Preparation and characterization of high density polyethylene/graphene nanocomposites by in-situ polymerization. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Final_Thesis.pdf - Accepted Version Download (8MB) | Preview

Arabic Abstract

بولي ايثاليين عالي الكثافة ( (HDPE هو أحد أهم أنواع البلاستيك الحراري وذلك لخواصه المميزة مثل شدته الميكانيكية العالية, وطبيعته غير التآكلية وثمنه المناسب لذلك فإن (HDPE) يستخدم في الأغلب خارجيا في الهواء الطلق. ان عمره الإفتراضي يعتمد على عوامل متعددة مثل الإشعاع الشمسي، الرطوبة ، الملوثات وبالأخص الأشعة فوق البنفسجية. ان دارسة تطوير الخواص الجوهرية لـ (HDPE) مثل الميكانيكية والإستقرار الحراري بالإضافة إلى مقاومة التحلل تعد من اهم اهتمامات العلماء. ان أحد هذه الخيارات لتطوير خواصه الجوهرية هي إدماج المالئات متناهية الصغر (nano-fillers) في البنية التركيبة للبوليمر. في هذا المشروع سوف يتم يتم تصنيع المركبات النانومتريه ( nanocomposites) للجرافين/ بولي ايثاليين بواسطة البلمرة الموضعية في تواجد الحفاز الزيركوسين (zirconocene) والمساعد المحفز (methylaluminoxane ). لقد تم دراسة تأثير الجرافين على نشاط الحفاز، الخواص الميكانيكية ، والحرارية لـ(HDPE) . ان كلا من الخواص الميكانيكية والحرارية تحسنت ولكن على حساب انخفاض طفيف لنشاط الحفاز. ادت اضافة الجرافين الى زيادة ملحوظة في الوزن الجزيئي. ان تحليل الحرق ((combustion analysis للمركبات النانومتريه ( nanocomposites) أوضح تحسن في تاخير عملية الاحتراق للمركبات النانومتريه ( nanocomposites). لقد تم دراسة التبلور غير متماثل حراريا للمركبات النانومتريه ( nanocomposites) بواسطة مسعر المسح التبايني differential scanning calorimetry (DSC) . ان طاقة النشاط المؤثرة (EA) تم حسابها بواسطة طريقة (Vyazovkin ( الاعتيادية غير الخطية. تم ملاحظة تأثير الجرافين على عملية التبلور من خلال من زيادة حرارة البلمرة (Ton) ، نقصان في طاقة النشاط المؤثرة (EA) وزيادة كفاءة النواة. ايضا لقد تم دراسة تأثير الجرافين على التعرية الطبيعية natural weathering. لقد تم تعريض شريحة نحيفة من المركبات النانومتريه ( nanocomposites) للتعرية الطبيعية في الهواء الطلق خلال ازمان مختلفة. ان تحليل العينات بواسطة تحويل فورييه الطيفي بالأشعة تحت الحمراء Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) أوضح مجموعة الكاربونيل carbonyl للمركبات النانومتريه ( nanocomposites) للجرافين/ بولي ايثاليين أقل بكثير من(HDPE) الأصلي. بالإضافة ان التغير في الوزن الجزيئي و storage modulus أقل للمركبات النانومتريه ( nanocomposites) للجرافين/ بولي ايثاليين. لقد تم تاكيد المقاومة اتجاه التعرية الجوية للسطح المعرضة بواسطة المجهر الالكتروني الماسح Scanning Electron Microscopy (SEM). على العموم ان هذه العمل اظهر كيفية صناعة منتج البولي ايثاليين(HDPE) ذو وزن جزيئي عالي، تصنيع أفضل (High PDI) ، وتحسن في عملية تاخير الاحتراق ومقاومة أفضل للتحلل.

English Abstract

High density Polyethylene (HDPE) is widely in use thermoplastic. It possess some distinctive properties such as high strength, non-corrosive nature and affordable cost. HDPE is generally used outdoors. Therefore, its lifetime depends on various factors for instance solar radiation, pollutants, humidity and most importantly ultra-violet (UV) radiation. Improvement in the intrinsic characteristics of HDPE such as mechanical and thermal stability as well as improvement in degradation resistance has attracted enormous scientific interest. One route to achieve this improvement is by the incorporation of nanofillers in the polymer matrix. In this research HDPE/graphene nanocomposites were synthesized by in-situ polymerization. Zriconocene was used as a catalyst and methylaluminoxane (MAO) as a co-catalyst. The effect of graphene on the activity of the catalyst, mechanical and thermal characteristics of HDPE was investigated. Both the thermal and mechanical properties of HDPE were enhanced with a slight reduction in the activity of the catalyst. A significant increase in weight average molecular weight (MW) occurred in the presence of graphene. Through microcalorimetric analysis a major decrease in the peak decomposition temperature as well the total heat released for the HDPE/graphene nanocomposites was noticed. Differential scanning calorimetry was used in study of non-isothermal melt crystallization. Mo-method was applied to the analysis of crystallization process. Vyazovkin non-linear iso-conversional method was used to determine the effective activation energy (EA). The nucleating effect of graphene was observed during the crystallization process, corroborated by, a decrease in EA, an increase in the Ton, and the nucleation efficiency. The natural weathering of the nanocomposites was also studied. Thin films of the nanocomposites were exposed outdoor in a natural environment for varying time spans. Through FTIR analysis it was observed that the carbonyl index of the degraded samples is significantly less as compared to that of the pristine HDPE. Furthermore, the changes in molecular weight as well as the storage modulus were also less significant for HDPE/graphene nanocomposites. The improvement in weathering resistance for graphene reinforced HDPE nanocomposites was also corroborated by Scanning Electron Microscopy (SEM) of the degraded surfaces. So far as the product development is concerned, this work shows how to synthesize HDPE nanocomposites which have a high molecular weight, better processibility (High PDI), improved flame retardency and more degradation resistance.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Mamdouh, Al-harthi
Committee Members:	Abul hadi, A.R. Al-Juhani and Muhammad Saleh, Ba-shammakh and Abdallah, A.Al-Shammari and Zuhair, Omar Malaibari
Depositing User:	SHEHZAD FARRUKH (g201106570)
Date Deposited:	02 Jul 2014 10:11
Last Modified:	01 Nov 2019 15:43
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139328