COMSOL 다중물리학을 사용하여 오일 제거 및 전도성을 향상시키기 위한 (PVC/HDPE)/ZnO 나노복합체의 감마선 조사 유도 표면 개질

Mar 15, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7514(2023) 이 기사 인용

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핫멜트 압출기 기술을 사용하여 PVC/HDPE 매트릭스 내부에 조사된 ZnO를 (5 중량%) 비율로 로딩하여 블렌드 나노복합체 필름을 제조했습니다. 조사된 ZnO 샘플과 조사되지 않은 ZnO 샘플의 물리적, 화학적 특성을 비교합니다. ZnO의 Vis-UV 스펙트럼은 25 kGy의 선량으로 조사된 ZnO 샘플의 경우 산소 공극에 의한 결정 구조 결함으로 인해 373 nm의 파장에서 흡수 피크가 375 nm로 약간 적색 편이된 것을 보여줍니다. 감마선 조사. 결함 부위의 이러한 성장은 에너지 격차를 3.8eV에서 2.08eV로 감소시킵니다. ZnO 샘플의 AC 전도도는 감마 조사 공정(25 kGy) 후에 증가했습니다. (PVC/HDPE)/ZnO 나노복합체는 4가지 다른 매질(실리콘 오일, 규산나트륨, 파라핀 왁스 및 물) 존재 하에 25 kGy에서 γ선으로 재조사되었습니다. 화학 조성의 변화를 모니터링하기 위해 FTIR과 XRD를 수행했습니다. C=O 그룹에 기인한 1723cm-1의 새로운 피크는 규산나트륨과 물 매질에서만 조사된 (PVC/HDPE)ZnO 샘플에서 관찰되었습니다. 이 공정은 (PVC/HDPE)/ZnO 혼합 샘플 표면에 새로운 기능 그룹을 유도했습니다. 본 연구의 목적은 오일/물 분리용 (PVC/HDPE)ZnO 개발을 목표로 합니다. 다양한 테스트 오일을 기반으로 C=O 그룹으로 기능화된 샘플에서 가장 높은 오일 흡착 능력이 관찰되었습니다. 결과는 (PVC/HDPE)/ZnO의 표면 특성이 오일 흡착 가능성을 향상시키기 위해 수정될 수 있음을 시사합니다. 또한, 감마선 조사량은 조사되지 않은 샘플에 비해 AC 전도도를 크게 향상시켰습니다. COMSOL Multiphysics에 따르면 물 속의 조사된 샘플(PVC/HDPE)ZnO는 중전압 케이블(22.000V)에서 완벽하고 균일한 전기장 분포를 보여줍니다.

고분자 재료의 매혹적이고 실용적인 표면 변형을 통해 표면 변형에 의해 부여된 특징과 결합된 특정 물리화학적 특성을 갖는 폴리머의 생산이 가능해졌습니다1,2,3,4. 블렌딩, 접목, 경화 등 폴리머의 특성을 변경하는 다양한 방법이 있습니다. 두 개(또는 그 이상) 폴리머를 물리적으로 혼합하면 원하는 특성을 얻을 수 있습니다. "그래프팅"으로 알려진 과정에서 모노머는 폴리머 사슬에 공유 결합(변형)됩니다. 대조적으로, 올리고머 혼합물은 경화 중에 중합되어 기판에 물리적으로 부착된 코팅을 생성합니다. 그래프팅은 폴리머에 고유한 기능 그룹을 추가하여 원래 특성을 변경하고 응용 범위를 확장하는 유망한 접근 방식입니다5,6.

조사 과정 후에 수소 원자 및 탄소-수소 그룹과 같은 일부 원자 및 그룹이 폴리머에서 방출되며 폴리머의 화학량론에 상당한 변화가 있습니다. 폴리머 사슬에 존재하는 경우 다른 원자 종(O, F, Cl, N 등)도 추방됩니다7,8,9. 방사선 노출 후 폴리머는 수소를 잃어 물리적 폴리머 특성에 영향을 미친다는 것은 잘 알려져 있습니다. 사슬 절단은 더 작은 단위와 올리고머 사슬, 풍부한 이중 결합 및 라디칼의 출현을 생성합니다. 이러한 작은 탄소가 풍부한 입자는 정전기적 인력으로 인해 전기 전도성 클러스터로 응집될 수 있습니다9.

폴리머 블렌드의 물리화학적 특성과 전기 전도성은 ZnO 나노입자와 같은 나노필러를 다양한 비율로 추가하여 향상시킬 수 있습니다10,11,12,13,14. Parangusan 등15은 순수 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌(PVDF-HFP)과 PVDF-HFP/Co-ZnO로 만든 전기방사 나노섬유의 압전 특성을 연구했습니다. 깔끔한 PVDF-HFP와 PVDF-HFP/2wt% Co-ZnO 나노섬유의 유전율은 각각 8과 38인 것으로 관찰되었다. 이러한 결과는 보고된 나노복합체가 유연하고 착용할 수 있으며 자체 전력 공급이 가능한 전기 시스템을 만들 수 있음을 시사합니다. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 나노복합체와 같은 열가소성 폴리머는 흑연 나노판, 나노다이아몬드 및 탄소 나노튜브로 강화되어 유변학적, 열적 및 기계적 특성을 개선할 수 있습니다16,17,18,19. 과거 PVC 표면 개질은 플라즈마, 코로나 방전, 화학적 그래프팅, 전기 방전, 금속 기상 증착(MVD), 화염 처리 또는 직접적인 화학적 개질(산화, 가수분해 등), 심지어 일부 물리적 개질 등을 사용하여 수행되었습니다. 표면. 본 연구는 물, 파라핀 왁스, 실리콘 오일, 규산나트륨 용액 등 다양한 매체에 τ선을 조사한 (PVC/HDPE)ZnO의 PVC 친수성을 높이는 것을 목표로 합니다. 감마선 조사는 높은 침투력, 빠른 처리, 균일한 선량 분포, 시스템 유연성 및 다양한 환경에서 사용할 수 있는 능력을 포함하여 다른 기술에 비해 여러 가지 장점이 있습니다. 감마선 조사는 환경 친화적인 방법이며 가장 생산적입니다26,27,28,29,30,31. 이 연구는 또한 오일/물 분리 응용 분야에서 (PVC/HDPE)의 친수성을 높이는 것을 목표로 합니다. 오일-물 분리 응용 분야는 무엇보다도 석유, 금속 가공, 선박 빌지 수, 지방, 오일 및 그리스를 사용하는 식품 산업과 같은 산업 공정에 중요합니다.