علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1400 | دوره:34 | شماره:3 |تعداد مقالات:6

در سال های اخیر، هیدروژل ها به دلیل داشتن خواص منحصر به فرد، به عنوان یکی از امیدبخش ترین مواد درنظر گرفته شده اند. هیدروژل ها ساختارهای پلیمری آب دوست شبکه ای شده هستند که قابلیت جذب و نگه داری آب یا سیال های زیستی را دارند. بنابراین، شبکه های هیدروژلی به طور گسترده در محیط های آبی بدون حل شدن، متورم می شوند. هیدروژل ها در چند دهه گذشته در صنایع مختلف نظیر غذایی، بسته بندی، داروسازی و سامانه های دارورسانی، کشاورزی، کاربردهای زیست پزشکی و زیست مهندسی، ساخت دستگاه های فنی و الکترونیکی و نیز به عنوان جاذب برای حذف آلاینده ها در کاربردهای زیست محیطی به کار گرفته شده اند. هیدروژل های ابرجاذب نوعی از هیدروژل ها هستند که به دلیل ماهیت آب دوست زنجیرهای پلیمری، قابلیت جذب و نگه داری مقدار زیادی آب یا محلول های آبی را تا صدها برابر وزن خود دارند. در سال های اخیر، هیدروژل های ابرجاذب جدید برای کاربردهای مختلف توسعه یافته اند. تقاضای زیاد برای این مواد به ویژه در مصارف بهداشت فردی، رشد روزافزون تولید آن ها را موجب شده است (اکنون بیش از بر سه میلیون تن در سال). از آنجا که اجزای اصلی سازنده ابرجاذب های تجاری و پرکاربرد در صنعت، بر پایه مواد اولیه حاصل از منابع فسیلی (نفت، گاز و زغال سنگ) است، بنابراین کاربرد گسترده ابرجاذب ها و افزایش تولید آن ها از یک سو با سهیم شدن در آلودگی آب، خاک و هوا موجب بروز نگرانی های زیست محیطی شده و از سوی دیگر، با تهدید نوسان های قیمت جهانی و تخریب پذیری منابع فسیلی مواجه شده است. از این رو، جایگزینی برخی از اجزای ابرجاذب ها با مواد اولیه پایه طبیعی، زیست پایه یا تجدیدپذیر (مانند لاکتیک اسید، سوکسینیک اسید و ایتاکونیک اسید) و تولید ابرجاذب های با ساختارهای هیبریدی مورد توجه قرار گرفته است. هدف این مقاله مرور ابرجاذب های هیبریدی بر پایه برخی ترکیبات زیست پایه است که در سه بخش ساختاری شبکه پلیمری شامل شبکه ای کننده، اصلاح کننده سطح و مونومر به کار گرفته می شوند.

فرضیه: تخلخل کاتالیزگرهای کروم بر پایه سیلیکا از موضوع های مهمی است که در صنایع پتروشیمی به دلیل فعالیت زیاد کاتالیزگری مورد توجه پژوهشگران دانشگاه و صنایع قرار گرفته است. یکی از مهم ترین عواملی که موجب تقویت ساختار هیدروژل می شود، عملیات پیرسازی بوده که در این مطالعه بررسی شده است. با انجام فرایند پیرش روی هیدروژل سیلیکایی اولیه اندازه ذرات اولیه بزرگ تر شده و مساحت سطح نیز کاهش می یابد. در ادامه، با انجام فرایند خشک کردن، به دلیل نیروی مویینگی حجم حفره ها نیز کاهش می یابد. با تغییر حلال از آب به الکل ها و اتیل استات، حجم حفره نگه دارنده سیلیکایی نیز افزایش پیدا می کند. دلیل این موضوع کاهش کشش سطحی میان دیواره سیلیکا و آب موجود در حفره هاست. روش ها: در این پژوهش، ساخت نگه دارنده سیلیکایی با روش سل-ژل و عوامل موثر بر آن بررسی شد. همچنین، در مرحله خشک کردن به روش تقطیر هم جوش از پنج حلال آب، 1-پروپانول، 2-پروپانول، 1-بوتانول و اتیل استات استفاده شد. برای شناسایی نگه دارنده های سیلیکایی آزمون های FTIR، وSEM و BET به کارگرفته شدند. یافته ها: اثر حلال های آلی بر حجم حفره ها بررسی شد، به طوری که تمام هیدروژل ها در شرایط یکسان سنتز شدند و در مرحله خشک کردن به روش تقطیر هم جوش از حلال های مختلف استفاده شد. استفاده از حلال های آلی متفاوت، تغییرات محسوسی را روی مساحت سطح ویژه نگه دارنده سیلیکایی نشان نداد، اما موجب تغییرات محسوسی در حجم حفره نگه دارنده سیلیکایی شد. یافته ها نشان داد، شکل شناسی نگه دارنده سیلیکایی در اثر تعویض حلال با استفاده از حلال های آلی بهبود یافت و بهترین شکل شناسی و ساختار بدون ترک با حلال اتیل استات گزارش شد. بیشترین فعالیت کاتالیزگری (80kgPE/gCr. h) در پلیمرشدن دوغابی با نگه دارنده سیلیکایی خشک شده با حلال اتیل استات به دست آمد.

فرضیه: طراحی و ساخت داربست های هیدروژلی با ویژگی های بهینه یکی از عوامل کلیدی در مهندسی بافت موفق است. تنوع گسترده در خواص فیزیکی، شیمایی، مکانیکی و شکل شناسی داربست های هیدروژلی فرصت جدیدی را برای غلبه بر چالش های مختلف در مهندسی بافت ایجاد کرده است. روش ها: در مطالعه حاضر، هیدروژل های نانوکامپوزیتی شامل دکستران (Dex) و نانوذرات شیشه زیست فعال (BG) به دست آمده با روش سل-ژل، به عنوان داربست هایی برای مهندسی بافت استخوان تهیه شدند. رفتار تورمی و استحکام مکانیکی داربست های هیدروژلی تهیه شده با تغییر وزن های مولکولی زنجیر و مقدارهای مختلف دکستران بررسی شد. یافته ها: طیف نمایی زیرقرمز تبدیل فوریه مطالعه برهم کنش بین مولکولی میان زنجیر دکستران و نانوذرات شیشه زیست فعال را از راه اثر قدرت پیوند هیدروژنی فراهم کرد. میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) نیز برای بررسی اثر هر یک از عوامل یادشده بر شکل شناسی داربست ها به کار گرفته شد. نتایج SEM نشان داد، داربست های دکستران-شیشه زیست فعال از میکروساختار سه بعدی متخلخل با محدوده اندازه منفذ 102-156 میکرومتر تشکیل شده است. مشخص شد، اثرهای پیوند هیدروژنی و درهم گیری های زنجیر، اختلاف های محسوسی را در شکل شناسی های منفذ هیدروژل های تهیه شده نشان داد. نتایج چگالی ظاهری و تورم تعادلی حاکی از آن است که افزایش غلظت دکستران مقدار تخلخل ژل ها را تغییر داده و سبب کاهش مقدار آب آزاد در شبکه شده است. در این میان، مقدار تورم تعادلی کاهش یافته در حالی که مدول فشاری با توجه به برهم کنش موثر میان زنجیرهای دکستران و نانوذرات شیشه زیست فعال افزایش یافت. افزون بر این، نتایج آزمون گرماوزن سنجی نشان دهنده افزایش پایداری گرمایی هیدروژل نانوکامپوزیتی دکستران است، که این پدیده نیز ناشی از اثر برهم کنش موثر میان زنجیر های دکستران و نانوذرات شیشه زیست فعال است.

فرضیه: رنگینه های آبی متیلن و بلور بنفش از رنگینه های استفاده شده در برخی صنایع مانند تولید پارچه، ابریشم و چوب هستند. تجمع رنگینه های کاتیونی در منابع آبی برای انسان ها، حیوانات و محیط زیست مضر است. بنابراین، حذف آن ها از پساب های صنایع رنگرزی لازم است. از میان روش های عمده تصفیه آب و فاضلاب روش جذب به دلیل سادگی طراحی، ارزانی، موثربودن و کارایی زیاد به طور گسترده در تصفیه فاضلاب استفاده می شود. با توجه به مطالعات انجام شده، زیولیت های اصلاح شده با نانوذرات آهن ظرفیت جذب زیادی در حذف رنگینه نشان می دهند. با وجود این، به دلیل مشکلاتی از قبیل کاهش فشار و مشکلات جداسازی جاذب های پودری از آب، آماده سازی و تهیه دانه روشی موثر و مناسب برای رفع نقاط ضعف و کارایی مناسب این جاذب ها در تصفیه آب و فاضلاب در مقیاس صنعتی است. روش ها: برای حل مشکلات استفاده از جاذب ها به شکل پودر، از روش ژل شدن یونی برای تهیه جاذب دانه ای بر پایه زیولیت طبیعی کلینوپتیلولیت اصلاح شده با نانوذرات Fe3O4 استفاده شد. برای تهیه دانه هایی با شکل ظاهری مناسب و درصد جذب زیاد اثر عوامل مختلف از قبیل pH اولیه محلول، نوع و غلظت محلول اتصال دهنده عرضی و نسبت اولیه آلژینات به نانوکامپوزیت بررسی شد. همچنین، ویژگی دانه های سنتزشده با آزمون های XRD، وSEM-EDX و BET بررسی شد. یافته ها: نتایج حاصل بی اثر بودن pH و بهینه بودن محلول آهن (III) کلرید با غلظت (w/v) %2 و نسبت اولیه 4: 1 از آلژینات به نانوکامپوزیت را نشان داد. همچنین، بیشترین ظرفیت جذب به دست آمده از هم دمای Langmuir، برای رنگینه های آبی متیلن و بلور بنفش با دانه های تهیه شده به ترتیب 12. 484 و 11. 904mg/g تعیین شد که نشان دهنده قابلیت زیاد دانه های تهیه شده در حذف مواد رنگینه است.

فرضیه رزین پلی استر غیراشباع کاربردهای فراوانی در صنعت کامپوزیت دارد. در قطعه های ضخیم ساخته شده با این رزین، گرمای زیادی در زمانی کوتاه حین پخت آزاد می شود، از طرفی ضریب انتقال گرمای کم این رزین سبب افزایش دما در مرکز قطعه ها به بیش از 200 درجه سلسیوس می شود. اختلاف دمای زیاد میان مرکز و دیواره های نمونه موجب ایجاد تنش های داخلی در نمونه های ضخیم می شود، بنابراین افزودن ذرات با رسانندگی گرمایی زیاد می تواند در برطرف کردن این نقص کمک شایانی کند. بنابراین، در پژوهش حاضر از ذرات گرافن اکسید برای بهبود خواص رزین پلی استر غیر اشباع استفاده شده است. روش ها در این مطالعه، از گرافن اکسید و گرافن اکسید اصلاح شده برای بهبود رسانندگی گرمایی و خواص دینامیکی رزین پلی استر غیراشباع استفاده شد. اثر افزودن ذرات گرافن اکسید و گرافن اکسید اصلاح شده در مقدارهای 0. 05 و 0. 3% وزنیبر رسانندگی گرمایی و خواص دینامیکی رزین پلی استر غیراشباع با دستگاه اندازه گیری رسانندگی گرمایی جامدات و آزمون DMA مطالعه شد. یافته ها نتایج نشان داد، اصلاح کننده سیلانی می تواند سبب ایجاد پیوندهای کووالانسی قوی میان ذرات و رزین شود و تغییر در ضریب رسانندگی گرمایی و خواص دینامیکی شود. افزودن% 0. 05 وزنی گرافن اکسید به رزین موجب افزایش %10 درصد مدول ذخیره در ناحیه شیشه ای شد. در صورتی که افزودن همین مقدار گرافن اکسید اصلاح شده، مدول ذخیره را %36 افزایش داد. اصلاح کننده سیلانی موجب پراکنش بهتر ذرات گرافن اکسید در رزین می شود و این موضوع سبب ایجاد برهم کنش های قوی تر میان ذرات و شبکه رزین شده که به طور شایان توجهی مدول ذخیره رزین را افزایش می دهد. پراکنش بهتر ذره در رزین می تواند مقاومت گرمایی سطحی ذرات را افزایش دهد. بنابراین، رسانندگی گرمایی در مقایسه با رسانندگی گرمایی گرافن اکسید اصلاح نشده کاهش می یابد.

فرضیه نشت نفت و فراورده های آن به آب های آزاد دنیا و ایجاد لکه های نفتی، به دلیل ایجاد مشکلات و خسارات شدید زیست محیطی و اقتصادی به نگرانی جهانی تبدیل شده است. از این رو، دست یابی به فناوری موثر در پاک سازی نفت نشت یافته به منظور محافظت از محیط زیست اهمیت زیادی دارد. یکی از روش های موثر برای جداسازی لکه های نفتی، استفاده از جاذب های بر پایه ایروژل است. پژوهش حاضر برای تهیه ایروژل پلی آکریلو نیتریل به منظور جذب و جداسازی نفت از پساب نفتی، بهبود خواص مکانیکی ایروژل تهیه شده به واسطه وجود الیاف پلی آکریلو نیتریل در ساختار آن، اثر پارامترهای مختلف بر شکل شناسی، تخلخل و درصد جذب نفت در ایروژل انجام شد. روش ها ایروژل ها با روش های متداولی نظیر طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM)، میکروسکوپی نوری (OM)، تعیین سطح ویژه (BET)، گرماوزن سنجی (TGA) شناسایی شدند و چگالی و درصد جذب آن ها اندازه گیری شد. اثر عامل هایی نظیر درصد و طول الیاف و درصد پلی(وینیل الکل) (PVA) بر مقدار جذب نفت بررسی شد. یافته ها نتایج نشان داد، میان الیاف و PVA پیوند شیمیایی برقرار شده و ساختاری شبکه ای به وجود آمده است. همچنین مشخص شد، درصد PVA موثرترین عامل بر مقدار جذب است. شرایط بهینه شامل %3 وزنی الیاف پلی آکریلونیتریل، 5mm طول الیاف پلی آکریلونیتریل و %1 وزنی PVA تعیین شد که در این شرایط جاذب ساخته شده قابلیت جذب حدود %1294 نفت را نشان داد. افزون بر این، سطح ویژه نمونه بهینه، 100. 35m2/g مشخص شد که حاکی از مناسب بودن جاذب ساخته شده برای جذب نفت است.