κυρίως του καθαρού PP. Πιο συγκεκριμένα, η θερμική σταθερότητα του καθαρού PP βελτιώνεται και η μη ισόθερμη κρυστάλλωσή του επιταχύνεται, εξαιτίας της δράσης των σωματιδίων του γραφενίου ως ετερογενών πυρήνων κρυστάλλωσης για την α-φάση του PP. Η ισόθερμη κρυστάλλωση του καθαρού PP, επίσης, επιταχύνεται σε πολύ μεγάλο βαθμό παρουσία του γραφενίου, όπως καταδεικνύεται από την αύξηση της σταθεράς K της εξίσωσης Avrami κατά δύο τάξεις μεγέθους και από τον υποδεκαπλασιασμό του t1/2. Επιπλέον, η προσθήκη νανοπλακιδίων γραφενίου οδηγεί σε αύξηση της αντοχής του πολυμερούς σε εφελκυσμό και σε εντυπωσιακή βελτίωση του μέτρου ελαστικότητάς του. Η βελτίωση των ιδιοτήτων που καταγράφεται στο ενισχυμένο PP αποδίδεται στις διαμοριακές CH-π αλληλεπιδράσεις που ασκούνται μεταξύ του iPP και του γραφενίου.Στα μίγματα ABS/PP, το γραφένιο δε φαίνεται να προκαλεί συμβατοποιητική δράση, καθώς αυξάνει το μέγεθος των διεσπαρμένων σωματιδίων ABS στη συνεχή φάση του PP. Ωστόσο, η θετική επίδραση του γραφενίου στα μίγματα αυτά έγκειται στην αύξηση του υπολείμματος κατά τη θερμική τους αποδόμηση και στη σημαντική αύξηση του μέτρου ελαστικότητας, καθώς η διασπορά των νανοπλακιδίων γραφενίου προσφέρει προστασία των γειτονικών σε αυτά πολυμερικών αλυσίδων, ενώ παράλληλα περιορίζει την κινητικότητά τους. Επιπρόσθετα, επιταχύνεται η μη ισόθερμη κρυστάλλωσή τους, σε μικρότερο όμως βαθμό από ότι στο καθαρό PP. Κατά την ισόθερμη κρυστάλλωση της φάσης του PP στα ενισχυμένα με γραφένιο μίγματα, η παρουσία του ABS προκαλεί την ελαφριά επιβράδυνσή της συγκριτικά με αυτή του νανοσυνθέτου γραφενίου/PP. Από την εφαρμογή της εξίσωσης Avrami διαπιστώνεται ότι η προσθήκη 30 wt% ABS στο νανοσύνθετο γραφενίου/PP οδηγεί σε μείωση της K κατά μία τάξη μεγέθους και σε διπλασιασμό του t1/2. Αξίζει να σημειωθεί, επίσης, ότι η ενσωμάτωση νανοπλακιδίων γραφενίου σε μίγματα ABS/PP προκαλεί τάση αύξησης της διηλεκτρικής σταθεράς, χωρίς να επιφέρει αύξηση των διηλεκτρικών απωλειών.Συνοψίζοντας, τα νανοσωματίδια της οργανικά τροποποιημένης ορυκτής αργίλου και του γραφενίου αναβαθμίζουν τη θερμική σταθερότητα των φάσεων του PC και του PP στα αντίστοιχα μίγματά τους με το ABS, ενώ σημαντική βελτίωση παρουσιάζει και το μέτρο ελαστικότητάς τους σε εφελκυσμό. Η διαφορετική επίδραση στην κρυστάλλωση του ΡΡ και η παρεμπόδιση από το γραφένιο της ανάπτυξης β-μορφής στα μίγματά του με το ABS επηρεάζει ανάλογα και τις ιδιότητες που εξαρτώνται από αυτό το μορφολογικό χαρακτηριστικό. Από τη μελέτη των συνθηκών μορφοποίησης εκτιμάται ότι το γραφένιο αποτελεί πρόταση για τη μορφοποίηση μιγμάτων του ABS με πολυμερή υψηλότερων θερμοκρασιών τήξης, ενώ αποτελεσματικότερη αποδεικνύεται η χρήση των νανοσωματιδίων οργανικά τροποποιημένης ορυκτής αργίλου για μίγματά του με πολυμερή χαμηλότερων θερμοκρασιών επεξεργασίας.Τα εξεταζόμενα μηχανολογικά πολυμερή (ABS, PC και PP), καθώς και τα μίγματα αυτών αποτελούν μια κατηγορία θερμοπλαστικών με ευρύτατες εφαρμογές υψηλής προστιθέμενης αξίας στον τομέα του ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Η αναβάθμιση των ιδιοτήτων τους με την προσθήκη μέσων ενίσχυσης νανοκλίμακας έχει ήδη δείξει ενδιαφέροντα αποτελέσματα. Η πρωτοτυπία της έρευνας που διεξήχθη στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής έγκειται στα εξής: Eξετάσθηκε η επίδραση της ενσωμάτωσης οργανικά τροποποιημένης ορυκτή αργίλου στις συνθήκες μορφοποίησης (εκβολή, έγχυση), στη δομή, στη μορφολογία και στις θερμομηχανικές ιδιότητες μιγμάτων ABS/PP, αντικείμενο στο οποίο η βιβλιογραφία είναι ιδιαίτερα περιορισμένη. Μελετήθηκε η ενσωμάτωση γραφενίου σε μίγματα ABS/PC και ABS/PP και εξετάστηκε η επίδρασή του στις συνθήκες μορφοποίησής τους (εκβολή), καθώς και στις θερμομηχανικές τους ιδιότητες. Διαπιστώθηκε η συμβατοποιητική δράση της οργανικά τροποποιημένης αργίλου στα μίγματα ABS/PC και ABS/PP. Πραγματοποιήθηκε σύγκριση των καθιερωμένων μέσων συμβατοποίησης εναλλακτικά καθώς και σε συνδυασμό με τα εξεταζόμενα ανόργανα μέσα νανοενίσχυσης, για τα μίγματα ABS/PC και ABS/PP, μελέτη που οδήγησε στον προσδιορισμό των ενδεδειγμένων συγκεντρώσεων για βέλτιστη συνεργασία των συστατικών των πολυμιγμάτων. Έγινε εφαρμογή μαθηματικών μοντέλων στα αποτελέσματα της θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης μιγμάτων ΑBS/PC και προτάθηκε το φυσικό μοντέλο που περιγράφει το μηχανισμό θερμικής αποδόμησης του μίγματος 50/50 w/w ABS/PC. Εξετάσθηκε η ενεργειακή αξιοποίηση μιγμάτων ABS/PC και ΑΒS/PP και νανοσυνθέτων τους, με ανάκτηση θερμικής ενέργειας μέσω καύσης και συνδέθηκε με τον προτεινόμενο μηχανισμό θερμικής αποδόμησης. Διερευνήθηκε η επίδραση του ABS μεμονωμένα και σε συνδυασμό με την προσθήκη ορυκτής αργίλου ή γραφενίου, στη μη ισόθερμη και στην ισόθερμη κρυστάλλωση της φάσης του PP και πραγματοποιήθηκε κινητική μελέτη της δεύτερης. Επιπλέον, εξετάσθηκε η επίδραση των παραπάνω παραγόντων στη β-κρυσταλλική μορφή του PP.Η πρωτοτυπία των παραπάνω τμημάτων των διδακτορικής διατριβής καταδεικνύεται από το γεγονός ότι τα σχετικά αποτελέσματα έχουν δημοσιευτεί σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά ή έχουν παρουσιαστεί σε συνέδρια με κριτές.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
Contact Info
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Product
Resources
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.
