"دراسة مقارنة لتطوير الخلطات المطاطية/البلاستيكية باستخدام المواد الكيميائية والإشعاعية

 "الملخص باللغة العربية

هدف الدراسة

تهدف الدراسة إلى تحضير ودراسة بعض الخلطات البلاستيكية والمطاطية المدمجة لتتمتع بكلتا خواص النوعين من البلمرات .. ولقد استعملت خلطات من بولى البروبيلين PP ومطاط الأكريلونيتريل NBR، وأضيف العديد من المواد التى تساعد على دمجها سويا، ثم استعملت أشعة جاما المؤينة لمعالجة الخلطات وتحسين خواصها، وكذلك دعمت الخلطات بإضافة أسود الكربون ومواد تساعد على خفض الجرعات الإشعاعية العالية اللازمة للتشابك العرضى .. ودرست خواص تلك الخلطات وقيمت من حيث مدى تحملها للتعرض لأشعة جاما المؤينة.

ودرس التركيب الشكلى المورفولوجي لتلك العينات باستخدام الميكروسكوب الإلكتروني، ومدى تحملها للتعرض لأشعة جاما المؤينة، علاوة على خواصها الميكانيكية، ونسبة انتفاخها، ومقاومتها للزيوت، والتعمير الحراري، ومقاومتها للكهرباء.

ولتلك الخلطات أهمية كبرى فى الصناعات المختلفة مثل تصنيع موانع تسرب الزيوت والأنابيب المطاطية لنقل السوائل وفرش الأرضيات وغيرها من المنتجات التى تجمع فيها صفات المواد البلاستيكية والمواد المطاطية المقاومة للزيوت والمذيبات العضوية والتى تتطلب العمل فى درجات حرارة عالية.

 

ملخص الرسالة

تنقسم الرسالة إلى ثلاثة أجزاء رئيسية هى المقدمة، والجزء العملى، والنتائج وتفسيراتها علاوة على المراجع (140 مرجع)، وعلى الملخصين العربى والأفرنجى، والهدف من الدراسة، علاوة على قائمة المحتويات، وقائمة الجداول، وأخري للأشكال، وقائمة المصطلحات العلمية والرموز المستخدمة.

يتضمن الجزء الأول (المقدمة) على مخاليط البلمرات وأصنافها المختلفة، كيفية اختيار كل من البلمرات فى تكوين المخاليط، واختيار المواد الدامجة والمجموعات المميزة فى المواد الدامجة ومميزاتها، والتفاعلات بين البلمرات الأولية، الهيكل الشبكى البنائى للبلمرات، وتأثير الإشعاع على البلمرات من حيث تكون شوارد حرة، وتكوين بناء شبكى مميز لها أو تحطيمها، وتوالد الغازات والمواد غير المشبعة، وتكون الروابط الثنائية، والأكسدة. كما تضمنت المقدمة أيضا البلمرات المختارة موضوع الرسالة وهى بولى البروبيلين PP، ومطاط الأكريلونيتريل NBR وعن مخاليطهم. وتأثير الأشعة المؤينة جاما على تلك المخاليط.

الجزء الثانى (الجزء العملى) خاص بالتجارب العملية والتقنيات والقياسات. حيث يتضمن المواد المستعملة فى تلك الدراسة وخواصها، ثم التجارب العملية التى بدأت بدراسة خواص زيت الكتان الني (L) ثم حول إلى زيت إيبوكسى (EL) من خلال تفاعله مع حامض الخليك الفوقي الذى تكون أثناء التفاعل من حامض الخليك فى وجود فوق أكسيد الهيدروجين H2O2 (تركيز 22.5%) بكميات مختلفة 0.5، 1، 1.5، 2 مول من H2O2 لكل مول من المولات غير المشبعة فى زيت الكتان. ثم درست خواص الزيت الإيبوكسى المتكون أيضا. وعينت محتوى الإيبوكسى وعدد الهيدروكسيل وعدد اليود له. ثم درس تأثير كمية H2O2 على تكوين مجموعات الإيبوكسى فى الزيت الإيبوكسى المحضر، وكذلك درس تأثير زمن التفاعل، ولقد أثبت التركيب الكيميائي للزيت الإيبوكسي المحضر من خلال التحاليل بواسطة الأشعة تحت الحمراء FTIR.

ولقد ذكرت طريقة تطوير وخلط بولى البروبيلين PP مع مطاط الأكريلونيتريل NBR. ثم ذكرت النسب المختلفة لخلط كل من PP مع NBR على الترتيب (NBR/PP) وهى PP100 (100%PP  نقي)، PP90 (90/10)، PP80 (80/20)، PP70 (70/30)، PP60 (60/40)، PP50 (50/50)، PP40 (40/60)، PP30 (30/70)، PP20 (20/80)، PP10 (10/90)، PP0 (100%NBR  نقي).

ولقد تم تحضير خلطات تعتمد على نسبة الخلط (NBR/PP 70/30) حيث هى النسبة التى أعطت أفضل خواص ميكانيكية للخلطات فى وجود EL المحضر كمادة دامجة، كما استعمل أيضا بعض المواد التجارية كمواد دامجة مثل زيت الكتان الني (L)، 3-(ثلاثي إيثوكسي سيليل)بروبيل أمين سيلان (TESPAS)، أنهيدريد حمض الماليك (MA) بالنسب التالية (1، 5، 10 و 15 جزء مادة دامجة لكل 100 جزء بوليمر)، عدا TESPAS فقد أضيف بالنسب التالية (0.5، 1، 1.5 و 2 جزء من المادة الدامجة لكل 100 جزء بوليمر).

كما استخدمت طرق معالجة مختلفة لكل من راتنج بولي البروبيلين (PP) ومطاط الأكريلونيتريل (NBR). حيث تم معالجة بولي البروبيلين باستخدام طريقتين هما نظامِ بيروكسيد أو نظام الإشعاع المؤين من النوع جاما. كما تم استخدام نفس الطريقتين لمعالجة مطاط الأكريلونيتريل بالإضافة إلى تأثير نظامِ الكبريت، كما تم دراسة تأثير نفس طرق المعالجة بالنسبة لمطاط الأكريلونيتريل مع تحميل المطاط بخمسين جزء من أسود الكربون (HAF) لكل مئة جزء مطاط.

كما ذكرت طريقة تشعيع العينات بتعريضها لأشعة جاما المؤينة بجرعات مختلفة.

كما تم تحميل الخلطات المختارة بخمسين جزء من أسود الكربون (HAF) لكل مئة جزء مطاط. وكذلك تم إستعمال مادتين مختلفتان لتحسين قدرة هذه العينات على تحمل جرعات إشعاعية أعلى وهما ميثيلين ثنائى أكريلاأميد (MD) أو ثلاثى ميثيلول البروبان ثلاثى ميثأكريلات (TMPTMA) كلاً بنسبة أربع أجزاء لكل مئة جزء من المطاط.

وأجريت بعض الاختبارات والقياسات لتلك الخلطات، حيث درست الخواص الميكانيكية لجميع العينات المحضرة متضمنة (قوة الشد، الإستطالة عند القطع، الطاقة الممتصة، معامل يانج والصلادة).

ولقد أجريت دراسات تركيبية شكلية مورفولوجية للعينات باستخدام الميكروسكوب الإلكتروني SEM. وأيضاً عينت نسبة الانتفاخ، والمقاومة للزيوت، والتعمير الحراري للعينات المحضرة.

ويختص الجزء الثالث من الدراسة (بالنتائج ومناقشتها وتفسيراتها حيث تنقسم تلك النتائج بصفة عامة إلى ثلاثة أقسام رئيسية.

* القسم الأول درست فيه أفضل نسب خلط PP مع NBR، حيث حضرت عينات من مخلوط NBR/PP بالنسب التالية على الترتيب: 100/صفر (عينة PP100 والمكونة من PP نقي)، 90/10 (عينة PP90)، 80/20 (عينة PP80)، 70/30 (عينة PP70)، 60/40 (عينة PP60)، 50/50 (عينة PP50)، 40/60 (عينة PP40)، 30/70 (عينة PP30)، 20/80 (عينة PP20)، 10/90 (عينة PP10)، صفر/100 (عينة  PP0 والمكونة من NBR نقي).

ودرست الخواص الميكانيكية لتلك العينات متضمنة قوة الشد، النسبة المئوية للإستطالة عند القطع، الطاقة الممتصة، معامل يانج، الصلادة.

ولقد دلت النتائج على أن أفضل نسبة خلط بين PP و NBR هى (العينة PP70) والتى تحتوى على نسبة 70% من PP و 30% من NBR.

ولقد درس تأثير وجود بعض المواد الدامجة التى تساعد على دمج كل من PP مع NBR فى مخاليطهم المطورة. فقد أضيف إلى مخلوط PP مع NBR بنسبة 70 إلى 30 (وهى أفضل النسب التى حصل عليها طبقا لخواصها الميكانيكية) أنواع مختلفة من المواد الدامجة مثل: زيت الكتان النى (L) و زيت الكتان الإيبوكسي E0.5L  المحضر باستعمال 0.5 مول من فوق أكسيد الهيدروجين H2O2 لكل مول من المولات غير المشبعة فى زيت الكتان و زيت الكتان الإيبوكسي  E1Lالمحضر باستعمال 1 مول من فوق أكسيد الهيدروجين H2O2 و زيت الكتان الإيبوكسي E1.5L المحضر باستعمال 1.5 مول من فوق أكسيد الهيدروجين H2O2 و زيت الكتان الإيبوكسيE2L  المحضر باستعمال 2 مول من فوق أكسيد الهيدروجين H2O2  كما استعمل3-(ثلاثي إيثوكسي سيليل)بروبيل أمين سيلان (TESPAS) وكذلك أنهيدريد حامض الماليك (MA) كمواد دامجة. حيث أضيفت المواد الدامجة بالنسب التالية (1، 5، 10 و 15 جزء مادة دامجة لكل 100 جزء بوليمر)، عدا TESPAS فقد أضيفت بالنسب التالية (0.5، 1، 1.5 و 2 جزء من المادة الدامجة  لكل 100 جزء بوليمر).

ودرست ميكانيكية التفاعل بين تلك المواد الدامجة وبين مكونات المخاليط وكذلك عينت خواصها الميكانيكية متضمنة قوة الشد، النسبة المئوية للإستطالة عند القطع، الطاقة الممتصة، معامل يانج، والصلادة.

ولقد دلت النتائج على أن أفضل نسبة إضافة لكل من زيت الكتان النى (L) وزيت الكتان الإيبوكسى EL  وأنهيديد حمض الماليك MA هى 10 أجزاء لكل 100 جزء بوليمر بينما أفضل نسبة إضافة من TESPAS هى 1.5 جزء لكل 100 جزء بولمر.

كما تم دراسة تأثير إضافة المواد الدامجة بالنسب المفضلة على الشكل الخارجى المورفولوجى للخلطات PP70 و L10 و E1.5L10 و S1.5 و M10.

ولقد دلت النتائج على أن استعمال E1.5L بنسبة 10 أجزاء لكل 100 جزء بوليمر (العينة E1.5L10) يؤدى إلى أفضل قيم الخواص الميكانيكية وأفضل شكل ظاهرى مورفولوجى من حيث توزيع حبيبات NBR المنتشرة داخل مصفوفة طور PP المستمر.

وقد أوضحت الدراسة أن ميكانيكية عمل المواد الدامجة تعتمد على نوع المادة الدامجة المستخدمة. حيث أن ميكانيكية عمل MA كمادة دامجة تعتمد أولاً على التفاعل الكيميائى مع PP لتحدث عملية تطعيم له وتكون MA-PP والذى يوجد به مجموعات متأينة (MA) وسلسلة كربون طويلة (PP) فتتجاذب سلسلة PP من خلال المجموعات المتأينة (MA) مع المجموعات المتأينه فى سلسلة مطاط الأكريلونيتريل وهى مجموعة الأكريلونيتريل، وعليه فإن ميكانيكية عمل MA كمادة دامجة تعتمد على الربط الكيميائى لسلاسل PP مع  MA وليس على نقص حجم حبيبات NBR المنتسرة داخل المخلوط. أما بالنسبة للمواد الدامجة EL و L و TESPAS فلا تعتمد فقط عملية الدمج على التجاذب القطبى بين المجموعات القطبية الموجودة في المادة الدامجة وNBR لكن أيضاً على التجاذب الكهروستاتيكى بين سلاسلِ الكربون للمادة الدامجة مع البولى بروبلين ومع NBR. لذا فإن ميكانيكية عمل هذه المواد الدامجة تعتمد على تحويل المخلوط فى حالة الإنصهار إلى مستحلب يتكون من طورى PP و NBR وعلية فإن التوتر السطحى بين الطورين يقل، فيؤدي إلى توزيع وتقليل حجم حبيبات طور NBR فى منظومة المحتوى البلورى لطور بولى البروبيلين. وقد ظهر ذلك مؤيدا بواسطة الميكروسكوب الماسح الإلكترونى (SEM). وقد وجد أن قدرة المواد الدامجة على تحقيق التجانس الجيد بين الطورين PP و NBR يمكن أَن يخضع للترتيب التالى: EL > L > TESPAS > MA.

ودرس أيضاً تأثير إضافة أفضل نسبة من المادة الدامجة صاحبة أفضل النتائج وهى E1.5L بنسبة 10 أجزاء لكل 100 جزء بوليمر مع مخاليط (NBR/PP) بنسب الخلط التالية (90/10 و 80/20 و 70/30) لتعطى العينات (PP90E1.5L10 و PP80E1.5L10 و PP70E1.5L10) على الترتيب. وقد أوضحت نتائج هذه العينات أن استعمال نسبة الخلط (NBR/PP 70/30) أعطت أفضل قيم للخواص الميكانيكية.

كما تم دراسة تأثير طرق معالجة مختلفة على الخواص الميكانيكية لكل من راتنج بولي البروبيلين (PP) ومطاط الأكريلونيتريل (NBR) كلاً على حده. حيث تم معالجة بولى البروبلين باستخدام طريقتين هما نظامِ بيروكسيد و نظام الإشعاع المؤين من النوع جاما. كما تم استخدام نفس الطريقتين لمعالجة مطاط الأكريلونيتريل بالإضافة إلى تأثير نظامِ الكبريت، كما تم دراسة تأثير نفس طرق المعالجة بالنسبة لمطاط الأكريلونيتريل مع تحميل المطاط بخمسين جزء من الكربون الأسود (HAF) لكل مئة جزء مطاط. ويمكن أن تتلخص نتائج هذه الدراسة كالتالى:

?        تتحسن الخواص الميكانيكية تحسن طفيف عند معالجة PP بنظام البيروكسيد. بينما لايتحمل PP أى جرعة إشعاعية حيث تم الحصول على عينة هشة عند معالجته بجرعة إشعاعية منخفضة جداً من أشعة جاما المؤينة (25 كيلوجراى).

?        الطرق الثلاثة المستعملة لمعالجة NBR تحسن الخواص الميكانيكية له. وقد تبين أن الإشعاع هو الطريقة المناسبة لذلك، لأنه يعطى القيم الأعلى للخواص الميكانيكية خصوصاًََ عند 150 كيلوجراى كجرعة إشعاعية، وقد ظهرت هذه الخاصية مع العينات المحملة بأسود الكربون والغير محملة.

?        تحميل NBR ب50 جزء من أسود الكربون من النوع (HAF) لكل مئة جزء من المطاط يعطى تأثير واضح من تحسين للخواص الميكانيكية للمطاط.

* يهتم القسم الثانى بدراسة تأثير استخدام أشعة جاما المؤينة بجرعات إشعاعية مختلفة على مخاليط NBR/PP، حيث عرضت عينات من مخاليط NBR/PP بنسب الخلط المختلفة على الترتيب وهى PP100 (100%PP  نقي)، PP90 (90/10)، PP80 (80/20)، PP70 (70/30)، PP60 (60/40)، PP50 (50/50)، PP40 (40/60)، PP30 (30/70)، PP20 (20/80)، PP10 (10/90)، PP0 (100% NBR  نقي). كما عرضت عينات مخلوط PP مع NBR بنسبة 70 إلى 30، والمطورة باستخدام أنواع مختلفة من المواد الدامجة وهى: زيت الكتان النى (L) و زيت الكتان الإيبوكسي E0.5L  المحضر باستعمال 0.5 مول من فوق أكسيد الهيدروجين H2O2 لكل مول من المولات غير المشبعة فى زيت الكتان و زيت الكتان الإيبوكسي  E1L المحضر باستعمال 1 مول من فوق أكسيد الهيدروجين H2O2 و زيت الكتان الإيبوكسي E1.5L المحضر باستعمال 1.5 مول من فوق أكسيد الهيدروجين H2O2 و زيت الكتان الإيبوكسيE2L  المحضر باستعمال 2 مول من فوق أكسيد الهيدروجين H2O2  كما استعمل3-(ثلاثي إيثوكسي سيليل)بروبيل أمين سيلان (TESPAS) وكذلك أنهيدريد حامض الماليك (MA) كمواد دامجة. حيث أضيفت المواد الدامجة بالنسب التالية (1، 5، 10 و 15 جزء مادة دامجة لكل 100 جزء بوليمر)، عدا TESPAS فقد أضيفت بالنسب التالية (0.5، 1، 1.5 و 2 جزء من المادة الدامجة لكل 100 جزء بوليمر). كما عرضت عينات نسب خلط (NBR/PP) بنسب الخلط التالية (90/10 و 80/20 و 70/30).

ولقد استعمل جرعات مختلفة من أشعة جاما وهى (25، 50، 75، 100، 150، 200 كيلوجراي). ثم عينت الخواص الميكانيكية مثل قوة الشد، النسبة المئوية للإستطالة عند القطع، الطاقة الممتصة، معامل يانج، الصلادة. كما عين رقم الإنتفاخ في مذيب (الأسيتونِ/بنزين بنسبة 50/50) وشكلها الخارجى المورفولوجى. وقورنت تلك النتائج بمثيلاتها الغير معرضة للإشعاع. كما درست المقاومة الكهربية للعينات المحضرة عند ترددات مختلفة وهى (100، 120، 1000، 10000 و 100000 هرتز) قبل وبعد تشعيعها بجرعات مختلفة من أشعة جاما المؤينة.

ولقد دلت النتائج على أن:

•        قيمة مقاومة الشد لمطاط الأكريلونيتريل تزيد بالإشعاع وتزيد بشكل مستمر مع زيادة الجرعة الإشعاعية حتى 150 كيلوجراى، وبعد ذلك يحدث نقص بقيم طفيفة، نظراً لاكتمال عملية الترابط الشبكى فى البوليمر. كما أنها تزيد مع زيادة نسبة PP فى المخلوط، نظراً لزيادة المحتوى البلورى فى المخلوط.

•        قيم مقاومة الشد والطاقة المستهلكة ومعامل يانج والصلادة تزيد بشكل مستمر بزيادة الجرعة الإشعاعية لمخلوط NBR/PP (70/30) بإستعمال الأنواع والنسب المختلفة للمادة الدامجة. كما أن هذه القيم تقل بعد 150 كيلوجراى بالنسبة للعينات التى تحملت جرعة إشعاعية أعلى من 150 كيلوجراى.

•        بمقارنة الخلطات PP70 و PP80 و PP90 مع استخدام المادة الدامجة E1.5L بنسبة إضافة 10 أجزاء لكل 100 جزء مطاط وجد أن أفضل نسبة خلط هى  PP70 ذلك بسبب قدرتها على تحمل جرعة إشعاعية أعلى. كما أنها أعطت قيمة عالية من مقاومة الشد مصحوبة بقيمة عالية من المرونة.

•        يتحسن الشكل الخارجى المورفولوجى حيث ينقص حجم حبيبات NBR المنتشرة داخل مصفوفة بولى البروبيلين بإضافة المادة الدامجة وكذلك بمعاملتها بأشعة جاما. ويعزى هذا إلى انخفاضِ التوتر السطحى بين حبيبات طور NBR ومصفوفة طور بولى البروبلين. ولقد لوحظ أن هذا الانخفاضِ في حجمِ الحبيبات يكون أكبر ما يمكن باستخدام المادة الدامجة E1.5L ويكون صغير جداً في حالة استعمال MA كمادة دامجة.

•        قيم الإنتفاخ في مذيب (الأسيتونِ/بنزين بنسبة 50/50) لمطاط الأكريلونيتريل تعطى أعلى معدل نقصان بزيادة الجرعة الإشعاعية من 25 إلى 100 كيلوجراى، هذا السلوك قَد يفسر حقيقة أن معظم الترابط الشبكى قد حدث في هذا المدى المنخفض من الجرعات الإشعاعية. أما عند مدى أعلى من الإشعاع بين 150 و200 كيلوجراى، ينقص معدل إنخفاض قيم الإنتفاخ نسبياً وذلك يرجع إلى إرتفاع معدل زيادة حدوث تكسير لسلاسل البوليمر مع انخفاض فى معدل تكوين الترابط الشبكى بينهم.

•        بولى البروبلين لا يعطى أى قيم انتفاخ حيث يحتوى على أعلى تركيب بلورى بينما NBR يعطى أعلى قيم حيث يحتوى على ترتيب عشوائى للجزيئات. وتعطى الخلطات قيم انتفاخ بينهماً تعتمد على مدى ترتيب الجزيئات ونسبة التركيب البلورى فى الفراغ للمخلوط، حيث يتسبب بولى البروبلين فى تكوين طريق متعرج يعرقل قدرة المذيب على النفاذ والإنتشار خلال جزيئات المخلوط.

•        تقل قيم الإنتفاخ بإضافة وبزيادة نسبة إضافة المادة الدامجة أو مع زيادة الجرعة الإشعاعية أَو زيادة نسبة بولى البروبلين في المخلوطِ. وذلك لزيادة الترابط الشبكى بين الجزيئات وكذلك زيادة المحتوى البلورى فى المخلوط.

•        قيم المقاومة الكهربية لعينات الخلطات المحضرة تزيد بزيادة محتوى PP فى مخاليط NBR/PP. بينما تقل قيم المقاومة الكهربية بزيادة تردد التيار المطبق على العينة، وبزيادة نسبة المادة الدامجة المضافة، وبزيادة الجرعة الإشعاعية المستخدمة من أشعة جاما، وكذلك بزيادة عدد مولات فوق أكسيد الهيدروجين المستعمل فى عملية أبكسدة زيت الكتان L لتحضير زيت الكتان الإيبوكسى EL.

•        بمقارنة الخواص الميكانيكية والفيزيائية والكهربية والشكل الخارجى لجميع العينات وجد أن العينة E1.5L10 أعطت قيم عالية من مقاومة الشد والطاقة المستهلكة ومعامل يانج والصلادة مع زيادة مرغوبة فى قيم الاستطالة عند القطع وأقل قيمة إنتفاخ وأصغر حجم لحبيبات NBR فى المخلوط. وذلك يدل أن المادة الدامجة المناسبة لإتمام عملية الإمتزاج بين PP و NBR هى المادة E1.5L وأن أفضل نسبة إضافة لها هى 10 جزء لكل 100 جزء بوليمر.

* أما القسم الثالث من هذا العمل فيهدف إلى تَحسين الخواص الميكانيكية والإستقرار الحراريِ لمخاليط العينات المختارة (التى لَها أفضل خواص ميكانيكية) وذلك بتحميلها بخمسين جزء من أسود الكربون (HAF) لكل مئة جزء مطاط.

كما يهدف إلى تحسين قدرة هذه العينات على تحمل جرعات إشعاعية أعلى تم تعزيزها بإستعمال مادتين مختلفتان وهما ميثيلين ثنائى أكريلاأميد (MD) أو ثلاثى ميثيلول البروبان ثلاثى ميثأكريلات (TMPTMA) كلا بنسبة أربع أجزاء لكل مئة جزء مطاط.

ولقد تم تقييم هذه العينات من حيث الخواص الميكانيكية مثل (قوة الشد، المرونة عند القطع، الطاقة الممتصة، معامل يانج و الصلادة).

ولقد عينت نسبة الانتفاخ وأيضاً المقاومة للزيوت لهذه العينات المحضرة والتى  تحتوى على أسود الكربون والخالية منه وأيضاً التى عرضت لأشعة جاما والتى لم تعرض.

كما تم دراسة تأثير التعمير الحراريِ لهذه العينات المحضرة عند درجة حرارة 100 درجة مئوية لمدة أربع أسابيع.

النتائج المعطاه في هذا الجزء تتلخص كالتالى؛

o        يحدث تحسن في الخواص الميكانيكية وتقل قيم الإنتفاخ بإجراء عملية التشعيع ومع زيادة الجرعة الإشعاعية حتى 150 كيلوجراى وبعد ذلك يحدث تكسير للعينة بالإشعاع.

o        يحدث تحسن واضح في الخواص الميكانيكية وتقل قيم الإنتفاخ بتحميل المخلوط بالكربون الأسود (HAF)، كما يحدث زيادة فى قدرة المادة على تحمل جرعة إشعاعية أعلى و يزيد تحسن الخواص الميكانيكية وتقل قيم الإنتفاخ للمخلوط عند جرعات إشعاعية أقل بتعزيز الخلطات بMD  و TMPTMA.

o        تتحمل خلطات PP/NBR الغمر فى الزيت لفترات طويلة و تعطى قيم الإنتفاخ فى الزيت قيم مهملة.

o        تعتمد الخواص الميكانيكية للعينات بعد الغمر فى الزيت على كل من: زمن الغمر، الجرعة الإشعاعية، إضافة المادة الدامجة ونوع المادة الدامجة المستخدمة.

o        تزيد مقاومة الخلطات للزيوت بزيادة القطبية للمخلوط و بزيادة المحتوى البلورى وبزيادة الترابط الشبكى فى المخاليط، ويتحقق ذلك بزيادة نسبة NBR فى المخلوط وزيادة التجانس بين طورين البوليمر فى المخلوط وزيادة الجرعة الإشعاعية أو تحميل المخلوط بمادة مالئة.

o        تتحمل خلطات PP/NBR التعمير الحرارى عند 100 5م لفترات زمنية مختلفة تصل إلى أربع أسابيع، حيث تقل جميع الخواص الميكانيكية بمعدل طفيف بزيادة زمن التعميرالحرارى للبوليمر.

o        يمكن ترتيب العينات حسب أفضليتها من حيث خواصها الميكانيكية وقيم الإنتفاخ ومقاومتها للزيوت ومقاومتها للتعمير الحرارى كما يلى؛ العينات المعززة ب TMPTMA ومحملة ب HAF > العينات المعززة ب MD ومحملة ب HAF > العينات المحملة ب HAF > الخلطات النقية.

 

التوصية

توصى الرسالة باستخدام أى من التوليفات البوليمرية المذكورة حسب ظروف التشغيل فى مجال التطبيقات التى تستلزم مقاومة عالية للزيوت والمذيبات العضوية المختلفة عند درجات حرارة عالية ولفترات زمنية طويلة.

حيث يمكن استخدام التوليفة التى تحتوى على PP/NBR بنسبة 30/70، والمضاف إليها المادة الدامجة E1.5L بنسبة إضافة 10 أجزاء لكل 100 جزء من البوليمر، مع إضافة الكربون الأسود (HAF) كمادة مالئة بنسبة إضافة 50 جزء لكل 100 جزء المطاط، مع تعزيز المخلوط بمادة TMPTMA بنسبة إضافة 4 أجزاء لكل 100 جزء من المطاط، والمعرضة لجرعة إشعاعية حتى 150 كيلوجراى.

ولذلك يمكن القول بأن هدف الرسالة قد تم تحقيقه بنسبة عالية وهو الحصول على توليفات بوليمرية ذات مقاومة عالية للذوبان والإنتفاخ فى الزيوت والمذيبات العضوية المختلفة ولها خواص ميكانيكية وحرارية متميزة بتطويرها كيميائياً واستخدام تقنية الإشعاع.

 

والله ولٍىًُ التوفيق

SUMMARY

This thesis is divided into three main chapters; introduction, excremental, and results and discussion.

The first chapter (Introduction) focus on some related and important titles related to this thesis, which consists of polymer blends, types of polymer blends, selection of blend materials, compatibility of polymer blends, factors of compatibility, practical compatibility in polymer blends, natural compatibility in two-phase blends, compatibilization, selection of compatibilizer, plastic/rubber blends, polypropylene (PP)/rubber blends, plastic/acrylonitrile rubber (NBR) blends, polypropylene (PP)/acrylonitrile rubber (NBR) blends, radiation effects on polymers, formation of free radicals, crosslinking and degradation of polymers, evolution of gases, unsaturation double bond formation, and post-irradiation oxidation.

The second chapter (experimental) is concerning with the materials used and its characteristics, synthesis of epoxidized linseed oil (EL) including; preparation, evaluating, and characterization, and experimental techniques  including; mixing procedure, irradiation procedure, formulations, and measurements including; mechanical, morphology, swelling ratio, oil resistance, thermal ageing, and electrical resistivity.

The third chapter (results and discussion) is concerning about the presentation of data and its explanation and discussion. Interconnection results and measurements obtained from the matching, agreement and disagreement between the outputs of the different applied techniques is discussed in this chapter.

This chapter is divided into three main parts;

* The first part includes the preparation of different ratios from PP/NBR blends. This step was followed by the following studies; choice of the optimum ratio of blending, addition of compatibilizer to prepare homogenous blends of polypropylene (PP) with Acrylonitrile rubber (NBR), the choice of preferred compatibilizer, and it is optimum ratio, choice of the suitable curative system, and studying the effect of carbon black addition on NBR. These studies were evaluated by the mechanical properties measurement and scanning electron micrograph. The compatibilizers used in this study to achieve compatibility between PP and NBR are from commercial source or laboratory prepared. The commercial compatibilizers are linseed oil (L), maleic anhydride (MA), and 3-(Triethoxysilyl) propylamine-silane (TESPAS). The prepared compatibilizers are different types of epoxidized linseed oil (E0.5L, E1L, E1.5L, and E2L), which prepared by using different amounts of H2O2 (0.5, 1, 1.5, and 2 mol per each mol of unsaturation in linseed oil), respectively.

The obtained results can be summarized as:

•        The suitable ratio of PP/NBR blending is 70/30 (sample PP70), which gives good values of mechanical properties. PP70 has the most reasonable required collection of mechanical properties that is in means of high values of tensile strength, absorbed energy, young’s modulus, and hardness combined with high value of elongation at break. It is noteworthy that any another sample will has deficient in one or more value of mechanical properties than PP70.

•        NBR incorporation improves the toughness of PP.

•        E1.5L compatibilizer is the suitable compatibilizer for PP/NBR blends and the suitable ratio of addition is 10 phr (sample; E1.5L10). That is because high value of tensile strength obtained combined with high value of elasticity, low value of swelling ratio and better morphological compatibility shape.

•        The ability of compatibilizers to form good compatibility between the two polymers PP and NBR with good morphological shape and low particle size of the dispersed NBR phase in PP matrix can be represented in this order: (E1.5L > TESPAS > L > MA).

•        The mechanism of PP/NBR blend compatibility was varied from compatibilizer type to another.

•        Curing of NBR with ?-radiation is the suitable method, because it is showing the higher values of tensile strength, at suitable dose of             ?-radiation (150 kGy).

•        Loading NBR with 50 phr HAF-carbon black gives a valuable effect of reinforcement and hence improves the mechanical properties of NBR.

* In the second part the effect of ?-radiation on PP/NBR blends and copolymers with different doses of irradiation was studied. The results obtained were evaluated with mechanical properties, scanning electron micrograph, swelling ratio, and electrical resistivity.

The obtained results can be summarized as:

•        ?-radiation improve the mechanical and physical properties of PP/NBR blends and copolymers to limited dose varied with the formulations of  the tested samples.

•        PP is known as a radiation degradable polymer however, PP/NBR blends and copolymers irradiated with ?-radiation samples become more stable to higher doses either with increasing NBR content or increasing ratio of some types of compatibilizers used. PP/NBR (70/30) blend becomes more stable after irradiated to higher doses in presence of the different ratios of the L, E0.5L, E1L, and E1.5L compatibilizers, where in case of both TESPAS and MA, the stability towards ?-irradiation decreased after     1.5 and 10 phr, from both respectively.

•        The compatibilizers used can be ordered with respect to increasing stability of PP/NBR (70/30) blend to ?-irradiation; EL > L > TESPAS > MA.

•        E1.5L10 is the best copolymer sample containing 10 phr of E1.5L as compatibilizer. It is has more ability to be more stable with higher doses of ?–radiation and has preferred properties.

•        ?-radiation increased the compatibility and improved the morphology of the PP/NBR blends and copolymers.

* The third part include the improvement of some properties of PP/NBR copolymers namely, the mechanical properties and thermal resistivity by the reinforcement with HAF-carbon black, and enhancing towards irradiation  with polyfunctional compounds, namely, N,N’-methylene-diacrylamide (MD) and Trimethylol-propane-trimethacrylate (TMPTMA) as coagents. The mechanical and physical properties measurements include tensile strength Ts, elongation at break Eb, absorbed energy, young’s modulus, hardness, swelling ratio SR, oil resistance, and thermal ageing.

Data obtained in this part indicated that;

•        Reinforcement of PP/NBR copolymer samples by loading with 50 phr HAF-carbon black improves mechanical properties, swelling, oil resistance, and thermal stability. 

•        Enhancement of PP/NBR copolymer samples with 4 phr TMPTMA or MD improves radiation and thermal stability.

•        The efficiency of TMPTMA in the formation of induced crosslinking is higher than MD.

•        PP/NBR copolymer samples have good oil resistance. There are some factors affect on the oil resistance, namely the immersion time, the dose of ?-irradiation, the addition of compatibilizer, and the type of compatibilizer.

•        Oil resistance presented by the mechanical properties before and         after immersion in the oil can be arranged by the following order;   E1.5L10 > L10 > S1.5.

•        Swelling in oil gives negligible values.

•        PP/NBR copolymer samples have good thermal stability. The compatibilized blend samples with good morphology have more retardence towards degradation with thermal ageing."