Date of Award

6-2020

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Chemical Engineering (MSChE)

Department

Chemical and Petroleum Engineering

First Advisor

Dr. Muhammad Zafar Iqbal

Second Advisor

Nayef Ghasem

Third Advisor

Andrew M. Herring

Abstract

Practically, almost all polymers are solidified from the melts for product-forming purposes. Therefore, the evolution of solid structure (crystallization behavior) from their molten form has prime importance in manufacturing high performance materials. Polyethylene (PE) is one of the most commonly used semicrystalline polymers all over the world. In this thesis, nanocomposites of PE with thermal reduced graphene (TRG) (PE/TRG) were prepared via solvent blending and the crystallization of PE has been investigated using a differential scanning calorimeter (DSC). The nanocomposites were crystallized from the melts under both isothermal and dynamic conditions, and evolution of crystal formation is studied using kinetic analysis. The kinetic data obtained from isothermal crystallization experiments showed excellent fit with the Avrami kinetic theory whereas the dynamic data was better described via Ozawa kinetic model. The parametrization of crystallization process was carried out using various models in order to understand energetics involved during crystallization (solidification) of PE/TRG nanocomposites. The Hoffman-Lauritzen energetic theory further confirmed that inclusion of graphene reduced work required for crystallization, thus facilitating the kinetic growth of the crystals. The graphene nanosheets acted as nucleating agents by substantially decreasing the time to reach 50% of crystallization. The quantitative results from the kinetic analysis were

Comments

عمليا، يتم تقوية جميع البوليمرات تقريبًا عن طريق الانصهار لأغراض تكوين المنتج. لذلك، فإن تطور الهيكل الصلب )سلوك التبلور( من شكله المنصهر له أهمية قصوى في تصنيع المواد عالية الأداء.

البولي ايثيلين (PE) هو واحد من البوليمرات شبه البلورية الأكثر استخداما في جميع أنحاء العالم. في هذه الرسالة، تم تحضير المركبات النانوية ﻠﻟ PE مع الجرافين المخفض حراريًا (TRG) (PE/TRG) عبر مزج المذيبات وتم فحص تبلور ا⅃ PE باستخدام مقياس المسعر (TRG) (PE/TRG) عبر مزج المذيبات وتم فحص تبلور ا⅃ PE باستخدام مقياس المسعر (DSC) تم تبلور المركبات النانوية من الذوبان تحت كل من الظروف الحرارية والديناميكية، ويتم دراسة تطور تكوين البلورة باستخدام التحليل الحركي. أظهرت البيانات الحركية التي تم الحصول عليها من تجارب التبلور متساوي الحرارة توافقًا ممتازًا مع نظرية Avrami الحركية، في حين تم وصف البيانات الديناميكية بشكل أفضل عبر نموذج Ozawa الحركي. تم تنفيذ عملية تحديد معالم عملية التبلور باستخدام نماذج مختلفة لفهم علم الطاقة المتورط أثناء التبلور )التصلب( للمركبات النانوية PE /TRG. أكدت نظرية حيوية Hoffman-Lauritzen أن تضمين الجرافين يقلل من العمل اللازم لبلورة، وبالتالي تسهيل النمو الحركي للبلورات. كانت صفائح الجرافين النانوية بمثابة عوامل نواة عن طريق تقليل الوقت اللازم للوصول إلى % 50 من التبلور. كانت النتائج الكمية من التحليل الحركي متسقة مع المركبات النانوية الأخرى حيث كان عامل النانو يعمل كعوامل النواة.

Share

COinS