اطروحة دكتوراه بهندسة المواد تحضير وتوصيف خليط من البولي بروبيلين
ناقش قسم هندسة البوليمرات والصناعات البتروكيمياوية في كلية هندسة المواد\ جامعة بابل اطروحة الدكتوراه للطالب المدرس المساعد نبيل حسن حميد ( التدريسي في قسم البوليمرات في الكلية)
عنوان الاطروحة:
تحضير وتوصيف خليط من البولي بروبيلين/البولي استر للتطبيقات الصناعية
Preparation and Characterization of Polypropylene/Polyester Blend for Industrial Applications

رسالـــــــــة مقدمة إلى عمادة كلية هندسة المواد/جامعة بابل وهي جزء من متطلبات نيل درجة الدكتوراه في هندسة المواد /هندسة البوليمر
بأشــــــــراف كل من:
الاستاذ الدكتور علي عبد االامير الزبيدي
الاستاذ المساعد الدكتور علي جاسم الزهيري
ناقشت الاطروحة:
تعد المواد البلاستيكية أكثر المواد شيوعًا لأنها تمتلك ميزات فريدة. تشمل هذه الميزات كونها خفيفة الوزن، وغير مكلفة، ومرنة، وتمتلك قوة محددة عالية مقارنة بالمواد الأخرى مثل المعادن. يعتبر البولي بروبيلين (PP) أحد أكثر أنواع البلاستيك للأغراض العامة استخدامًا في الوقت الحاضر بسبب سعره المنخفض وخصائصه البارزة، مثل خواصه الميكانيكية، والاستقرار الكيميائي، وعدم السمية. تعاني معظم البوليمرات من مشاكل معينة أثناء المعالجة مثل استهلاك الطاقة وانخفاض معدل التدفق. بالإضافة إلى ذلك، لا تتحلل المنتجات البوليمرية بسهولة في البيئة الطبيعية بعد استخدامها. للتغلب على هذه المشاكل، يمكن مزج مادة بوليمرية مع بوليمرات آخرى لديها القدرة على تحسين قابلية التصنيع والتحلل البيولوجي.
تتضمن هذه الدراسة تحضير أربعة أنواع جديدة من بوليمر البولي استر عالي التفرع (HBPs) باستخدام طريقة البلمرة بالتكثيف لمونومرات من نوع A2 + B3. تمت إضافة البوليمرات المحضرة (HBPs) بنسب وزنية مختلفة (5?، 10?، 20?) لكل من البولي بروبيلين النقي (VPP) والبولي بروبيلين المعاد تدويره rPP)) باستخدام ماكنة البثق ثنائية اللولب. تمت دراسة الخواص الميكانيكية والحرارية والمورفولوجية والانسيابية وكذلك التحلل الحيوي في بيئة التربة للخلطات المحضرة.
تم استخدام تحليل الأشعة تحت الحمراء (FTIR) والرنين النووي المغناطيسي (NMR) وقياس الوزن الجزيئي بتقنية (GPC) لتوصيف البوليمرات المحضرة (HBPs).
من أجل دراسة تأثير بوليمرات البولي استر عالي التفرع (HBPs) على خصائص البولي بروبلين (PP)، تم إجراء العديد من الاختبارات، كتحليل الأشعة تحت الحمراء (FTIR)، ومقاومة الشد، ومقاومة الصدمة، والصلابة، والمسح بالمجهري الإلكتروني (SEM)، التحليل الحراري التفاضلي (DSC)، والتحليل الحراري الوزني (TGA)، وقياس معدل تدفق المنصهر (MFR)، وقياس زاوية التلامس، والتحلل البيولوجي في التربة.
أظهرت نتائج تحليل الأشعة تحت الحمراء (FTIR) والرنين المغناطيسي النووي (NMR) لبوليمرات البوليستر عالية التفرع (HBPs) وجود مجموعات وظيفية مختلفة في نفس الجزيء، مثل OH عند 3400-3220، C = N في 1651، و C = O في 1712. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام الرنين المغناطيسي النووي (NMR) للتنبؤ بالتركيب الكيميائي لمونومر المادة البادئة B3 ولبوليمرات البولي استر عالي التفرع الأربعة التي تم تحضيرها (HBPs). أظهرت نتائج قياس الوزن الجزيئي بتقنية (GPC) أن ثلاثة من البوليمرات المحضرة HBPs (HBP-TA و HBP-AD و HBP-PA) لها وزن جزيئي متقارب (1140 و 1120 و 910 جم / مول) ومؤشر التشتت المتعدد (1.30، 1.25 و 1.11). في حين أن البوليمر الرابع (HBP-MA) له وزن جزيئي أعلى (1880 جم / مول) ومعامل تشتت متعدد (1.18)، ويرجع ذلك إلى الاختلاف في التركيب الكيميائي لمونوميرات A2 بين المواد الأربعة.
أظهرت نتائج تحليل الأشعة تحت الحمراء FTIR للبولي بروبيلين (PP) وخلطاته (VPP / HBPs ، rPP / HBPs) عدم وجود تفاعل كيميائي بين البوليمرين ، فقط تفاعل فيزيائي مع حدوث تغير إزاحة قليلة في قيم الاواصر للبولي بروبيلين PP.
أظهرت نتائج الشد أن مقاومة الشد، ومعامل المرونة، والاستطالة عند الكسر لكل من البولي بروبلين النقي (VPP) والبولي بروبيلين المعاد تدويره (rPP) قد انخفضت مع زيادة نسبة بوليمرات البوليستر الاربعة عالية التفرع (HBPs) التي تم تحضيرها، بسبب الاختلاف في القطبية بين البوليمرين. بينما، تحسنت مقاومة الصدمة للخلطات البوليمرية مع زيادة نسبة بوليمر البوليستر عالي التفرع، وجد أيضًا أن أفضل مقاومة للصدمة كانت عند نسبة 10? من HBPs لكل الخلائط، والذي قد يكون بسبب وجود التفرعات في التركيب والتي تؤدي الى تحسين خصائص الصدمة (تحسين المتانة). في حين أن هناك تحسنًا طفيفًا في الصلابة عند إضافة HBPs للخلطات، والتي تُعزى إلى ان HBPs جعل السطح أفضل للخلطات وكذلك لطبيعة التركيب الكيميائي لـ HBPs.
أظهرت نتائج الفحص بالمجهر الإلكتروني (SEM) أن هناك تشتتًا جيدًا لـ HBPs في PP عندما تكون نسبة HBP 5 ? وحدوث تكتل بسيط عندما تكون نسبة HBPs أعلى (10 ?، و 20 ?) ،هذا التكتل بسبب ان التفاعل القطبي بين (HBP-HBP) أعلى من التفاعل القطبي- الغير القطبي (PP-HBPs).
أظهرت نتائج قياس التحليل الحراري التفاضلي (DSC) أن درجة حرارة الانصهار (Tm) تحسنت قليلاً لكل من مزيج VPP و rPP بينما زادت درجة حرارة التبلور (Tc) لخلطات VPP وانخفضت لخلطات rPP بالإضافة إلى ذلك، وجد ان درجة التبلور Xc لكلا الخليطين قد انخفضت. أظهرت نتائج التحليل الوزني الحراري (TGA) أن اثنين من البوليمرات التي تم تحضيرها (HBP-TAو HBP-AD) لهما مرحلتان من التحلل الحراري، بينما كلا من ( HBP-MAوHBP-PA) لها ثلاث مراحل من التحلل الحراري ، وتعزى هذه التغييرات في التدهور للبنية المختلفة داخل كل بوليمر. أيضًا، وجد أن إضافة HBPs إلى PP (VPP وrPP) قد حسن الثباتية الحرارية للخلائط المحضرة.
أظهرت نتائج معدل تدفق المنصهر (MFR) أن إضافة HBPs أدت إلى زيادة MFR لخلطات PP (VPP وrPP). أيضًا، وجد أن MFR كان يمتلك أعلى قيمة عند نسبة 10 ? منHBPs. بالإضافة إلى ذلك، وجد أن اللزوجة تنخفض للخلطات ويزداد معدل القص هذا مؤشر على أن HBPs تعمل كمادة مضافة محسنة للتصنيع عن طريق زيادة سلوك shear thinning.
أظهرت نتائج قياس زاوية التلامس أن إضافة HBPs الى PP (VPP وrPP) قد حسن طبيعته المحبة للماء عن طريق تقليل زاوية التلامس. أيضًا، وجد أن زاوية التلامس لخلطات rPP أفضل من خلطات VPP. بالإضافة إلى ذلك، وجد أن أفضل نتائج زاوية التلامس كانت عند إضافة بوليمر HBP-TA ، بسبب وجود محتوى أعلى من مجاميع الهيدروكسيل في هذا البوليمر مقارنة بالبوليمرات الأخرى.
أظهرت نتائج التحلل البيولوجي في التربة أن فقدان الوزن قد زاد مع زيادة نسبة HBPs في خلائط PP (VPP / HBPs و rPP / HBPs). بالإضافة إلى ذلك، وجد أن معدل فقدان الوزن لخلطات rPP كان أعلى من خلطات VPP، كما أن فقدان الوزن الأعلى كان لـ HBP-TA نظرًا لوجود محتوى أعلى من مجاميع الهيدروكسيل في هذا البوليمر مقارنة بالبوليمرات الأخرى.

جنان العبيدي