علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1400 | دوره:34 | شماره:5 |تعداد مقالات:6

در سال های اخیر، مطالعات متعددی درباره باتری های لیتیم-یون ثانویه برای کاربردهای گسترده شامل منبع تغذیه در وسایل الکترونیکی قابل حمل، وسایل نقلیه الکتریکی و مخزن ذخیره الکتریکی انجام شده است. به طور کلی، باتری های لیتیم-یون از چهار جزء شامل آند، کاتد، الکترولیت و جداکننده تشکیل شده اند. با وجود اینکه جداکننده ها در باتری های لیتیم-یون هیچ نقشی در واکنش های الکتروشیمیایی ندارند، اما به طور فیزیکی آند و کاتد را جدا می کنند، به طوری که وقتی جریان آزاد یون های لیتیم از راه الکترولیت مایع منتقل می شود، اتصال کوتاه الکتریکی رخ ندهد. از این رو، جداکننده نقش اساسی را در ایمنی و توان باتری های لیتیم یون دارد. در میان تعداد زیاد جداکننده هایی که تاکنون تولید شده اند، جداکننده های غشایی متخلخل پلی اولفینی شامل پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP)، به دلیل داشتن ویژگی های برجسته ای از جمله پایداری الکتروشیمیایی، استحکام مکانیکی خوب، کارایی و مقرون به صرفه بودن و از کارافتادگی گرمایی، به عنوان امیدوارکننده ترین جداکننده ها برای باتری های لیتیم-یون تجاری به شمار می آیند. با وجود این، جداکننده های غشایی مشکلات اساسی از جمله غیرقطبی بودن، انرژی سطحی کم و پایداری گرمایی ضعیف را برای ذخیره سازی وسایل نقلیه دارند. از این رو، در این بررسی انواع جداکننده های پلی اولفینی میکرومتخلخل استفاده شده در باتری های لیتیم-یون و روش های اصلاح سطح آن ها مرور شده اند. راهکارهایی همچون پیوندزنی با روش های مختلف، روش الهام گرفته از صدف و عامل دارکردن با نانوذرات معدنی نیز برای غلبه بر مشکلات نام برده به کار گرفته شده اند. نتایج پژوهش های بسیاری اثبات می کند، اگر با استفاده از روش ها و مواد مناسب اصلاح سطح انجام شود، خواص چشمگیری به وسیله جداکننده های پلی اولفینی تک لایه و چندلایه به دست خواهد آمد که می تواند پنجره ای جدیدی را به روی باتری های با عملکرد کارآمد بگشاید.

فرضیه سامانه های دومحیط دوست با خودتجمعی ساختارهای میسلی کارایی موثری را در حل کردن ترکیبات نامحلول نشان می دهند. پلی یورتان های دومحیط دوست به عنوان گونه های پلیمری گردایش کننده از ویژگی های خاصی مانند پایداری به کمک پیوند هیدروژنی ساختارهای آرایش یافته و قابلیت عامل دارکردن برخوردارند. در این راستا، پلی یورتان دومحیط دوست (APU) با آرایش دومحیط دوستی تصادفی، سنتز شده بر پایه اسید چرب روغن زیتون، به منظور تشکیل ساختار میسلی در محیط آلی غیرقطبی همراه با کپسول دارکردن و انتقال رنگینه های نامحلول ارزیابی شد. روش ها محلول APU در حلال آلی غیرقطبی تولوین، در غلظت های مختلف برای پی بردن به امکان تشکیل ساختار میسلی و تعیین نقطه شروع انبوهش (RCMC) با روش های کدورت سنجی و گران روی سنجی ارزیابی شد. شکل شناسی نانوذرات تشکیل شده با میکروسکوپ الکترونی پویشی نشر میدانی (FE-SEM)، میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) و پراکندگی دینامیکی نور (DLS) بررسی شد. قابلیت این میسل های پلیمری در بارگیری و حل کردن رنگینه آب دوست فوشین در تولوین و نیز در انتقال فاز چند رنگینه کاتیونی آب دوست از فاز آبی به فاز تولوین بررسی شد. ظرفیت کمی انتقال رنگینه با ثبت طیف های جذبی آن ها ارزیابی شد. یافته ها APU قابلیت تشکیل میسل معکوس را در غلظت بحرانی کم (0. 02mg/mL) در حلال تولوین نشان داد که بیانگر عملکرد موثر برهم کنش های بین مولکولی بین بخش های آب دوست پلیمر است. قابلیت APU در حل کردن رنگینه آب دوست در محیط آلی غیرقطبی و انتقال این نوع رنگینه ها از فاز آلی به آبی نشان دهنده تشکیل ساختارهای گردایشی هسته-پوسته از این پلیمر در حلال آلی و عملکرد آن به عنوان نانوحامل است. از سوی دیگر، میسل معکوس تشکیل شده در فاز آلی قابلیت استخراج رنگینه های کاتیونی محلول در آب را به فاز آلی نشان داد. براساس نتایج می توان از این پلیمر در فرایند حذف رنگینه های کاتیونی از آب های آلوده و نیز فرایندهای دارورسانی استفاده کرد.

فرضیه: تهیه نانوالیاف به عنوان حامل هایی برای دارورسانی در سال های اخیر بسیار مورد توجه بوده است. پلی کاپرولاکتون اغلب در کاربردهای پزشکی و مهندسی بافت استفاده می شود. با وجود این، ماهیت آب گریز آن مانعی در این زمینه است که معمولا با اضافه کردن عوامل زیستی و طبیعی این مشکل برطرف می شود. در این پژوهش، اثر هم افزایی پیپرین و الاجیک اسید بر خواص و عملکرد ساختارهای نانولیفی دارای کورکومین بر پایه پلی کاپرولاکتون بررسی شده است. روش ها: نانوالیاف بر پایه پلی کاپرولاکتون دارای مقدارهای مشخصی از عصاره های گیاهی تهیه و با روش الکتروریسی تولید شدند. برای بررسی نقش عصاره هر گیاه، سامانه های تک جزیی دارای کورکومین یا پیپرین، سامانه های دوجزیی دارای کورکومین-پیپرین و سامانه سه جزیی دارای کورکومین-پیپرین-الاجیک اسید، با الکتروریسی تولید شدند و آزمون های مختلف برای تعیین اثربخشی آن ها بر بهبود خواص الیاف تهیه شده برای کاربردهای پزشکی انجام شد. یافته ها: با مطالعه ریزساختار نمدهای الکتروریسی شده، مشاهده شد، توزیع قطر نانوالیاف در بازه 50-100 نانومتر دارای بیشترین فراوانی است و میانگین قطر الیاف در نمونه های تک جزیی، دوجزیی و سه جزیی در محدوده 87-173 نانومتر تغییر کرده است. آزمون ضدباکتریایی نشان داد، افزون بر کورکومین، پیپرین نیز از فعالیت ضدباکتریایی مناسبی برخوردار است و نیز نمد الکتروریسی شده شامل سه ترکیب کورکومین-پیپرین-الاجیک اسید دارای فعالیت ضدباکتریایی مناسبی بود (79%). افزون بر این، مقدار جذب آب و تراوایی بخار آب نمونه های سه جزیی به ترتیب 337% و 11. 56mg. cm2. hبود. نمدهای تهیه شده دارای استحکام کششی، کشسانی و انعطاف پذیری مطلوبی بودند. با انجام آزمون سمیت یاخته ای مشخص شد، نمدهای الکتروریسی شده برای یاخته های فیبروبلاست انسانی (HDF) سمی نبودند. بنابراین، با درنظرگرفتن تمام نتایج، می توان نتیجه گرفت، استفاده از دو ترکیب الاجیک اسید و پیپرین در افزایش زیست دسترس پذیری کورکومین موثر است و نمدهای حاصل در کاربردهای پزشکی می توانند به عنوان زخم پوش استفاده شوند.

فرضیه: تولید فزاینده زباله های پلیمری تخریب ناپذیر مانند پلی استیرن (PS) و پلی استیرن انبساط یافته (EPS) به عنوان یکی از مهم ترین مشکلات زیست محیطی شناخته می شود. فناوری تخریب گرمایی یکی از روش های مناسب و راهبردی برای تبدیل زباله های پلیمری تخریب ناپذیر به مواد شیمیایی یا سوخت است. بنابراین، بررسی سینتیک تخریب ضایعات پلی استیرن به ویژه نمونه های موجود در ایران برای کاربرد در صنایع داخل کشور موضوعی ضروری است. به دست آوردن سینتیک تخریب گرمایی پلی استیرن می تواند در طراحی واکنشگاه های صنعتی به کار گرفته شود و در صورت وجود توجیه اقتصادی وارد فاز سرمایه گذاری صنعتی و تولید مونومرهای استیرن از ضایعات پلی استیرن شود. روش ها: آزمون گرما وزن سنجی تخریب گرمایی دو نمونه پلی استیرن (PS) و پلی استیرن انبساط یافته (EPS) از ظروف یک بار مصرف موجود در بازار ایران، در جو نیتروژن در محدوده دمایی 25 تا 600 درجه سلسیوس با سرعت های گرمادهی 5، 10، 15و 20C/min بررسی و مقدار کاهش جرم آن ها اندازه گیری شد. انرژی فعال سازی داده های تجربی با استفاده از مدل های مختلف سینتیکی Redfern، Ozawa-Flynn-Wal، Kissinger-Akahira-Sunose، Augis-Bennetis و Vyazovkin تخمین زده شد. یافته ها: مدل Vyazovkin بهتر از سایر مدل ها داده های تجربی را پیش بینی کرد و این مدل به منظور تعیین انرژی فعال سازی انتخاب شد. انرژی فعال سازی برای نمونه های PS و EPS با استفاده از مدل Vyazovkin، به ترتیب در محدوده 158kJ/mol تا 201kJ/mol و 182kJ/mol تا 195kJ/molبه دست آمد. همچنین، ضریب پیش نمایی برای نمونه PS و EPS با استفاده از مدل Vyazovkin به ترتیب 1012×3. 08 و 1015×1. 05 محاسبه شد. نتایج بررسی سینتیک تخریب گرمایی نمونه های PS و EPS داخل کشور می تواند با کمک به مدل سازی فرایند بازیافت این ضایعات در ایران، به رفع مشکلات زیست محیطی مرتبط با آن کمک کند.

فرضیه دست یابی به گران روی و چسبناکی مطلوب در پیش آغشته های بر پایه رزین های اپوکسی به طور عمده با روش پیش پخت انجام می شود. اما، مشکل اصلی این روش، کاهش زمان انبارداری پیش آغشته به دلیل پیشرفت واکنش است. یکی از راهکارهای مناسب برای غلبه بر این مشکل، حذف مرحله پیش پخت در فرایند پیش آغشته سازی و دست یابی به گران روی مناسب به کمک فرمول بندی رزین های اپوکسی با وزن های مولکولی مختلف است. با این روش، امکان رسیدن به پیش آغشته ای با قابلیت پخت تک مرحله ای و زمان انبارداری طولانی تر مهیا می شود. روش ها با استفاده از رزین اپوکسی مایع با وزن مولکولی کم (Epon828) و رزین اپوکسی جامد با وزن مولکولی زیاد (Ker3003) در مجاورت حلال متیل اتیل کتون (MEK)، عامل پخت دی سیان دی آمید (DICY) و عامل شتاب دهنده دیوران (Diuron)، دو نوع فرمول بندی 3S7L (دارای wt% 30 رزین Ker3003 و wt% 70 رزین Epon828) و 4S6L (دارای wt% 40 رزین Ker3003 و wt% 60 رزین Epon828) طراحی شدند. بر اساس فرمول بندی های به دست آمده، پیش آغشته ها تهیه و سپس به کامپوزیت نهایی پخت شدند. آزمون های مختلفی همچون طیف نمایی زیر قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC)، آزمون دینامیکی-مکانیکی گرمایی (DMTA)، استحکام برشی بین لایه ای (ILSS)، استحکام کششی، چسبناکی و قابلیت شکل پذیری برای تعیین خواص رزین های فرمول بندی شده، پیش آغشته ها و کامپوزیت ها به کار گرفته شدند. یافته ها بر پایه فرمو بندی های طراحی شده، پیش آغشته های با خواص مطلوب بدون نیاز به مرحله پیش پخت به دست آمدند. نتایج نشان داد، دمای شروع پخت رزین های فرمول بندی شده نسبت به رزین اپوکسی Epon828، حدود °, 15 بیشتر است. فرمول بندی 4S6L چسبناکی و گرانروی مطلوب برای پیش آغشته را تا دمای °, 45 حفظ می کند. فرمول بندی 3S7L به ترتیب حدود 14 و %11 از نظر خواص استحکام برشی بین لایه ای نسبت به فرمول بندی 4S6L و Epon828 بیشتر است. سفتی خمشی برای پیش آغشته های ساخته شده بر اساس فرمول بندی های 3S7L و 4S6L به ترتیب برابر 3230 و 3460µ, J/m به دست آمد که حاکی از قابلیت زیاد شکل پذیری هر دو فرمول بندی است.

فرضیه سلولوز نانوبلوری به دلیل زیست تخریب پذیری، تجدیدپذیری و خواص مکانیکی عالی به عنوان پرکننده در زیست پلاسیتک ها بسیار مورد توجه است. پراکنش خوب سلولوز نانوبلوری عامل اساسی در تعیین خواص افزایش یافته نانوکامپوزیت های زیست پلاستیک سلولوز نانوبلوری است. از طرفی، اصلاح سطح سلولوز نانوبلوری با استفاده از آمینوسیلان ها می تواند پراکنش آن را در ماتریس پلیمری بهبود بخشد. روش ها سطح سلولوز نانوبلوری با ترکیب سیلانی N-(2-آمینواتیل)-3-آمینوپروپیل تری متوکسی سیلان، به منظور بهبود میل ترکیبی آن به پلی بوتیلن سوکسینات آدیپات اصلاح شد. نمونه های نانوکامپوزیتی پلی بوتیلن سوکسینات آدیپات (PBSA) دارای مقادیر مختلف 0، 0. 1 0. 3، 0. 5، 1 و 2phr سلولوز نانوبلوری اصلاح شده با روش اختلاط محلولی تهیه شدند. خواص ساختاری، گرمایی و فیزیکی نمونه های تهیه شده با آزمون های طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM)، گرماوزن سنجی (TGA)، گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC) و جذب آب شناسایی شد. یافته ها اصلاح شیمایی سطح سلولوز نانوبلوری با آزمون های FTIR، TGA و EDX، تایید شد. اندازه گیری های گران روکشسانی خطی نشان داد، واردکردن سلولوز نانوبلوری در PBSA به رفتار غیرپایانی و افزایش گران روی در محدوده بسامدهای کم منجر شد که در بارگذاری های زیاد سلولوز نانوبلوری مشخص می شود. افزایش تمایل نانوذره اصلاح شده به PBSA به ایجاد برهم کنش های هیدرودینامیکی بین پرکننده-ماتریس و تشکیل ساختار سه بعدی در ماتریس پلیمر منجر شد. عکس های SEM، پراکنش خوب نانوذره اصلاح شده را در ماتریس پلیمر نشان داد. نتایج TGA نشان داد، پایداری گرمایی PBSA با سلولوز نانوبلوری اصلاح شده با سیلان افزایش یافت. این را می توان به برهم کنش ایجا دشده بین اجزای نانوکامپوزیت نسبت داد که به انرژی بیشتر برای تخریب گرمایی نیاز دارند. نتایج DSC نیز نشان داد، وجود نانوبلورهای سلولوزی به افزایش دمای بلورش در پلی بوتیلن سوکسینات دارای نانوذرات اصلاح شده منجر می شود. جذب آب در نمونه ها با زمان، تا رسیدن به حد تعادلی، افزایش یافت. افزایش مقدار نانوذره در ماتریس پلیمر باعث افزایش جذب آب شد.