A study of the thermal decomposition of allyl t-butyl peroxide and 3-hydroperoxy-1-propene (allyl hydroperoxide) in toluene /|nby Krishnankutty Nair V. G. -- 260 St. Catharines [Ont. : s. n.],

Kinetics and product studies of the decompositions of allyl-t-butyl peroxide and 3-hydroperoxy- l-propene (allyl hydroperoxide ) in tolune were investigated. Decompositions of allyl-t-butyl peroxide in toluene at 130-1600 followed first order kinetics with an activation energy of 32.8 K.cals/mol and a log A factor of 13.65. The rates of decomposition were lowered in presence of the radical trap~methyl styrene. By the radical trap method, the induced decomposition at 1300 is shown to be 12.5%. From the yield of 4-phenyl-l,2- epoxy butane the major path of induced decomposition is shown to be via an addition mechanism. On the other hand, di-t-butYl peroxyoxalate induced decomposition of this peroxide at 600 proceeded by an abstraction mechanism. Induced decomposition of peroxides and hydroperoxides containing the allyl system is proposed to occur mainly through an addition mechanism at these higher temperatures. Allyl hydroperoxide in toluene at 165-1850 decomposes following 3/2 order kinetics with an Ea of 30.2 K.cals per mole and log A of 10.6. Enormous production of radicals through chain branching may explain these relatively low values of E and log A. The complexity of the reaction is indicated a by the formation of various products of the decomposition. A study of the radical attack of the hydro peroxide at lower temperatures is suggested as a further work to throw more light on the nature of decomposition of this hydroperoxide.

Reactions of steroidal epoxides with strong organic bases and an investigation into the syntheses of some labelled pregnane derivatives

Reactions of 5,6- and 4,5-epoxycholestane derivatives with strong bases were investigated. Epoxidation of 3a-acetoxycholest-5-ene also gave a new compound along with the anticipated epoxides. Interconversions of the latter were observed. Some possible mechanisms of its formation and rearrangements have been pIioposed. No reaction was observed with any of the 5,6- and 4,5-steroidal epoxides employed in the present study, using potassium tertiary butoxide under refluxing conditions. n-Butyllithium reacted only with 5,6-epoxycholestanes bearing a ketal moiety at the C3 carbon. Opening of the ketal group was observed with n-butyllithium in the case of a ~-epoxide. The reaction was also investigated in the absence of epoxide functionality. A possible mechanism for the opening of ketal group has been proposed. Lithium diethylamide (LDEA) was found effective in rearranging 5,6- and 4,5-epoxides to their ~orresponding allylic alcohols. These rearrangements presumably proceed via syn-eliminations, however the possibility of a corresponding anti-elimination has not been eliminated. A substituent effect of various functional groups (R = H, OH, OCH2CH20) at C3 has-been observed on product distribution in the LDEApromoted rearrangements of the corresponding epoxides. No reaction of these epoxides was observed with lithium diisopropylamide (LDA) • In the second part of the project, several attempts were made towards the sYRthesis of deoxycorticoste~one~17,2l,2l~d3' a compound desirable for the 2l-dehydroxylation studies of deoxycorticosterone. Several routes were investigated, and some deuterium labelled pregnane derivatives were prepared in this regard. Microbial 21-hydroxylation of progesteronel7,21,21,2l- d4 by ~ niger led to loss of deuterium from C21 of the product. An effort was made to hydroxylate progesterone microbially under neutral condtions.

Electrospinning and characterization of self-assembled inclusion complexies

L’électrofilage est une technique permettant de fabriquer des fibres polymériques dont le diamètre varie entre quelques nanomètres et quelques microns. Ces fibres ont donc un rapport surface/volume très élevé. Les fibres électrofilées pourraient trouver des applications dans le relargage de médicaments et le génie tissulaire, comme membranes et capteurs chimiques, ou dans les nanocomposites et dispositifs électroniques. L’électrofilage était initialement utilisé pour préparer des toiles de fibres désordonnées, mais il est maintenant possible d’aligner les fibres par l’usage de collecteurs spéciaux. Cependant, il est important de contrôler non seulement l’alignement macroscopique des fibres mais aussi leur orientation au niveau moléculaire puisque l’orientation influence les propriétés mécaniques, optiques et électriques des polymères. Les complexes moléculaires apparaissent comme une cible de choix pour produire des nanofibres fortement orientées. Dans les complexes d’inclusion d’urée, les chaînes polymères sont empilées dans des canaux unidimensionnels construits à partir d’un réseau tridimensionnel de molécules d’urée liées par des ponts hydrogène. Ainsi, les chaînes polymère sonts très allongées à l’échelle moléculaire. Des nanofibres du complexe PEO-urée ont été préparées pour la première fois par électrofilage de suspensions et de solutions. Tel qu’attendu, une orientation moléculaire inhabituellement élevée a été observée dans ces fibres. De tels complexes orientés pourraient être utilisés à la fois dans des études fondamentales et dans la préparation de matériaux hiérarchiquement structurés. La méthode d’électrofilage peut parfois aussi être utilisée pour préparer des matériaux polymériques métastables qui ne peuvent pas être préparés par des méthodes conventionnelles. Ici, l’électrofilage a été utilisé pour préparer des fibres des complexes stables (α) et "métastables" (β) entre le PEO et l’urée. La caractérisation du complexe β, qui était mal connu, révèle un rapport PEO:urée de 12:8 appartenant au système orthorhombique avec a = 1.907 nm, b = 0.862 nm et c = 0.773 nm. Les chaînes de PEO sont orientées selon l’axe de la fibre. Leur conformation est significativement affectée par les ponts hydrogène. Une structure en couches a été suggérée pour la forme β, plutôt que la structure conventionnelle en canaux adoptée par la forme α. Nos résultats indiquent que le complexe β est thermodynamiquement stable avant sa fonte et peut se transformer en forme α et en PEO liquide par un processus de fonte et recristallisation à 89 ºC. Ceci va dans le sens contraire aux observations faites avec le complexe β obtenu par trempe du complexe α fondu. En effet, le complexe β ainsi obtenu est métastable et contient des cristaux d’urée. Il peut subir une transition de phases cinétique solide-solide pour produire du complexe α dans une vaste gamme de températures. Cette transition est induite par un changement de conformation du PEO et par la formation de ponts hydrogène intermoléculaires entre l’urée et le PEO. Le diagramme de phases du système PEO-urée a été tracé sur toute la gamme de compositions, ce qui a permis d’interpréter la formation de plusieurs mélanges qui ne sont pas à l’équilibre mais qui sont été observés expérimentalement. La structure et le diagramme de phases du complexe PEO-thiourée, qui est aussi un complexe très mal connu, ont été étudiés en détail. Un rapport molaire PEO :thiourée de 3:2 a été déduit pour le complexe, et une cellule monoclinique avec a = 0.915 nm, b = 1.888 nm, c = 0.825 nm et β = 92.35º a été déterminée. Comme pour le complexe PEO-urée de forme β, une structure en couches a été suggérée pour le complexe PEO-thiourée, dans laquelle les molécules de thiourée seraient disposées en rubans intercalés entre deux couches de PEO. Cette structure en couches pourrait expliquer la température de fusion beaucoup plus faible des complexes PEO-thiourée (110 ºC) et PEO-urée de forme β (89 ºC) en comparaison aux structures en canaux du complexe PEO-urée de forme α (143 ºC).

Mécanismes de déformation de nanoparticules d’Au par irradiation ionique

Résumé Dans la présente thèse, nous avons étudié la déformation anisotrope par bombardement ionique de nanoparticules d'or intégrées dans une matrice de silice amorphe ou d'arséniure d’aluminium cristallin. On s’est intéressé à la compréhension du mécanisme responsable de cette déformation pour lever toute ambigüité quant à l’explication de ce phénomène et pour avoir une interprétation consistante et unique. Un procédé hybride combinant la pulvérisation et le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma a été utilisé pour la fabrication de couches nanocomposites Au/SiO2 sur des substrats de silice fondue. Des structures à couches simples et multiples ont été obtenues. Le chauffage pendant ou après le dépôt active l’agglomération des atomes d’Au et par conséquent favorise la croissance des nanoparticules. Les nanocomposites Au/AlAs ont été obtenus par implantation ionique de couches d’AlAs suivie de recuit thermique rapide. Les échantillons des deux nanocomposites refroidis avec de l’azote liquide ont été irradiés avec des faisceaux de Cu, de Si, d’Au ou d’In d’énergie allant de 2 à 40 MeV, aux fluences s'étendant de 1×1013 à 4×1015 ions/cm2, en utilisant le Tandem ou le Tandetron. Les propriétés structurales et morphologiques du nanocomposite Au/SiO2 sont extraites en utilisant des techniques optiques car la fréquence et la largeur de la résonance plasmon de surface dépendent de la forme et de la taille des nanoparticules, de leur concentration et de la distance qui les séparent ainsi que des propriétés diélectriques du matériau dans lequel les particules sont intégrées. La cristallinité de l’arséniure d’aluminium est étudiée par deux techniques: spectroscopie Raman et spectrométrie de rétrodiffusion Rutherford en mode canalisation (RBS/canalisation). La quantité d’Au dans les couches nanocomposites est déduite des résultats RBS. La distribution de taille et l’étude de la transformation de forme des nanoparticules métalliques dans les deux nanocomposites sont déterminées par microscopie électronique en transmission. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail ont fait l’objet de trois articles de revue. La première publication montre la possibilité de manipuler la position spectrale et la largeur de la bande d’absorption des nanoparticules d’or dans les nanocomposites Au/SiO2 en modifiant leur structure (forme, taille et distance entre particules). Les nanoparticules d’Au obtenues sont presque sphériques. La bande d’absorption plasmon de surface (PS) correspondante aux particules distantes est située à 520 nm. Lorsque la distance entre les particules est réduite, l’interaction dipolaire augmente ce qui élargit la bande de PS et la déplace vers le rouge (602 nm). Après irradiation ionique, les nanoparticules sphériques se transforment en ellipsoïdes alignés suivant la direction du faisceau. La bande d’absorption se divise en deux bandes : transversale et longitudinale. La bande correspondante au petit axe (transversale) est décalée vers le bleu et celle correspondante au grand axe (longitudinale) est décalée vers le rouge indiquant l’élongation des particules d’Au dans la direction du faisceau. Le deuxième article est consacré au rôle crucial de la déformation plastique de la matrice et à l’importance de la mobilité des atomes métalliques dans la déformation anisotrope des nanoparticules d’Au dans les nanocomposites Au/SiO2. Nos mesures montrent qu'une valeur seuil de 2 keV/nm (dans le pouvoir d'arrêt électronique) est nécessaire pour la déformation des nanoparticules d'or. Cette valeur est proche de celle requise pour la déformation de la silice. La mobilité des atomes d’Au lors du passage d’ions est confirmée par le calcul de la température dans les traces ioniques. Le troisième papier traite la tentative de formation et de déformation des nanoparticules d’Au dans une matrice d’arséniure d’aluminium cristallin connue pour sa haute résistance à l’amorphisation et à la déformation sous bombardement ionique. Le résultat principal de ce dernier article confirme le rôle essentiel de la matrice. Il s'avère que la déformation anisotrope du matériau environnant est indispensable pour la déformation des nanoparticules d’or. Les résultats expérimentaux mentionnés ci-haut et les calculs de températures dans les traces ioniques nous ont permis de proposer le scénario de déformation anisotrope des nanoparticules d’Au dans le nanocomposite Au/SiO2 suivant: - Chaque ion traversant la silice fait fondre brièvement un cylindre étroit autour de sa trajectoire formant ainsi une trace latente. Ceci a été confirmé par la valeur seuil du pouvoir d’arrêt électronique. - L’effet cumulatif des impacts de plusieurs ions conduit à la croissance anisotrope de la silice qui se contracte dans la direction du faisceau et s’allonge dans la direction perpendiculaire. Le modèle de chevauchement des traces ioniques (overlap en anglais) a été utilisé pour valider ce phénomène. - La déformation de la silice génère des contraintes qui agissent sur les nanoparticules dans les plans perpendiculaires à la trajectoire de l’ion. Afin d’accommoder ces contraintes les nanoparticules d’Au se déforment dans la direction du faisceau. - La déformation de l’or se produit lorsqu’il est traversé par un ion induisant la fusion d’un cylindre autour de sa trajectoire. La mobilité des atomes d’or a été confirmée par le calcul de la température équivalente à l’énergie déposée dans le matériau par les ions incidents. Le scénario ci-haut est compatible avec nos données expérimentales obtenues dans le cas du nanocomposite Au/SiO2. Il est appuyé par le fait que les nanoparticules d’Au ne se déforment pas lorsqu’elles sont intégrées dans l’AlAs résistant à la déformation.

Nanostructure des particules polymériques : aspects physiques, chimiques et biologiques

Les nanotechnologies appliquées aux sciences pharmaceutiques ont pour but d’améliorer l’administration de molécules actives par l’intermédiaire de transporteurs nanométriques. Parmi les différents types de véhicules proposés pour atteindre ce but, on retrouve les nanoparticules polymériques (NP) constituées de copolymères “en bloc”. Ces copolymères permettent à la fois l’encapsulation de molécules actives et confèrent à la particule certaines propriétés de surface (dont l’hydrophilicité) nécessaires à ses interactions avec les milieux biologiques. L’architecture retenue pour ces copolymères est une structure constituée le plus fréquemment de blocs hydrophiles de poly(éthylène glycol) (PEG) associés de façon linéaire à des blocs hydrophobes de type polyesters. Le PEG est le polymère de choix pour conférer une couronne hydrophile aux NPs et son l’efficacité est directement liée à son organisation et sa densité de surface. Néanmoins, malgré les succès limités en clinique de ces copolymères linéaires, peu de travaux se sont attardés à explorer les effets sur la structure des NPs d’architectures alternatives, tels que les copolymères en peigne ou en brosse. Durant ce travail, plusieurs stratégies ont été mises au point pour la synthèse de copolymères en peigne, possédant un squelette polymérique polyesters-co-éther et des chaines de PEG liées sur les groupes pendants disponibles (groupement hydroxyle ou alcyne). Dans la première partie de ce travail, des réactions d’estérification par acylation et de couplage sur des groupes pendants alcool ont permis le greffage de chaîne de PEG. Cette méthode génère des copolymères en peigne (PEG-g-PLA) possédant de 5 à 50% en poids de PEG, en faisant varier le nombre de chaînes branchées sur un squelette de poly(lactique) (PLA). Les propriétés structurales des NPs produites ont été étudiées par DLS, mesure de charge et MET. Une transition critique se situant autour de 15% de PEG (poids/poids) est observée avec un changement de morphologie, d’une particule solide à une particule molle (“nanoagrégat polymére”). La méthode de greffage ainsi que l’addition probable de chaine de PEG en bout de chaîne principale semblent également avoir un rôle dans les changements observés. L’organisation des chaînes de PEG-g-PLA à la surface a été étudiée par RMN et XPS, méthodes permettant de quantifier la densité de surface en chaînes de PEG. Ainsi deux propriétés clés que sont la résistance à l’agrégation en conditions saline ainsi que la résistance à la liaison aux protéines (étudiée par isothermes d’adsorption et microcalorimétrie) ont été reliées à la densité de surface de PEG et à l’architecture des polymères. Dans une seconde partie de ce travail, le greffage des chaînes de PEG a été réalisé de façon directe par cyclo-adition catalysée par le cuivre de mPEG-N3 sur les groupes pendants alcyne. Cette nouvelle stratégie a été pensée dans le but de comprendre la contribution possible des chaines de PEG greffées à l’extrémité de la chaine de PLA. Cette librairie de PEG-g-PLA, en plus d’être composée de PEG-g-PLA avec différentes densités de greffage, comporte des PEG-g-PLA avec des PEG de différent poids moléculaire (750, 2000 et 5000). Les chaines de PEG sont seulement greffées sur les groupes pendants. Les NPs ont été produites par différentes méthodes de nanoprécipitation, incluant la nanoprécipitation « flash » et une méthode en microfluidique. Plusieurs variables de formulation telles que la concentration du polymère et la vitesse de mélange ont été étudiées afin d’observer leur effet sur les caractéristiques structurales et de surface des NPs. Les tailles et les potentiels de charges sont peu affectés par le contenu en PEG (% poids/poids) et la longueur des chaînes de PEG. Les images de MET montrent des objets sphériques solides et l'on n’observe pas d’objets de type agrégat polymériques, malgré des contenus en PEG comparable à la première bibliothèque de polymère. Une explication possible est l’absence sur ces copolymères en peigne de chaine de PEG greffée en bout de la chaîne principale. Comme attendu, les tailles diminuent avec la concentration du polymère dans la phase organique et avec la diminution du temps de mélange des deux phases, pour les différentes méthodes de préparation. Finalement, la densité de surface des chaînes de PEG a été quantifiée par RMN du proton et XPS et ne dépendent pas de la méthode de préparation. Dans la troisième partie de ce travail, nous avons étudié le rôle de l’architecture du polymère sur les propriétés d’encapsulation et de libération de la curcumine. La curcumine a été choisie comme modèle dans le but de développer une plateforme de livraison de molécules actives pour traiter les maladies du système nerveux central impliquant le stress oxydatif. Les NPs chargées en curcumine, montrent la même transition de taille et de morphologie lorsque le contenu en PEG dépasse 15% (poids/poids). Le taux de chargement en molécule active, l’efficacité de changement et les cinétiques de libérations ainsi que les coefficients de diffusion de la curcumine montrent une dépendance à l’architecture des polymères. Les NPs ne présentent pas de toxicité et n’induisent pas de stress oxydatif lorsque testés in vitro sur une lignée cellulaire neuronale. En revanche, les NPs chargées en curcumine préviennent le stress oxydatif induit dans ces cellules neuronales. La magnitude de cet effet est reliée à l’architecture du polymère et à l’organisation de la NP. En résumé, ce travail a permis de mettre en évidence quelques propriétés intéressantes des copolymères en peigne et la relation intime entre l’architecture des polymères et les propriétés physico-chimiques des NPs. De plus les résultats obtenus permettent de proposer de nouvelles approches pour le design des nanotransporteurs polymériques de molécules actives.

Carbon nanotubes induced crystallization of poly(ethylene terephthalate)

We have investigated the crystallization characteristics of melt compounded nanocomposites of poly(ethylene terephthalate) (PET) and single walled carbon nanotubes (SWNTs). Differential scanning calorimetry studies showed that SWNTs at weight fractions as low as 0.03 wt% enhance the rate of crystallization in PET, as the cooling nanocomposite melt crystallizes at a temperature 10 °C higher as compared to neat PET. Isothermal crystallization studies also revealed that SWNTs significantly accelerate the crystallization process. WAXD showed oriented crystallization of PET induced by oriented SWNTs in a randomized PET melt, indicating the role of SWNTs as nucleating sites.

Carbon Nanotubes-Reinforced PET Nanocomposite by Melt-Compounding

Poly(ethylene terephthalate) (PET) nanocomposites with single-walled carbon nanotubes (SWNTs) have been prepared by a simple melt compounding method. With increasing concentration (0-3 wt %) of SWNTs, the mechanical and dynamic mechanical properties improved, corresponding to effective reinforcement. Melt rheological characterization indicated the effective entanglements provided by SWNTs in the melt state as well. Thermogravimetric analysis suggested no influence of SWNTs on the thermal stability of PET. Electrical conductivity measurements on the composite films pointed out that the melt compounded SWNTs can result in electrical percolation albeit at concentrations exceeding 2 wt %.

Characterization of Short Nylon-6 Fiber/Acrylonitrile Butadiene Rubber Composite by Thermogravimetry

The thermal degradation of short nylon-6 fiber reinforced acrylonitrile butadiene rubber (NBR) composites with and without epoxy-based bonding agent has been studied by thermogravimetric analysis (TGA). It was found that the onset of degradation shifted from 330.5 to 336.1°C in the presence of short nylon fiber, the optimum fiber loading being 20 phr. The maximum rate of degradation of the composites was lower than that of the unfilled rubber compound, and it decreased with increase in fiber concentration. The presence of epoxy resin-based bonding agent in the virgin elastomer and the composites improved the thermal stability. Results of kinetic studies showed that the degradation of NBR and the short nylon fiber reinforced composites followed first-order kinetics.

Thermal Degradation of Short Nylon -6 Fiber-Reinforced Styrene Butadiene Rubber Composite

The thermal properties of short Nylon-6 fiber-reinforced Styrene butadiene rubber (SBR) composites were studied by Thermogravimetric Analysis (TGA). The effect of epoxy-based bonding agent on thermal degradation of the gum and the composites was also studied. The thermal stability of the SBR was enhanced in the presence of Nylon-6 fibers and the stability of the composites increased in the presence of bonding agent. The epoxy resin did not significantly change the thermal stability of SBR gum vulcanizate. Results of kinetic studies showed that the degradation of SBR and the short nylon fiber-reinforced composites with and without bonding agents followed first-order kinetics.

Fabrication and Characterization of All-Fiber Components for Optical Access Networks

This Thesis deals with the fabrication and characterization of novel all-fiber components for access networks. All fiber components offer distinctive advantages due to low forward and backward losses, epoxy free optical path and high power handling. A novel fabrication method for monolithic 1x4 couplers, which are vital components in distributed passive optical networks, is realized. The fabrication method differs from conventional structures with a symmetric coupling profile and hence offers ultra wideband performance and easy process control. New structure for 1x4 couplers, by fusing five fibers is proposed to achieve high uniformity, which gives equivalent uniformity performance to 1x4 planar lightwave splitters, isolation in fused fiber WDM is improved with integration of long period gratings. Packaging techniques of fused couplers are analyzed for long term stability.

Modification of Short Fibre Reinforced pp and HDPE Using Nanosilica

The present study was undertaken to prepare nanosilica by a simple cost effective means and to use it as a potential nanomodifier in thermoplastic matrices and to develop useful composites. Nanosilica was prepared from sodium silicate and dilute hydrochloric acid by polymer induced crystallization technique under controlled conditions. The silica surface was modified by silane coupling agent to decrease the agglomeration and thus to increase the reinforcement with polymer. The pristine nanosilica and modified nanosilica were used to make nano-micro hybrid composites. Short glass fibres and nylon fibres were used as microfillers. The hybrid nanocomposites based on Polypropylene (PP) and High density poly ethylene (HOPE) are prepared. The mechanical, thermal, crystallization and dynamic mechanical properties of the composites are evaluated.

Modification of Natural Rubber using Thermoset Resins

This thesis presents the findings of a study on incorporating vanous thermoset resins into natural rubber for property improvement. Natural rubber is an important elastomer with the unique attribute of being a renewable agricultural product. The study was undertaken to investigate the extent to which the drawbacks of natural rubber, especially its poor thermal and oil resistance propel1ies could be nullified by blending with common thermoset resins. A thorough and comparative understanding of the perfonnance of different resins from this viewpoint will be beneficial for both natural IUbber processors and consumers. In this study the thennoset resins used were epoxy resin, phenolics, epoxidised phenolics and unsaturated polyester resin.The resins were incorporated into NR during compounding and their effects on the properties of NR were studied after vulcanization. Properties were studied for both gum and filled N R compounds. The important properties studied are cure characteristics, mechanical properties, ageing propel1ies, thermal propel1ies, crosslink density and extractability. Characterization studies were also conducted using FTIR, TGA and DSC.Improvement in mechanical properties was noticed in many cases. The results show that most resins lead to a reduction in the cure time of NR. The perfonnance of epoxy resin is most noticeable in this respect. Mechanical properties of the modified IUbber show maximum improvement in the case of epoxidised novolacs. Most resins are seen to improve the thermal and oil resistance propel1ies of NR. Epoxy novolacs show maximum effect in this respect also. However the presence of tillers is found to moderate the positive effects of the thermoset resins considerably.

Novel adhesive systems based on neoprene-phenolic blends

The aim of the investigation is to develop new high performance adhesive systems based on neoprene-phenolic blends. Initially the effect of addition of all possible ingredients like fillers, adhesion promoters, curing agents and their optimum compositions to neoprene solution is investigated. The phenolic resin used is a copolymer of phenol-cardanolformaldehyde prepared in the laboratory. The optimum ratio between phenol and cardanol that gives the maximum bond strength in metal-metal, rubber-rubber and rubber-metal specimens has been identified. Further the ratio between total phenols and formaldehyde is also optimised. The above adhesive system is further modified by the addition of epoxidized phenolic novolacs. For this purpose, phenolic novolac resins are prepared in different stoichiometric ratios and are subsequently epoxidized. The effectiveness of the adhesive for bonding different metal and rubber substrates is another part of the study. To study the ageing behaviour, different bonded specimens are exposed to high temperature, hot water and salt water and adhesive properties have been evaluated. The synthesized resins have been characterized by FTIR , HNMR spectroscopy. The molecular weights of the resins have been obtained by GPC. Thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry are used to study the thermal properties. The fractured surface analysis is studied by scanning electron microscopy. The study has brought to light the influence of phenol/ formaldehyde stoichiometric ratio, addition of cardanol (a renewable resource), adhesion promoters and suitability of the adhesive for different substrates and the age resistance of adhesive joints among other things.

Modification of Polypropylene and Polystyrene Using Nanosilica

The present work focuses on the modification of the commonly used thermoplastics, polypropylene and polystyrene using nanosilica preparcd from a cheap source of sodium silicate. Melt compounding technique has been used for nanocomposite preparation as it is simple and suited to injection moulding. Nanosilica in a polymer matrix provide significant enhancement in strength, stiffness and impact strength. Incorporation of silica particles in a polymer also improves its thennal stability. To achieve better dispersion of fillers in polymer matrices the mixing was done at different shear rates. The enhancement in material properties indicates that at higher shear rates there is greater interaction between particles and the matrix and it depends on filler concentration and type of polymer used. N anosilica is a useful filler in thennoplastic polymers and has been applied in automotive applications, electronic appliances and consumer goods.This thesis is divided into six chapters. General introduction to the topic is described in chapter 1. Salient features of polymer nanocomposites, their synthesis, properties and applications are presented. A review of relevant literature and the scope and objectives are also mentioned in this chapter.The materials used and the vanous experimental method and techniques employed in the study are described in chapter 2. Preparation of nanocomposites by melt blending using Thenno Haake Rheocord, preparation of samples, evaluation of mechanical and thennal properties using UTM, Impact testing and characterization using DMA, TGA and DSC and morphology by SEM are described.The preparation of nanosilica from a laboratory scale to a pilot plant scale is described in chapter 3. Generation of surface modified silica, evaluation of kinetic parameters of the synthesis reaction, scale up of the reactor and modeling of the reactor are also dealt with in this chapter.The modification of the commodity thennoplastic, Polypropylene using nanosilica is described in chapter 4. Preparation of PP/silica nanocomposites, evaluation of mechanical properties, thermal and crystallization characteristics, water absorption and ageing resistance studies are also presented.The modification of Polystyrene using synthesized nanosilica IS described in chapter 5. The method of preparation of PS/silica nanocomposites, evaluation of mechanical properties (static and dynamic), thermal properties melt flow characteristics using Haake Rheocord, water absorption and ageing resistance of these nanocomposites are studied.

Studies on new processing aids and other compounding ingredients in special purpose rubbers

In the first part of the study we probed the effectiveness of rice bran oil as a multipurpose compounding ingredient for nitrile (NBR) and chloroprene (CR) rubbers. This oil has already been successfully employed in the compounding of NR and SBR in this laboratory.In this context we thought it worthwhile to try this oil in the polar rubbers viz, NBR and CR also. The principle of like dissolves like as applicable to solvents is equally applicable while selecting a plasticiser, elastomer combination. Because of the compatibility considerations polar plasticisers are preferred for polar rubbers like NBR and CR. Although plasticisation is a physical phenomenon and no chemical reaction is involved, the chemical structure of plasticisers determines how much physical attraction there is between the rubber and the plasticiser. In this context it is interesting to note that the various fatty acids present in rice bran oil have a long paraffinic chain, characteristic of waxes, with an acid group at the end of the molecule. The paraffinic end of the molecule contributes lubricating effects and limits compatibility whereas the acid end group contributes some polarity and is also chemically reactive. Because of absorption of acid group on the surface of pigments, these acids will have active pigment wetting characteristics also. These factors justifies the role of rice bran oil as a co-activator and lubricating agent for NBR and CR. In fact in our study we successfully replaced stearic acid as co-activator and aromatic oillDOP as processing aid for CR and NBR with rice bran oil.This part of the study has got special significance in the fact that rubber industry now heavily depends on petroleum industry for process oils. The conventional process oils like aromatic, naphthenic and paraffinic oils are increasingly becoming costlier, as its resources in nature are fast depleting. Moreover aromatic process oils are reported to be carcinogenic because of the presence of higher levels of polycyclic aromatic compounds in these oils.As a result of these factors, a great amount research is going on world over for newer processing aids which are cost effective, nontoxic and performanance wise at par with the conventional ones used in the rubber industry. Trials with vegetable oils in this direction is worth trying.Antioxidants are usually added to the rubber compound to minimise ageing effects from heat, light, oxygen etc. As rice bran oil contains significant amount of tocopherols and oryzanol which are natural antioxidants, we replaced a phenolic antioxidant like styrenated phenol (SP) from the compound recipe of both the rubbers with RBO and ascertained whether this oil could function in the role of antioxidant as well.Preparation and use of epoxidised rice bran oil as plasticiser has already been reported.The crude rice bran oil having an iodine value of 92 was epoxidised in this laboratory using peracetic acid in presence of sulphuric acid as catalyst. The epoxy content of the epoxidised oil was determined volumetrically by treating a known weight of the oil with excess HCI and back titrating the residual HCI with standard alkali solution. The epoxidised oil having an epoxy content of 3.4% was tried in the compounding of NBR and CR as processing aids. And results of these investigations are also included in this chapter. In the second part of the study we tried how RBO/ERBO could perform when used as a processing aid in place of aromatic oil in the compounding of black filled NRCR blends. Elastomers cannot have all the properties required for a particular applications, so it is common practice in rubber industry to blend two elastomers to have desired property for the resulting blend.In this RBO/ERBO was tried as a processing aid for plasticisation, dispersion of fillers, and vulcanisation of black filled NR-CR blends.Aromatic oil was used as a control. The results of our study indicate that these oils could function as a processing aid and when added together with carbon black function as a cure accelerator also.PVC is compatible with nitrile rubber in all proportions, provided NBR has an acrylonitrile content of 25 to 40%. Lower or higher ACN content in NBR makes it incompatible with PVC.PVC is usually blended with NBR at high temperatures. In order to reduce torque during mixing, additional amounts of plasticisers like DOP are added. The plasticiser should be compatible both with PVC and NBR so as to get a homogeneous blend. Epoxidised soyaben oil is reported to have been used in the compounding of PVC as it can perfonn both as an efficient plasticiser and heat stabilizer.At present DOP constitute the largest consumed plasticiser in the PVC compounding. The migration of this plasticiser from food packaging materials made of PVC poses great health hazards as this is harmful to human body. In such a scenario we also thought it worthwhile to see whether DOP could be replaced by rice bran oil in the compounding of NBR-PVC blends Different blends of NBR-PVC were prepared with RBO and were vulcanized using sulphur and conventional accelerators. The various physical and mechanical properties of the vulcanisates were evaluated and compared with those prepared with DOP as the control plasticiser. Epoxidised rice bran oil was also tried as plasticiser for the preparation of NBR-PVC blends. A comparison of the processability and cure characteristics of the different blends prepared with DOP and ERBO showed that ERBO based blends have better processability and lower cure time values. However the elastographic maximum torque values are higher for the DOP based blends. Almost all of the physical properties evaluated are found to be slightly better for the DOP based blends over the ERBO based ones. However a notable feature of the ERBO based blends is the better percentage retention of elongation at break values after ageing over the DOP based blends. The results of these studies using rice bran oil and its epoxidised variety indicated that they could be used as efficient plasticisers in place of DOP and justifies their role as novel, nontoxic, and cheap plasticisers for NBR-PVC blends.