تهیه نانوکامپوزیت های پلی استایرن دیرسوز و ارزیابی خواص اشتعال پذیری آنها

پلی استایرن یکی از پلیمرهای تجاری پرمصرف محسوب می شود که کاربردهای فراوانی در لوازم خانگی و اداری دارد. یکی از محدودیت های استفاده از این پلیمر سهولت شعله ور شدن آن در شرایط آتش سوزی می باشد. هدف از انجام پروژه حاضر، تهیه کامپوزیت ها و نانوکامپوزیت های پلی استایرن برای به تأخیر انداختن اشتعال می باشد. بدین منظور، در این تحقیق از مواد هالوژنه و فسفری، به عنوان افزودنی های دیرسوز کننده استفاده شده است. افزودنی های هالوژنه مورد استفاده، ترکیبات برمی هگزابرمو سیکلودودکان و تترابرومو بیس فنول - a بوده که به همراه یک هم افزای معدنی با عنوان تری اکسید آنتیموان مورد استفاده قرار گرفتند. ترکیب فسفری مورد استفاده نیز تری فنیل فسفات بوده است. استفاده از مواد هالوژنه به علت سمیت و آلودگی های محیط زیستی دارای محدودیت هایی می باشد، لذا به کار بردن مواد فسفری می تواند باعث کاهش مقادیر مورد نیاز از مواد هالوژنه و در عین حال رسیدن به هدف مطلوب گردد. اخیراً نانوکامپوزیت های پلیمری مزایای قابل توجهی در مقایسه با کامپوزیت های مرسوم ارائه کرده اند که از آن جمله کاهش مقادیر مورد نیاز از پرکننده و کاهش وزن محصول نهایی می باشد، از طرفی خواص مطلوبی نیز در به تأخیر انداختن اشتعال و پایداری حرارتی پلیمرها نشان داده اند. از این رو از یک نوع خاک رس اصلاح شده آلی با عنوان cloisite15a نیز برای بررسی خواص اشتعال پذیری پلی استایرن استفاده شده است. فرآیند اختلاط مذاب نمونه ها در یک اکسترودر دوپیچه همسوگرد صورت گرفت. برای بررسی خواص اشتعال پذیری و پایداری حرارتی نمونه ها، آزمون های مختلفی همچون شاخص حدی اکسیژن (loi)، آزمون احتراق ul-94 و آنالیز پایداری حرارتی انجام شد. همچنین ساختار کامپوزیت ها و نانوکامپوزیت های تهیه شده توسط آنالیز های مختلفی نظیر sem، edxa و xrd مورد بررسی قرار گرفت. شاخص جریان مذاب نیز برای بررسی تغییرات ویسکوزیته پلی استایرن در حضور افزودنی های مختلف اندازه گیری شد. در آزمون شاخص حدی اکسیژن با اندازه گیری غلظت مورد نیاز اکسیژن برای اشتعال، نتایج بسیار خوبی برای کامپوزیت های برمی حتی در غلظت های کم حاصل شد. این مواد با شرکت در چرخه احتراق پلیمر باعث به تأخیر افتادن اشتعال پلیمر شده و از گسترش شعله جلوگیری می کنند. اما تری فنیل فسفات تا ? درصد وزنی نتایج خوبی را ارائه نکرد. نتایج حاصل نشان داد که هم افزایی بسیار خوبی بین دو ترکیب هگزابرمو سیکلودودکان و تری فنیل فسفات در کندکنندگی احتراق پلی استایرن وجود دارد. نتایج آزمون احتراق ul-94 نیز منطبق بر آزمون شاخص حدی اکسیژن بود. پایداری حرارتی نمونه های دیرسوز شده در مقایسه با پلی استایرن خالص بهبود یافته اند که تا حدی مربوط به نانوذرات خاک رس موجود در نمونه های نانوکامپوزیتی و آنتی اکسیدانت مورد استفاده در تهیه نمونه های دیرسوز می باشد. همچنین از نتایج آنالیز پراش اشعه ایکس، پیش بینی شد که صفحات خاک رس بخوبی در ماتریس پلی استایرن پخش شده و ساختاری ورقه ای را ایجاد کرده اند، اما در خواص اشتعال پذیری پلی استایرن بهبود چندانی ایجاد نکرده اند. این مورد تا حدودی وابسته به شرایط و عوامل موجود در آزمون های یاد شده می باشد. نتایج حاصل از آنالیز عنصری پخش اشعه ایکس (edxa) نیز نشان دهنده توزیع یکنواخت و مناسب ذرات در پلی استایرن بوده است.