اثر جذب آب بر خواص کششی پلی اتیلن سبک خطی در دستکش NBR

اثر جذب آب بر خواص کششی پلی اتیلن سبک خطی بکار رفته در دستکش لاستیکی اکریلونیتریل بوتادین بازیافتی

امروزه، از ضایعات دستکش لاستیکی اکریلونیتریل بوتادین (NBRr) در ساخت مصالح ساختمانی استفاده می شود. محدودیت اولیه استفاده از لاستیک در ساخت و ساز پایین بودن ظرفیت جذب آب آن بود. هدف از این مطالعه بررسی تاثیر پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE) بر روی جذب آب و دیفرانسیل دما (20 و 30 درجه سانتیگراد) در کامپوزیت مخلوط NBRr در آب مقطر (DW) و آب شور (SW) است. دستکش لاستیکی با آسیاب‌های دو نورد گرم شده در دمای 120 درجه سانتیگراد ترکیب شده است. این ماده با استفاده از پرس داغ فشرده شده بود. 5 نمونه از این ترکیب قبلا تهیه شده و به شکل دمبل قالب گیری شدند. این نمونه‌ها در DS و SW به مدت 30 روز به ترتیب در دمای 25 و 35 درجه سانتیگراد غوطه ور ماندند. نتایج به دست آمده نشان دهنده استحکام کششی، ازدیاد طول درهنگام شکست و مدول یانگ در مخلوط LLDPE/NBRr هستند. خواص کششی آب نمک به دلیل خوردگی و تجزیه کمتر از آب مقطر است. آب نمک حاوی نمک‌های محلول است که می تواند به خوردگی و تجزیه مواد کمک کند. وجود املاح نیز می تواند موجب تسریع در واکنش‌های شیمیایی، تجزیه ماتریس پلیمری و فاز لاستیکی شود. این روند تجزیه مواد را ضعیف کرده و استحکام کششی آنها را کاهش می دهد. علاوه براین، با افزایش دما انرژی حرارتی نیز افزایش یافته و زنجیره های پلیمری انرژی جنبشی بیشتری به دست می آورند. این افزایش انرژی باعث اختلال نیروهای بین مولکولی شده و برهمکنش های کلی مولکولی با مواد را کاهش می دهد. برهمکنش‌های بین مولکولی ضعیف تر منجر به کاهش استحکام کششی می شود. درنتیجه، خواص کششی اثر هیدروترمال همزمان با افزایش دما، خواص کششی را تضعیف می کند. آب مقطر انتشار بهتری نسبت به آب نمک دارد. در این مطالعه مشاهده شد که جذب آب مقطر و آب نمک در مخلوط LLDPE/NBRr موجب کاهش خواص کششی می شود.

دستکش لاستیکی در صنایع مختلف ازجمله خودروسازی، مهندسی، تجهیزات پزشکی و لوازم خانگی کاربرد دارد. باتوجه به اینکه ضایعات دستکش های لاستیکی برای محیط زیست مضر هستند، بازیافت تنها گزینه ایده آل برای مقابله با چالش های زیست محیطی است. بنابراین، به یک روش گران قیمت برای دفع ضایعات لاستیکی نیاز است. الاستومرهای ترموپلاستیک (TPE) ترکیبی فیزیکی از پلیمرها، اغلب لاستیک و پلاستیک، هستند. الاستومرهای ترموپلاستیک قابلیت کشسانی بالایی دارند و سپس به شکل اولیه خود باز می گردند. آنها همچنین دارای خواص فیزیکی بهتر و طول عمر طولانی تری نسبت به سایر مواد هستند. گروه متیل در پلی پروپیلن درحین کاهش مقاومت شیمیایی، باعث افزایش کیفیت حرارتی و مکانیکی می شود. مدول کششی رزین های پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE) بسیار بالا است. همچنین از خواص مکانیکی خوبی برخوردار هستند. لاستیک اکریلونیتریل بوتادین (NBR) یک لاستیک مصنوعی مقاوم در برابر روغن است. NBR در پلیمرها استحکام کششی و انعطاف پذیری را افزایش می دهد. تجارت جهانی محصولات بهداشتی، به ویژه با همه گیری کووید-19، رشد گسترده ای داشت. طبق گزارش انجمن تولیدکنندگان دستکش لاستیکی مالزی (MARGMA) صادرات دستکش لاستیکی در سال 2018، 18.8 میلیارد رینگیت بود. مالزی 60 تا 65 درصد بازار دستکش‌های طبیعی و نیتریل را تامین می‌کند که تقریبا نیمی از تقاضای جهانی را تشکیل می دهد. مخلوط های پلیمری به طور کامل یا جزئی در آب نمک غوطه ور می‌شوند. تاثیر رطوبت و دما بر پلیمر و تغییر خواص آن از عوامل مهم به شمار می رود. در اینجا ویژگی‌های جذب آب نمک (SW) و خواص مکانیکی در دمای 25 و 35 درجه سانتیگراد بررسی شدند.

این فناوری ساخت و ساز ما در پروژه‌هایی همچون پروژه های ساختمانی بسیار محبوب است. درنتیجه، ساختمان‌های بتنی متاثر از آب دریا به درمان خاصی نیاز دارند. سازه های نزدیک ساحل به طور مداوم با آب نمک درتماس هستند و به همین دلیل، دچار طیف وسیعی از مکانیسم‌های شکست فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی می شوند. هنگامی که بتن درمعرض آب دریا قرار می گیرد، ممکن است به دلیل مواد شیمیایی و عوامل فیزیکی مانند حمله سولفات، شسته شدن آهک، کریستالیزاسیون نمک در اثر مرطوب و خشک شدن متناوب فرسوده شود. آب دریا به داخل تخلخل بتن نفوذ کرده و وارد آرماتور می‌شود؛ و درنهایت، موجب خوردگی بتن خواهد شد. لیچینگ نیز محتوای آهک بتن را از بین می‌برد. دما نیز حملات شیمیایی را تحت تاثیر قرار می دهد؛ هرچه حمله جدی تر باشد، دما بیشتر می شود. شست‌و‌شوی بیشتر زمانی رخ می‌دهد که هیدروکسید کلسیم و سولفات کلسیم در آب نمک نفوذپذیر باشند. هنگامی که یک سازه بتنی در آب دریا ساخته می‌شود، آسیب پذیرترین جزء سازه بسیار بالاتر از سطح آب قرار دارد. این به این دلیل است که آب نمک با ارتفاع درتماس است و در اثر برخورد موج، تولید آب دریا به منافذ بتن نفوذ می‌کند. در آب و هوای سرد، آب در منافذ بتن یخ زده و بتن را منبسط می کند، علاوه براین دوام آن را کاهش می دهد. در آب و هوای سرد، آب در منافذ بتن یخ زده و بتن را منبسط می کند و درنتیجه، دوام آن را کاهش می دهد. برهمکنش شیمیایی عناصر آب نمک با هیدرات سیمان، انبساط آهک، رشد کریستال نمک های زیر بتن و اثر یخ زدگی در آب و هوای سرد همگی می‌توانند موجب تخریب بتن در محیط دریایی شوند.

طبق داده های ارائه شده در جدول زیر، قدرت کششی نمونه اصلی (قبل از آزمایش جذب آب) از 9.8 تا 3.7 مگاپاسکال متغیر بود.

جدول 1:

با این حال، بزرگترین و پایین ترین مدول یانگ در LLDPE/NBRr به ترتیب 282 و 46.2 مگاپاسکال بودند. همچنین بالاترین و کمترین ازدیاد طول در مقادیر شکست نیز به ترتیب، 71.9 و 29.7 درصد ثبت شد. با افزایش بار NBRr نیز استحکام کششی، مدول یانگ و ازدیاد طول درهنگام شکست قبل از جذب آب کاهش می یابند. این به این دلیل است که برهمکنش کمی بین LLDPE و NBRr وجود دارد و پرکننده نمی‌تواند مقاومت در برابر تنش منتقل شده از ماتریس LLDPE مقاومت کند. LLDPE و NBRr سطح چسبندگی پایینی دارند که باعث افزایش سطح تنش و کاهش استحکام کششی مخلوط می شود. فاز میانی که بین ماتریس و پرکننده ایجاد می شود، ساختار شکننده آنها را باهم ترکیب می کند. وجود NBrR تحرک ماتریس و زنجیره‌های بازیافتی را محدود می‌کند؛ علت این کار هم کاهش ازدیاد طول درهنگام شکست با افزایش بار NBRr است. علاوه براین، با افزایش بار NBRr پس از جذب آب، استحکام کششی، مدول یانگ و ازدیاد طول درهنگام شکست به حداقل می‌رسند.

جمع بندی و سخن پایانی

خواص کششی ترکیبات LLDPE/NBRr مانند استحکام کششی، مدول یانگ و ازدیاد طول درهنگام شکست قبل از جذب آب با افزایش بار NBRr کاهش می‌یابند. مخلوط حاوی بار لاستیکی کم آب کمتری را نسبت به ترکیب حاوی بار لاستیک بالاتر جذب می کند. آب نمک نیز با سرعت کمتری نسبت به آب مقطر آب را جذب می کند. هرچه دما بالاتر باشد، آب سریع تر جذب می شود. جدای از آن، مخلوط ها در دماهای بالاتر در مدت زمان کوتاه تری به تعادل می رسند. علاوه براین، آب مقطر انتشار بهتری نسبت به آب نمک دارد. جذب آن نمک و آب مقطر در مخلوط LLDPE/NBRr منجر به کاهش تنش و سختی می شود اما تاثیر کمتری بر حساسیت واکنش به نرخ کرنش و شکل پذیری کششی دارد.