KFUPM ePrints

Hydrogen bonding in polymer blends: effect on glass transition temperature

Al-Najjar, Mohammed Mustafa (2000) Hydrogen bonding in polymer blends: effect on glass transition temperature. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
3947Kb

Arabic Abstract

في هذا البحث تم دراسة تأثير الرابطة الهيدروجينية بين جزئيات أنواع مختارة من خلائط البوليمرات على درجة حرارة الانتقال الزجاجي . ولتحقيق هذا الغرض استخدم جهاز التحليل الحراري (Differential Scanning Calorimetry) في تحديد درجة حرارة الانتقال الزجاجي لهذه الخلائط من البوليمرات . وقد تم إجراء تعديل في التركيب الكيميائي لأحد أو لكلا من البوليمرات المكونة للخليط بإدخال مجموعة جزئيات لها خاصية التجاذب مع جزئيات أخرى . استخدمت طريقتي السلفنه (Sulfonation) والنترجه (Nitration) لتعديل مادة البولي ستايرين . ثم تم تحقيق مستويات مختلفة من السلفتة والنترجه استخدمت في عملية الخلط بلغت حوالي 4.4% من مجموعة السلفات و 66% و 97% من مجموعة النيترات . البوليمرات التي استخدمت في عملية الخلط هي : بولي اكـربليك أسيـد (بأوزان جزيئية مختلفة) وبولي فينيل كلوريد وبولي فينيل ميثاكريلات وبولي فينيل الكحول . لقد أدت الرابطة الهيدروجينية بين أجزاء البوليمرات إلى الحصول على خلائط متجانسة التداخل . تم استنتاج ذلك من خلال ملاحظة ظهور درجة انتقال زجاجي واحدة للخليط . كما تم الحصول على نفس النتيجة لجميع نسب الخلط لخليط البوليمرات المكون من البولي ستايرين المنترج بنسبة 66% مع أوزان مختلفة من البولي اكريليك أسيد . كذلك لوحظ وجود انحراف إيجابي عن متوسط مجموع درجات الانتقال الزجاجي للبوليمرات الأصلية وهذا يوضح وجود تفاعل قوي بين أجزاء البوليمرات مما أدى إلى تحسين تداخل وتجانس مكونات الخليط . وفي حالة خليط البولي ميثيل ميثاكريلايت بأوزان مختلفة من البولي اكريليت أسيد تم الحصول على خليط واحد متجانس له درجة انتقال زجاجي واحدة لنسبة خلط تساوي 50% من كلا البوليمرات كذلك تم الحصول على نفس النتيجة لخليط البولي فينيل الكحول مع البولي ستايرين المنترج بنسبة 66%. كما أنه تم تطوير نموذج رياضي تقريبي مبني على دالة الحركة المجزئة للبوليمرات (Rotational Partition Function) للتنبؤ بقيم درجة حرارة الانتقال الزجاجي للخلائط المختلفة . كانت النتيجة هي الحصول على تطابق جيد مع القيم التي ظهرت من خلال التجارب . استنتج من هذا البحث أن إيجاد تفاعل قوي عن طريق تكوين الرابطة الهيدرجينية في خليط البوليمرات يعطي درجة حرارة انتقال زجاجي أعلى من متوسط مجموع درجات حارارة الانتقال الزجاجي للبوليمرات الأصلية المكونة للخليط . وهذه النتيجة يمكن أن يكون لها فائدة صناعية كبيرة للتطبيقات التي تحتاج إلى درجات عالية من حرارة الانتقال الزجاجي .

English Abstract

In this study, the effect of intermolecular hydrogen bonding on the glass transition temperature (Tg) of selected polymer blends was investigated. Differential scanning calorimetry (DSC) was used for the determination of the glass transition temperature of the blends. Modification of one or both component polymers was done by introducing specific interacting groups. Nitration and sulfonation modifications were introduced in polystyrene. Different levels of sulfonation and nitration were obtained. Sulfonated polystyrene with 4.4% f substitution and nitrated polystyrene with 66% and 97.2% of substitutions were blended process with different homopolymers. Polymers used in the blending process were polyacrylic acid (PAA) (with different molecular weights), polyvinyl chloride (PVC), polymethyl methacrylate (PMMA), and polyvinyl alcohol (PVA). The hydrogen bonding between the segments of the component polymers led to miscible blends. Ths was judged from the observation of a single glass transition temperature for the blend. This conclusion was obtained for the entire range of compositions for nitrated polystyrene having 66% of substitution (NPS4) with two molecular weights of polyacrylic acid (MW = 2000, MW = 250,000). A positive deviation from the average Tg values of component polymers was found. That elucidated the strong interactions between the polymer segments that led to miscibility enhancement of the blend composition. The PMMA/PAA blends with different molecular weights of PAA formed a miscible blend with s single Tg for weight fraction of 0.5. Also, the PVA/NPS4 formed a miscible blend with a single Tg. An approximated model, based on the rotational partition function, was developed to predict the Tg values of the different blends. A reasonable agreement with the experimental results was found. It was concluded from this research that introducing strong inteactions, such as hydrogen bonds in the mixture of polymers, gives a higher glass transition temperature than the average value of the component polymers. This result can be of great industrial benefits for applications that require high Tg values.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:January 2000
Date Type:Completion
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Creators:Al-Najjar, Mohammed Mustafa
Committee Advisor:Hamad, Esam Z.
Committee Members:Kahraman, Ramazan and Hamid, Halim S. and Al-Naafa, M. A.
ID Code:10227
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 16:59
Last Modified:25 Apr 2011 10:25

Repository Staff Only: item control page