مروری بر عملکرد موم‌های عامل‌دار، به‌عنوان سازگارکننده و کمک‌سازگارکننده در کامپوزیت‌های پلیمری

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

1 مهندسی پلیمریزاسیون، پژوهشکده مهندسی، پژوهشگاه پلیمروپتروشیمی ایران، تهران، ایران

2 گروه مهندسی پلیمریزاسیون، پژوهشکده مهندسی، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران، ایران

3 گروه کاتالیست، پژوهشکده مهندسی، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران، ایران

4 گروه پلاستیک، پژوهشکده فرآیند، پژوهشگاه پلیمروپتروشیمی ایران، تهران، ایران

5 گروه پلیمریزاسیون، پژوهشکده مهندسی، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران، ایران

چکیده

تقاضا برای به­ کارگیری پلیمرها در صنایع مختلف با خواص متفاوت، روز­به ­روز در حال افزایش ‌است. این در حالی است که پلیمر خالص، قابلیت ایجاد طیف گسترده‌ای از خواص مدنظر را ندارد. برای رفع این مشکل از افزدونی‌های مختلف استفاده می‌شود که مقدار زیادی از آن­ها را مواد معدنی تشکیل می‌دهند. ماهیت قطبی این مواد باعث شده‌ است تا استفاده از آن­ها در پلیمرهای ‌غیرقطبی، مانند پلی‌اولفین‌ها، به­ دلیل ناسازگاری و چسبندگی ضعیف در سطح ‌مشترک دو فاز، با ضعف عملکرد مواجه‌ شود. روش‌های ‌مختلفی برای افزایش سازگاری استفاده می ­شوند‌ که ‌یکی از آن­ها استفاده از سازگارکننده‌ها یا عوامل فعال ‌سطحی است. موم‌های عامل‌دارشده از جمله موادی هستند که پژوهشگران طی سالیان گذشته درباره آن­ها مطالعه کرده‌اند. ساختار اصلی موم‌های عامل‌دارشده پایه ‌پلیمری، امتزاج ­پذیر بوده و گروه‌های عاملی فعال موجود در سطح موم می‌توانند با گروه‌های موجود در سطح مواد افزودنی برهم­کنش داشته ‌باشند. از این رو، استفاده از آن­ها باعث بهبود پراکنش و توزیع ذرات افزودنی در پلیمر می‌شود. همچنین، این موم‌ها به ­دلیل داشتن وزن ‌مولکولی کم قابلیت نفوذ در حفره ­ها و رگه‌های موجود در سطح افزودنی‌ها را دارند. در این صورت، به­ عنوان یک کمک­ سازگارکننده موفق درکنار سازگارکننده اصلی عمل می‌کنند. در این مطالعه، ابتدا روش‌های افزایش سازگاری و موارد استفاده­ شده بدین منظور به طور مختصر مرور می­ شود. سپس به ­طور مفصل، عملکرد موم ­های‌ عامل‌دارشده به­ عنوان سازگارکننده یا کمک­ سازگارکننده و اثر آن­ها بر خواص فیزیکی، مکانیکی و گرمایی کامپوزیت‌های ‌پلیمری بررسی می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Review of the Performance of Functionalized Waxes as a Compatibilizer and Co-Compatibilizer in Polymer Composites

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hadi Karimi 1
  • Seyed Mohammad Mahdi Mortazavi 2
  • Saeed Ahmadjo 3
  • Hamed Azizi 4
  • Mohammad Reza Rostami 5
1 Department of Polymerization Engineering , Faculty of Engineering , Iran polymer and petrochemical Institute, Tehran. Iran
2 Department of Polymerization Engineering. Faculty of Engineering. Iran polymer and Petrochemical Institute. Tehran. Iran
3 Department of Catalyst. Faculty of Engineering. Iran Polymer and Petrochemical Institute, Tehran. Iran
4 Department of Plastic, Faculty of Processing. Iran Polymer and Petrochemical Institute. Tehran. Iran
5 Department of Polymerization Engineering, Faculty of Engineering. Iran Polymer and Petrochemical Institute. Tehran. Iran
چکیده [English]

Demand for the use of polymers in different industries with different properties is increasing. However, pure polymer does not have the ability to create a wide range of desired features. To solve this problem, various additives are used, many of which are minerals. The polar nature of these additives has made them impossible to use in non-polar polymers, such as polyolefins, due to the incompatibility and poor interface adhesion. Various methods are used to increase compatibility, one of which is the use of compatibilizers. Functionalized waxes are among the materials that researchers have studied over the years. The backbone of functional waxes is miscible with a polymer, and the functional groups on the wax surface can interact with the groups present on the additive surface. Therefore, their use improves the dispersion and distribution of additive particles in the polymer. Also, due to their low molecular weight, these waxes can penetrate the pores and capillaries on the additive surface and act as a successful co-compatibilizer. In this study, first, the methods of increasing compatibility and the cases used for this purpose are briefly reviewed. Then, the performance of functionalized waxes as a compatibilizer and co-compatibilizer and their effect on the physical, mechanical, and thermal properties of the polymer composites are investigated in details.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polymeric composite
  • interface
  • compatibilizer
  • co-compatibilizer
  • functionalized wax
1. Bee S.L., Abdullah M.A.A., Bee S.T., Sin L.T., and Rahmat A.R., Polymer Nanocomposites Based on Silylated-
Montmorillonite: A Review, Prog. Polym. Sci., 85, 57-82, 2018.
2. Zou H., Wu S., and Shen J., Polymer/Silica Nanocomposites: Preparation, Characterization, Propertles, and Applications,
Chem. Rev., 108, 3893-3957, 2008.
3. Nhlapo L.P., Thermal and Mechanical Properties of LDPE/
Sisal Fiber Composites Compatibilized with Paraffin Waxes Declaration, J. Appl. Polym. Sci., 116, 2658-2667, 2010
.4.Ahmedelbadawi M., Elamin M., Xi S., and Abdelrahim Z., Preparation and Characterization of Wood-Plastic Composite
by Utilizing a Hybrid Compatibilizer System, Ind. Crop. Prod., 154, 112659, 2020.
5. Zafeiropoulos N.E., Williams D.R., Baillie C.A., and Matthews F.L., Engineering and Characterisation of the Interface
in Flax Fibre/Polypropylene Composite Materials. Part I. Development and Investigation of Surface Treatments,
Compos. Part A: Appl. Sci. Manuf., 33, 1083-1093, 2002.
6. Tserki V., Zafeiropoulos N.E., Simon F., and Panayiotou C., A Study of the Effect of Acetylation and Propionylation Surface Treatments on Natural Fibres, Compos. Part A: Appl. Sci. Manuf., 36, 1110-1118, 2005.
7. Penaloza D.P. (Jr.) and Seery T.A.P., Silylated Functionalized Montmorillonite Clay for Nanocomposite Preparation,
Nanostruct. Multiphase Mater., 2018. https://doi.org/10.14382/ epitoanyag-jsbcm.2018.26
8. Li X., Tabil L.G., and Panigrahi S., Chemical Treatments of Natural Fiber for Use in Natural Fiber-Reinforced Composites:
A Review, J. Polym. Environ., 15, 25-33, 2007.
9. Bhattacharya A. and Misra B.N., Grafting: A Versatile Means to Modify Polymers: Techniques, Factors and Applications,
Prog. Polym. Sci., 29, 767-814, 2004.
10. Bettini S.H.P. and Agnelli J.A.M., Grafting of Maleic Anhydride onto Polypropylene by Reactive Extrusion, J.
Appl. Polym. Sci., 85, 2706-2717, 2002.
11. Hailat M., Xiao H.X., and Frisch K.C., Studies on the Modification of Thermoplastic Polyolefins (TPOs)—Part
I. Effect of Various Modifiers on the Adhesion of a Two- Component (2K) Polyurethane Coating to the Modified TPOs,
J. Elastom. Plast., 32, 194-210, 2000.
12. Salimi A., Mirabedini M., Atai M., and Mohseni M., Studies of the Mechanical Properties and Practical Coating Adhesion on PP Modified by Oxidized Wax, J. Adhes. Sci. Technol., 24, 1113-1129, 2010.
13. Chiu F.C., Yen H.Z., and Lee C.E., Characterization of PP/ HDPE Blend-Based Nanocomposites Using Different
Maleated Polyolefins as Compatibilizers, Polym. Test., 29, 397-406, 2010.
14. Ristolainen N., Vainio U., Paavola S., Torkkeli M., Serimaa R., and Seppälä J., Polypropylene/Organoclay Nanocomposites Compatibilized with Hydroxyl-Functional Polypropylenes, J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys., 43, 1892-1903, 2005.
15. Wang Z.M., Nakajima H., Manias E., and Chung T.C., Exfoliated PP/Clay Nanocomposites Using Ammonium-Terminated PP as the Organic Modification for Montmorillonite, Macromolecules, 36, 8919-8922, 2003.
16. Kotek J., Kelnar I., Studenovsky M., and Baldrian J., Chlorosulfonated Polypropylene: Preparation and Its
Application as a Coupling Agent in Polypropylene–Clay Nanocomposites, Polymer, 46, 4876-4881, 2005.
17. Durmus A., Woo M., Kasgoz A., Macosko C.W., and Tsapatsis M., Intercalated Linear Low Density Polyethylene (LLDPE)/
Clay Nanocomposites Prepared with Oxidized Polyethylene as a New Type Compatibilizer: Structural, Mechanical and
Barrier Properties, Eur. Polym. J., 43, 3737-3749, 2007.
18. Yang Z., Peng H., Wang W., and Liu T., Thermal and Mechanical Properties of LDPE/Sisal Fiber Composites
Compatibilized with Functionalized Paraffin Waxes, J. Appl. Polym. Sci., 116, 2658-2667, 2010.
19. Krupa I. and Luyt A.S., Physical Properties of Blends of LLDPE and an Oxidized Paraffin Wax, Polymer, 42, 7285-
7289, 2001.
20. Geethamma V.G. and Luyt A.S., Oxidized Wax as Compatibilizer in Linear Low-Density Polyethylene-Clay
Nanocomposites: X-ray Diffraction and Dynamic Mechanical Analysis, J. Nanosci. Nanotechnol., 8, 1886-1894, 2008.
21. Motaung T.E. and Luyt A.S., Effect of Maleic Anhydride Grafting and the Presence of Oxidized Wax on the Thermal
and Mechanical Behaviour of LDPE/Silica Nanocomposites, Mater. Sci. Eng. A, 527, 761-768, 2010.
22. Fa W., Yang C., Gong C., Peng T., and Zan L., Enhanced Photodegradation Efficiency of Polyethylene-TiO2
Nanocomposite Film with Oxidized Polyethylene Wax, J. Appl. Polym. Sci., 118, 378-384, 2010.
23. Zhang J. and Wilkie C.A., Preparation and Flammability Properties of Polyethylene-Clay Nanocomposites, Polym.
Degrad. Stab., 80, 163-169, 2003.
24. Ki H.W., Min H.C., Chong M.K., Xu M., In J., Min C., Sun W., and Hyun H., Morphology and Physical Properties of
Polyethylene/Silicate Nanocomposite Prepared by Melt Intercalation, J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys., 40, 1454-
1463, 2002.
25. Raji M., Mekhzoum M.E.M., Rodrigue D., Qaiss A.E.K., and Bouhfid R., Effect of Silane Functionalization on Properties of
Polypropylene/Clay Nanocomposites, Compos. Part B, 146, 106-115, 2018.
26. Luyt A.S. and Geethamma V.G., Effect of Oxidized Paraffin Wax on the Thermal and Mechanical Properties of Linear
Low-Density Polyethylene-Layered Silicate Nanocomposites, Polym. Test., 26, 461-470, 2007.
27. Salimi A., Mirabedini S.M., Atai M., and Mohseni M., Oxidized Polypropylene Wax in Polypropylene Nanocomposites: A
Comparative Study on Clay Intercalation, Iran. Polym. J., 20, 377-387, 2011.
28. Zexiong W., Zhang Z., and Kancheng M., Preparation and Thermal Property of Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene Composites Filled by Calcium Carbonate modified with LongChain, J. Thermoplast. Compos., 33, 464-476, 2018.
29. Hong H., Liao H., Zhang H., He H., Liu T., and Jia D., Significant Improvement in Performance of Recycled
Polyethylene/Wood Flour Composites by Synergistic Compatibilization at Multi-Scale Interfaces, Compos. Part A
Appl. Sci. Manuf., 64, 90-98, 2014.
30. Mohamady Ghobashy M., Functionalized of Wax-Magnetic Nanocomposite (Fe3O4/PE) Pellets by Radiation Grafting of PAAc for Safe Dye Removal, Cogent Chem., 3, 1-9, 2017.