การเตรียมแผ่นนาโนด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอลและผลกระทบของการเติมแผ่นนาโนในโพลีโพรพิลีนต่อสมบัติเชิงกล

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้เป็นการศึกษาการเตรียมแผ่นนาโน (Nanoplate) แมกนีเซียมออกไซด์ (MgO) โดยวิธีไฮโดรเทอร์มอลด้วยชุดถังปฏิกรณ์ที่ออกแบบและผลิตขึ้นโดยฝีมือคนไทยและศึกษาถึงผลกระทบของการเติมแผ่นนาโนที่เตรียมได้ในโพลีโพรพิลีน (PP) เกรดงานฉีดต่อสมบัติเชิงกลบาง ประการและสมบัติการลามไฟ วัสดุแผ่นนาโนสามารถเตรียมโดยวิธีการไฮโดรเทอร์มอลที่อุณหภูมิ 150 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 ชั่วโมง นำมาให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 450 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3 ชั่วโมง นำวัสดุที่สังเคราะห์ได้มาทำการทดสอบและวิเคราะห์ลักษณะ รูปร่าง ขนาด โครงสร้างผลึกด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) และเครื่องเอกซเรย์ดิฟแฟรกชัน (XRD) จากนั้นนำแผ่นนาโน MgO ที่สังเคราะห์ได้มาผสมกับโพลีโพรพิลีนที่อัตราส่วน 0.1, 0.5 และ 1.0% และนำมาทดสอบสมบัติเชิงกล ได้แก่ ค่าความต้านทานแรงดึง(Tensile Strength, ASTM D638) ค่าความแข็งของวัสดุ (ASTM D2240) ค่าความต้านทานแรงกระแทก (Impact Strength, ASTM D256) และสมบัติการลามไฟ (Flammability, UL-94HB) ผลที่ได้จากการศึกษาพบว่าวัสดุที่ได้หลังจากการสังเคราะห์มีลักษณะรูปร่างแบบแผ่นนาโน (Nanoplate) ซึ่งมีขนาดกว้าง 80 นาโนเมตร ยาว 90 นาโนเมตร และหนา 15 นาโนเมตรโดยประมาณ เมื่อนำมาเติมลงในโพลีโพรพิลีนไม่ส่งผลกระทบต่อค่าความต้านทานแรงดึงมากนัก ค่าความแข็งของวัสดุผสมเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ค่าความต้านทานแรงกระแทกเพิ่มขึ้น ซึ่งการเติมแมกนีเซียมออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้มีค่าความต้านทานแรงกระแทกสูงกว่าแมกนีเซียมออกไซด์เชิงพาณิชย์ และผลการทดสอบอัตราการลามไฟพบว่าการเติมแมกนีเซียมออกไซด์ลงในโพลีโพรพิลีนทำให้อัตราการลามไฟลดลงตามปริมาณการผสมที่เพิ่มขึ้น

The aims of this thesis were to study the preparation of magnesium oxide (MgO) nanoplates by hydrothermal method using autoclave unit which was designed and manufactured in Thailand and to study the effect of nanoplates content on some mechanical properties and flammability of injection-graded polypropylene. Nanoplates were synthesized by hydrothermal method at 150 Degree Celsius for 24 hours. The prepared nanoplates were calcined in air at 450 Degree Celsius for 3 hours. The prepared nanostructured materials were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and X-Ray diffraction (XRD). The prepared nanoplates were mixed with polypropylene at the ratio of 0.1, 0.5 and 1.0%. Mechanical properties of mixed samples were tested including tensile strength (ASTM D638), the material hardness (ASTM D2240) and impact strength (ASTM D256). Flammability of the specimens were tested according to UL-94HB. Results of the study found that the size of the prepared nanoplates was approximately 80 nm in width, 90 nm in length and 15 nm in thickness. No significant effect of MgO addition on tensile strength was observed. Marginal increasing in hardness of the mixed samples was found with addition of MgO. Impact strength of the prepared nano-MgO addition in the PP was higher than the commercial grade nano-MgO addition. It also showed that nano-MgO addition can reduce flammability of polypropylene.