-کارایی اثر مقدار ماده فعال سطحی بر استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته چسب‌های حساس به فشار چگونه است؟
-کارایی اثر دما بر استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته چسب‌های حساس به فشار چگونه است؟
- کارایی اثر نانوذرات سیلیکات بر بر استحکام چسبندگی جداشدگی و ویسکوزیته چسب‌های حساس به فشار چگونه است؟
۱-۶ قلمرو پژوهش
۱-۶-۱ قلمرو زمانی
قلمرو زمانی پژوهش سال (۹۳-۹۲) به مدت هفت ماه است.
۱-۶-۲ قلمرو مکانی
آزمایشگاه جهاد دانشگاهی واقع در دانشگاه فردوسی.
۱-۶-۳ قلمرو موضوعی
این پژوهش پلیمریزاسیون امولسیونی مونومرهای اکریلیکی برای بهبود خواص چسب‌های حساس به فشار را مورد بررسی قرار می‌دهد.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
۱-۷ تعریف واژه‌ها
۱-۷-۱ آغازگر: مولکولی است که هرگاه در معرض حرارت، تابش الکترومغناطیس یا واکنش شیمیایی قرار گیرد به آسانی در اثر گسستگی جور، رادیکال‌های واکنش پذیرتر از رادیکال مونومر را ایجاد کند (بخشنده و سبحان منش، ۱۳۶۷).
۱-۷-۲ امولسیون کننده: معرف‌های امولسیون کننده در پلیمریزاسیون امولسیونی قادر هستند که نیروی برهمکنش بین فاز مونومر و فار آبی را کاهش دهند تا در اثر هم زدن، مونومر بتواند به صورت معلق، در فاز آبی قرار گیرد (ظهوری، ۱۳۷۷).
۱-۷-۳ امولسیون: نامیزه یا امولسیون محلولی است که در آن قطره‌های ریز یک مایع (مانند روغن) در مایعی دیگر (مانند آب) بی‌آنکه با یکدیگر درآمیزند، پراکنده است. یک امولسیون از دو مایع امتزاج ناپذیر (معمولاً روغن و آب) تشکیل شده است که یکی از آن‌ها به صورت قطرات ریز در دیگری پراکنده شده است(ویکی پدیا، ۲۰۱۴).
۱-۷-۴ پایدار کننده: ماده‌ای است که برای جلوگیری از تغییر ناخواسته در وضعیت ماده دیگر اضافه می‌شود (ویکی پدیا، ۲۰۱۴).
۱-۷-۵ پلیمریزاسیون: بسپارش یا پلیمریزاسیون یک واکنش شیمیایی است که در آن مولکول‌های کوچک و ساده یا همان مونومرها با یکدیگر پیوند برقرار کرده و مولکولی بزرگ با وزن مولکولی چندین برابر مولکول اولیه به وجود می‌آورند (ویکی پدیا، ۲۰۱۳).
۱-۷-۶ پلیمریزاسیون امولسیونی: بسپارش امولسیونی یا پلیمریزاسیون امولسیونی یکی از انواع فرایند پلیمریزاسیون است که در آن مونومرها در محیط آبی، به مانند روغن در آب امولسیون می‌شوند (ویکی پدیا، ۲۰۱۴).
۱-۷-۷ چسب‌های حساس به فشار: چسب حساس به فشار چسبی است که وقتی فشار به محل اتصال چسب با سطح چسبنده اعمال می‌شود پیوندهای آن شکل می‌گیرد. بدون نیاز به حلال، آب و حرارت چسب فعال می‌شود (ویکی پدیا، ۲۰۱۴).
۱-۷-۸ دمای تبدیل شیشه‌ای: دمایی است که در آن خواص مکانیکی پلیمرها به شدت تغییر می‌کند. علت اصلی این تغییر را به حرکت مولکول‌ها ارتباط می‌دهند (ظهوری، ۱۳۸۱).
۱-۷-۹ راکتور نیمه پیوسته: گونه ساده‌ای از راکتورهای شیمیایی است که به صورت مخزنی همراه با همزن و سیستم تبادل حرارت است. مواد اولیه به آرامی به مخزن افزوده می‌شود و خروجی از راکتور وجود ندارد (ویکی پدیا، ۲۰۱۳).
۱-۷-۱۰ ماده فعال سطحی: سورفکتانت‌ها یا مواد فعال سطحی موادی هستند که هنگامی که به مقدار بسیار ناچیز استفاده می‌شوند کشش سطحی آب را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند (ویکی پدیا، ۲۰۱۴).
۱-۷-۱۱ شیرابه: کائوچو یکی از مواد لاستیکی است. معنی لغوی کائوچو، درخت گریان است. از نظر قدمت تاریخی برای صنایع لاستیک منشأ دقیقی نیست. اما اعتقاد این است که بومیان آمریکای مرکزی از برخی از درختان شیرابه‌هایی استخراج می‌کردند که این شیرابه‌ها که بعدها نام لاتکس را بخود گرفت اولین مواد لاستیکی را تشکیل می‌دادند (ویکی پدیا، ۲۰۱۳).
فصل دوم
مروری بر تحقیقات انجام شده
۲-۱ مقدمه
با توجه به تمام موضوع‌های بیان شده در فصل یک همیشه در تولید رزین‌های اکریلیک به عنوان چسب حساس به فشار هدف تولید یک رزین امولسیون پایدار شیری رنگ است. که علاوه بر ویسکوزیته نه چندان زیاد، دارای استحکام چسبندگی جداشدگی بالا باشد. تا از لحاظ خواص مکانیکی جوابگوی بازار مصرف شامل نوار چسب، برچسب، پوشش و لامینت‌ها باشد.
به این ترتیب طی ۵۰ سال اخیر سعی شده است با انواع روش‌های پلیمریزاسیون امولسیونی، هموپلیمریزاسیون انواع الکیل اکریلات‌ها، الکیل متاکریلات‌ها و کوپلیمریزاسیون و ترپلیمریزاسیون آن‌ها با وینیل استرها، استایرنی‌ها، اکریلو نیتریل‌ها و در حضور انواع مونومرهای کمکی شامل انواع مونومرهای اسیدی و یا هیدروکسی الکیل اکریلات‌ها و یا هیدروکسی متاکریلات‌ها در حضور انواع آغازگرهای حرارتی، اکسایشی و کاهشی با کمک انواع امولسیون کننده‌ها و پایدارکننده‌های کلوییدی در دماها و درجه اسیدیته‌های متفاوت انجام شود. حاصل آن انواع چسب‌های حساس به فشار با خواص مکانیکی متفاوت بوده است (مبلیت[۵۶]، ۱۹۷۲).
جوانویک[۵۷] و همکاران (۲۰۰۵) یک مطالعه‌ی جامع برای ساخت چسب‌های حساس به فشار که کوپلیمری از بوتیل اکریلات[۵۸] و وینیل استات[۵۹] بود انجام دادند. در این مسیر اثر متغییرهای اثر گذار بر پلیمریزاسیون امولسیونی روی خواص این رزین‌های اکریلیک بررسی شد. از جمله نسبت بوتیل اکریلات به وینیل استات، مقدار مونومر کمکی، غلظت آغازگر، دما، محتوای جامد و غلظت امولسیون کننده. نتایج گوناگون این مطالعه و اثر این شاخص‌ها روی خواص چسب‌های حساس به فشار برای مدل سازی‌های تجربی آینده مورد استفاده قرار گرفت. نتایج چسبندگی روی سطح فولاد ضد زنگ نسبت به سطح پلی اتیلن بسیار بهتر بود. در شرایط حداکثر آغازگر و حداقل امولسیون کننده بهترین نتایج چسبندگی و استحکام چسبندگی جداشدگی حاصل شد.
ظهوری و همکاران (۲۰۱۴) به منظور به دست آوردن فرمول مناسب از شیرابه اکریلیکی به عنوان چسب حساس به فشار امولسیونی که دارای استحکام چسبندگی برشی بالا همراه با استحکام چسبندگی جداشدگی و چسبناکی بالا باشد پلیمریزاسیون امولسیونی با مونومرهای سخت مانند استایرن، وینیل استات، متیل متاکریلات، بوتیل متاکریلات و مونومرهای نرم بوتیل اکریلات و ۲- اتیل هگزیل اکریلات همراه با مونومر کمکی اکریلیک اسید انجام دادند. اثر نوع مونومر اکریلیک سخت و نرم، نوع و سطح ماده فعال سطحی و غلظت آغازگر بر پایداری و خواص نهایی چسب حساس به فشار امولسیونی تهیه شده، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد افزایش قابل توجه در استحکام چسبندگی برشی و استحکام جداشدگی جداشدگی مشاهده شد. همچنین برای به دست آوردن یک تعادل موفق از خواص چسبندگی چسب حساس به فشار، یک مجموعه از مواد فعال سطحی آنیونی و غیریونی را مورد بررسی قرار دادند. ماده فعال سطحی ترکیبی (آنیونی به همراه غیریونی) باعث افزایش بیشتری در پایداری امولسیون و بهبود خواص چسب حساس به فشار نسبت به تک-ماده فعال سطحی شد. در مقدار‌های کمتری از آغازگر نیز افزایش بیشتری در استحکام چسبندگی جداشدگی مشاهده کردند.
دونسکو[۶۰]و همکاران (۱۹۹۱) روشی که در آن واکنش تجزیه یک آغازگر پتاسیم پرسولفات تحت تاثیر ماهیت واکنش‌های متوسط پلیمریزاسیون، شرایط کاری در طول پلیمریزاسیون نیمه پیوسته و کوپلیمریزاسیون وینیل استات مورد مطالعه قرار دادند. نتایج نشان داد که سرعت تجزیه پتاسیم پرسولفات در فاز آبی حاوی پلی وینیل الکل و مواد فعال سطحی آنیونی و غیر یونی بالاتر است. همچنین سرعت تجزیه پتاسیم پرسولفات در حضور وینیل استات پایین است. سرعت تجزیه پتاسیم پرسولفات در حضور مونومرهای غیر قطبی پایین به دست آمد.
کزچ[۶۱] و همکاران (۲۰۱۳) مطالعه‌ای در مورد اثر نانو ذرات سیلیکات بر استحکام چسبندگی جداشدگی، برشی و چسبناکی چسب حساس به فشار اکریلیکی انجام دادند. نتایج نشان دادند که استفاده از نانو ذرات سیلیکات بدون انعقاد (اگلومره[۶۲]) به عنوان تقویت کننده معدنی در چسب حساس به فشار اکریلیکی باعث افزایش استحکام چسبندگی برشی و همچنین ویسکوزیته شد. اما بر چسبناکی و استحکام چسبندگی جداشدگی اثر چندانی نداشت.
لواندوسکی[۶۳] (۲۰۱۰) مطالعه دوباره‌ای بر اثر نانو ذرات سیلیکات روی خواص چسبندگی شیرابه‌های اکریلیک انجام داد. نتایج نشان دادند که با افزایش نانو ذرات سیلیکات استحکام چسبندگی برشی افزایش فوق العاده‌ای پیدا کرده است اما اثر چندانی بر استحکام چسبندگی جداشدگی نداشت.
لواندوسکی و همکاران (۲۰۰۷) تلاش کردند اثر نانو ذرات سیلیکات[۶۴] را روی رزین‌های اکریلیک بررسی کنند. در نتیجه در یک مرحله رزین اکریلیک که کوپلیمری از متیل متاکریلات و یک مونومر وینیل استاتی بوده است را ساختند. سپس نسبت‌های متفاوت ۱% تا ۸% نانو ذرات سیلیکات را با رزین اکریلیک ساخته شده زیر همزن مخلوط کردند. در آخر با روش‌های استاندارد آزمایش چسبندگی چسب‌های حساس به فشار خواص مکانیکی چسبندگی این نانو کامپوزیت‌ها اندازه گیری شد. نتیجه جالبی از این پروژه به دست آمد. نانو ذرات سیلیکات بدون تغییر محسوس در استحکام چسبندگی جداشدگی، باعث افزایش فوق العاده استحکام هم چسبی شده بود.
جاکوبوس[۶۵] و همکاران (۱۹۹۸) اثر استفاده از پایدار کننده[۶۶]هایی مثل پلی وینیل الکل را روی ساخت و فرمول بندی چسب‌های حساس به فشار بررسی کردند. این پایدارکننده‌ها باعث ساخت شیرابه با ذرات ریز میکرون شدند. هم چنین باعث بهبود ویژگی‌های کاربردی، پایداری و کشسانی چسب حساس به فشار شدند.
راولت[۶۷] و همکاران (۲۰۰۸) اثر تقویت کننده نانو ذرات سیلیکات را روی چسب‌های حساس به فشار که با یک عامل ایجاد کننده پیوندهای عرضی چند عاملی آزیریدینی[۶۸] شبکه‌ای شده، بررسی کردند. در اثر افزایش نانو ذرات سیلیکات استحکام هم چسبی رشد بسیار سریعی داشته در حالی که استحکام چسبندگی ثابت مانده است. در یک مقدار ثابت رزین اکریلیک و نانو ذره با حضور عامل ایجاد کننده پیوندهای عرضی، مقدار استحکام چسبندگی برشی افزایش فوق العاده‌ای داشته است. ولی حضور عامل ایجاد کننده پیوندهای عرضی به تنهایی در ساختار رزین اکریلیک به مقدار کمی استحکام چسبندگی جداشدگی را افزایش داد.
لزاریدیز[۶۹] و همکاران (۲۰۰۱) مطالعه‌ای بر کوپلیمریزاسیون امولسیونی نیمه پیوسته وینیل استات و بوتیل اکریلات با بهره گرفتن از ماده فعال سطحی غیریونی و آغازگر آمونیوم پر سولفات داشتند. این دستور پلیمریزاسیون با توجه به مقدار اولیه آغازگر، تغذیه پیوسته راکتور، غلظت ماده فعال سطحی، غلظت الکترولیت و سرعت اضافه کردن مونومر متفاوت بود. مشخص شد که از مهمترین عامل‌ها برای پایداری ذرات نیبت طول زنجیر آبدوست به آبگریز ماده فعال سطحی است که در واقع تعادل بین سطح پوشش و قابلیت پایداری را کنترل می‌کند. آن‌ها نتیجه گرفتند با یک افزایش در مقدار ماده فعال سطحی تا بالای مقدار استاندارد، ذرات شیرابه پایدار شدند و سرعت پلیمریزاسیون افزایش یافت.
یانگ و همکاران (۲۰۰۳) سعی کردند چسب حساس به فشاری که مقاومت در برابر آب داشته باشد طراحی کنند. به همین منظور چهار نوع مختلف چسب‌های حساس به فشار امولسیونی اکریلیکی، چهار نوع مختلف ماده فعال سطحی آنیونی، دو ماده فعال سطحی با وزن ملکولی کم معمولی (یک نمک سدیم و یک نمک آمونیوم) آماده کردند. حفظ استحکام چسبندگی جداشدگی نوار چسب‌های حساس به فشار بعد از غوطه وری در آب مقایسه شد. نتایج نشان دادند که هر دو خواص استحکام چسبندگی جداشدگی و مقاومت در برابر آب چسب‌های حساس به فشار اکریلیکی پایدار شده توسط مونومرهای آنیونی بهتر از چسب‌های حساس به فشار اکریلیکی پایدار شده توسط ماده فعال سطحی با وزن ملکولی کم بود و ماده فعال سطحی آمونیوم بهتر از ماده فعال سطحی سدیم بود.
کوئه[۷۰] و همکاران (۲۰۱۰) چسب حساس به فشاری را با بهره گرفتن از شیرابه ساخته شده از طریق یک فرایند پلیمریزاسیون امولسیونی نیمه پیوسته با بوتیل اکریلات و متیل متاکریلات و گاهی اضافه کردن مونومرهای ۲-هیدروکسی اتیل متاکریلات و یا اکریلیک اسید را ساختند. مقدار امولسیون کننده، آغازگر، زمان شروع اضافه کردن پیش امولسیون و نسبت وزنی بوتیل اکریلات/متیل متاکریلات برای تغییر خواص پلیمر دست کاری شدند. بهبود استحکام چسبندگی جداشدگی با از دست دادن استحکام چسبندگی برشی ممکن بود. در برخی موارد استحکام چسبندگی جداشدگی، استحکام چسبندگی کششی و برشی به طور همزمان و تا حد زیادی توسط اضافه کردن ۲-هیدروکسی اتیل متاکریلات بهبود یافت. این فن آوری سازگار با محیط زیست چسب‌های حساس به فشار قابل حل در آب جدید، پتانسیل بزرگی برای کاربردهای مختلف مانند صنعت کاغذ برای تولید محصول زیست تخریب پذیر محلول در آب، نوار و الکترود پزشکی دارد.
ژانگ[۷۱] و همکاران (۲۰۰۹) پلیمریزاسیون امولسیونی اکریلیکی بدون امولسیون کننده حاوی مونومر هیدروکسیل آب گریز (۲۳% وزنی) در حضور و عدم حضور نانو ذرات سیلیکات را مورد مطالعه قرار دادند. اثر دمای واکنش، سطح نانو ذرات سیلیکات، تغییر مونومر اصلی کامپوزیت در لخته، اندازه ذرات و تغییر مونومر مورد بررسی قرار گرفت. میکروسکوپ الکترونی انتقالی[۷۲] برای مشاهده شکل شناسی ذرات نانو ذرات سیلیکات مورد استفاده قرار گرفت. ذرات نانو سیلیکات افزایش یافت اما باعث کاهش لخته شد. همچنین وقتی دمای پلیمریزاسیون از°C 65 به دمای °C 80 افزایش یافت تولید لخته کاهش پیدا کرد، و این موضوع تا حد زیادی بی ربط از وجود نانو ذرات سیلیکات نیست. اما لخته بدون حضور نانو ذرات سیلیکات افزایش یافت.
ساساکی[۷۳] و همکاران (۲۰۰۸) نقش عامل افزایش دهنده قدرت چسبندگی بر خواص نوار چسب حساس به فشار را مورد بررسی قرار دادند. رزین سیکلو-آلیفاتیک هیدروژنه، مانند عامل افزایش دهنده قدرت چسبندگی که دارای سازگاری ضعیف با پلی استایرن است افزایش قابل توجهی به استحکام چسبندگی جداشدگی داد. هیچ افزایش قابل ملاحظه در محتوای بالاتر از عامل افزایش دهنده قدرت چسبندگی مشاهده نشد.
چانگ[۷۴] و همکاران (۱۹۸۶) سعی کردند که طی یک پلیمریزاسیون دو مرحله‌ای مونومرهای الکیل اکریلاتی و دی استرهایی مثل دی بوتیل فومارات را کوپلیمریزاسیون کنند. که در آن یک مونومر ایجاد کننده پیوند عرضی مثل دی الکیل استریک فوماریک اسید ویژگی‌هایی مثل چسبندگی و استحکام چسبندگی جداشدگی را افزایش می‌دهد. یک مونومر سخت نیز در آن استحکام چسبندگی برشی را افزایش می‌دهد. در عین حال مونومر نرم چسبندگی بالایی به رزین می‌دهد. اوکادا[۷۵] و همکاران (۱۹۹۱) سعی کردند یک چسب حساس به فشار را از کوپلیمریزاسیون الکیل متاکریلات‌ها و الکیل اکریلات‌ها هرکدام با مونومرهایی مثل اکریلونیتریل و وینیل استات تهیه کنند که دارای خواص متفاوتی از قبیل چسبندگی به سطوح مختلف قطبی و غیرقطبی، چسبندگی خوب به مواد و خاصیت استحکام چسبندگی برشی باشد.
موری[۷۶] و همکاران (۱۹۷۸) یک چسب حساس به فشار را از هموپلیمریزاسیون الکیل اکریلات‌ها و یا کوپلیمریزاسیون آن‌ها با وینیل استرها، الکیل متاکریلات‌ها در حضور مونومرهای کمکی اسیدی انجام دادند. نتیجه این اختراع تهیه کوپلیمری بود که چسبندگی خیلی خوبی به فیلم‌های پلی الفینی داشت. گروهی دیگر (۱۹۹۶) سعی کردند با بهره گرفتن از پلیمریزاسیون امولسیونی الکیل اکریلات‌ها در کنار مونومرهای کمکی مثل اکریلیک اسیدها و با بهره گرفتن از یک عامل ایجاد کننده‌ی پیوند عرضی درونی چسب حساس به فشاری بسازند که به راحتی کنده شود و هم چنین مقاوم در مقابل آب باشد.
برنارد[۷۷] و همکاران (۱۹۹۷) رزین اکریلیکی را با بهره گرفتن از پلیمریزاسیون مونومرهای نرم در کنار مونومرهای سختی مثل دی استرهای کربوکسیلیک اسیدها با حضور مونومرهای کمکی مثل اکریلیک اسیدها بسازند. سپس سعی کرده اند با بهره گرفتن از عامل افزایش دهنده قدرت چسبندگی[۷۸] خاص چسب حساس به فشاری بسازند که هم به سطوح قطبی و هم به سطوح غیرقطبی چسبندگی مناسبی داشته باشد.
یوشی نوبو[۷۹] و همکاران (۲۰۰۱) سعی کردند به دلیل افزایش روزافزون مواد پلاستیکی در صنعت، چسب حساس به فشاری تهیه کنند که برای پوشش دادن روی سطوح غیر قطبی مناسب باشند. آن‌ها سعی کردند که با پلیمریزاسیون امولسیونی مونومرهای الکیل که دارای زنجیر الکیل ۹ تا ۱۲ کربنه می‌باشد و با بهره گرفتن از مواد فعال سطحی که رادیکالی قابل پلیمرشدن هستند چسب حساس به فشاری را طراحی کنند که در مقابل آب، هوا و رطوبت مقاوم باشد و در عین حال چسبندگی بالایی داشته باشند.
لی[۸۰] و همکاران (۲۰۰۴) ترکیب چسب‌های حساس به فشار اکریلیکی را توسط پلیمریزاسیون امولسیونی در حضور مونت موریلونیت[۸۱] (یک نوع کانی با قابلیت زیاد جانشینی یون‌ها در شبکه بلوری) ساختند. بررسی با پراش اشعه ایکس[۸۲] و میکروسکوپ الکترونی عبوری[۸۳] هر دو ساختار میانه و تراشیده شده مونت موریلونیت در ترکیب را نشان داد. پیشرفت‌های قابل توجهی در استحکام چسبندگی جداشدگی در اثر اضافه کردن مونت موریلونیت به دست آمد. علاوه بر این، فقط یک مقدار کمی از مونت موریلونیت برای بهبود خواص چسبندگی چسب‌های حساس به فشار اکریلیکی کافی بود.
