پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
سال:1398 | دوره:3 | شماره:3 |تعداد مقالات:6

موضوع تحقیق: وجود ضعف در استحکام مکانیکی و عدم پایداری حرارتی هیدروژل ها، سبب ایجاد محدودیت در کاربرد گسترده ی آن ها در صنایع مختلف شده است. نیاز روز افزون صنعت برای رفع این مسئله و دستیابی به هیدروژل هایی با خواص بهبود یافته، منجر به طراحی و تولید هیدروژل های نانوکامپوزیتی شده است. روش تحقیق: شبکه ی پلیمری هیدروژل های نانوکامپوزیتی در مقایسه با هیدروژل های مرسوم، دارای خواص ارتجاعی و رئولوژیکی بهبود یافته است. از دیگر نکاتی که بر اهمیت مطالعات ساختاری هیدروژل های نانوکامپوزیتی می افزاید، استحکام بالای این مواد در مقابل اعمال نیروی خارجی و همچنین حفظ ساختار آن در برابر افزایش دما است. در این راستا نوع و مقادیر نانوماده، روش ساخت و شکل گیری شبکه ی هیدروژل، نقش قابل توجهی در بهبود خواص فیزیکی، شیمیایی و زیستی هیدروژل ها دارد و البته پارامترهای ذکر شده وابسته به کاربرد هیدروژل های نانوکامپوزیت، متفاوت خواهد بود. که همین امر لزوم تولید هیدروژل های نانوکامپوزیت خیاط دوز(tailor-made) را نشان می دهد. بنابراین آشنایی با گستره ی نانومواد، روش ساخت و شناسایی محصول در کنار اطلاعات کافی در مورد کاربرد این مواد نقش مهمی در تضمین موفقیت این مواد خواهد داشت که این امر مستلزم پژوهش و مطالعات کتابخانه ای جامع و اشراف به فرایندهای پلیمریزاسیون، علوم ریخت شناسی و رئولوژی خواهد بود. نتایج اصلی: در این مقاله مروری، به پیشرفت های علمی در زمینه ی هیدروژل های نانوکامپوزیتی با تمرکز بر انواع آن مبنی بر نوع نانوذرات، ویژگی های آن، روش های ساخت، روش های شناسایی با دیدگاهی نوین در زمینه های رئولوژی، آنالیز حرارتی و ریخت-شناسی پرداخته شده است و در نهایت قابلیت کاربرد این مواد در قالب یک جدول جامع در زمینه های متفاوتی چون مهندسی بافت، ازدیاد برداشت نفت، کشاورزی و. . . گردآوری شده است.

روند رو به رشد مصرف انرژی و افزایش تقاضا برای نفت منجر به اعمال روش هایی برای افزایش بازیافت نفت شده است. از جمله این روش ها می توان به روش های شیمیایی ازدیاد برداشت اشاره کرد. اما عموماً تأثیر این روش ها از مقادیر پیش بینی شده توسط مطالعات، نامطلوب تر بوده است. یکی از علل عمده این امر، از دست رفتن ماده فعال سطحی از طریق جذب یا ایجاد رسوب بر روی سطح سنگ است. ترکیب کانی شناسی سنگ مخزن، در تعیین برهم کنش های بین سطح تماس مایع و جامد اثرگذار خواهد بود. این اثر به صورت تغییر در بار سطحی جاذب و تغییر ترشوندگی خواهد بود. در این پژوهش به بررسی اثر جذب ماده فعال سطحی Dioctyl sulfosuccinate sodium salt (AOT) بر روی جاذب سنگ مخزن کربناته آب دوست پرداخته شد. بدین منظور، پس از آماده سازی نمونه های سیال و سنگ، به بررسی جذب ماده فعال سطحی در غلظت های زیر CMC و بیش تر از آن پرداخته شد. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت ماده فعال سطحی در توده فاز مایع، جذب افزایش می یابد، تا در غلظت ppm1200به نقطه اشباع برسد. نتایج مدل سازی نشان داد که ایزوترم تعادلی فروندلیش با میزان مساوی با 8971/0 به بهترین نحو، رفتار جذب ماده فعال سطحی AOT را پیش-بینی و توصیف می کند.

هیدروژل ابر جاذب، پلیمری آبدوست با شبکه سه بعدی است که قابلیت جذب و نگهداری مقادیر زیادی آب و محلول های آبی را دارد. از طرفی کیتوسان به عنوان پلیمری زیست تخریب پذیر و غیرسمی با وزن مولکولی بالا بطور گسترده ای در ساخت هیدروژل-های ابرجاذب استفاده شده است. در طی این پژوهش، از طریق سنتز نانوهیدروژلی از کیتوسان به همراه آکریلیک اسید، به-عنوان مونومر جاذب آب، و نانوذرات نقره، چگونگی و تاثیر افزودن نانوذرات نقره بر ویژگی جذب آب نانوهیدروژل بررسی شد. هیدروژل کیتوسان– آکریلیک اسید با استفاده از روش پلیمریزاسیون رادیکالی ساخته شد و پس از آن نانوهیدروژل کیتوسان– آکریلیک اسید با استفاده از روش فراصوت تهیه شد. نانوهیدروژل ساخته شده با درصدهای 0، 1، 5/1 و 2 درصد بر سطح نمونه-های کاغذ تیمار شد. جهت تعیین گروه های عاملی از آنالیز طیف سنجی مادون قرمز FTIR و همچنین برای تعیین اندازه ذرات از روش پراکندگی نور دینامیکی (DLS) استفاده شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) پوشش هیدروژل بر سطح کاغذ را نشان داده و آزمون های جذب آب اثبات کرد که، با افزودن نانوهیدروژل بر سطح کاغذ میزان جذب آب از 3/64% در نمونه شاهد به 5/95% در نمونه کاغذی اندودشده با 5/1 درصد هیدروژل، افزایش یافت. در آنالیز DLS اندازه ذرات بین 50 تا 100 نانومتر نیز مشاهده گردید و آنالیز FTIR گروه های عاملی موجود در نانوهیدروژل را تاییدکرد. در نهایت نشان داده شد که افزودن نانوذرات نقره، کمک موثری به تشکیل ساختار سه بعدی هیدروژل کرده و خاصیت جذب آب را در نانوهیدروژل از g/g ± 10 130 به g/g ± 7 232 افزایش داد.

در این مطالعه به بررسی غشاهای شبکه ترکیبی سه جزئی متشکل از Pebax® 1657، PEG200 و چارچوب های MIL-53(Al) در جداسازی گاز CO2 پرداخته شد و اثرات ناشی از درصدهای وزنی متفاوت PEG-200 و MIL-53(Al) در شبکه پلیمر Pebax بر ساختار، تراوایی گاز و انتخاب پذیری غشاها مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی ساختاری، میزان بلورینگی و خواص حرارتی غشاهای ساخته شده، به ترتیب از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) و آزمون گرماوزن سنجی (TGA) استفاده شد. همچنین آزمون طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) جهت بررسی پیوندهای ایجاد شده در ساختار غشاها مورد استفاده قرار گرفت. در تصاویر میکروسکوپی، پخش مناسب ذرات در شبکه پلیمر و سطح یکپارچه غشاها قابل رویت بوده که نشان از ساختاری مناسب و تا حد امکان عاری از عیوب می باشد. نتایج آزمون های حرارتی حاکی از افزایش بلورینگی و دمای گذر شیشه ای در ازای افزودن ذرات MIL-53 بوده است. تراوایی گازهای خالص دی اکسید کربن و متان در دمای ° C30 و در محدوده فشاری 2 تا bar 10در غشاهای Pebax خالص، Pebax/PEG و Pebax/PEG/MOF مورد اندازه گیری قرار گرفت. نتایج گازتراوایی نشان داد، در فشار bar 10، تراوایی گاز دی اکسید کربن از barrer 6/133 در غشای خالص به barrer 7/311 (به میزان 134%) در غشای حاوی 10 درصد وزنی MIL-53 افزایش یافت.

در این پژوهش، هدف طراحی و بهینه سازی فرمولاسیون چسب های پایه اپوکسی جهت اتصال قطعات کامپوزیتی به فلز است. بیشترین کاربرد این اتصالات در صنایع هوافضا با هدف کاهش تمرکز تنش در یک نقطه می باشد. مفاصل، جهت اتصال تک لبه شامل فلز از جنس فولاد ضد زنگ با کد تجاری 316L و کامپوزیت از جنس رزین اپوکسی/ الیاف کربن می باشند. در این پژوهش اثر سه نوع افزودنی: شامل پرکننده (میکروذرات آلومینا)، نایلون6، 6 و رزین فنولیک (نوع رزول)، بر خواص مکانیکی و حرارتی چسب اپوکسی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمون کشش نشان داد که افزایش پرکننده آلومینا سبب افزایش میزان استحکام کششی و برشی همپوشان چسب به ترتیب در نمونه های دمبلی و اتصال تک لبه می گردد. همچنین این آزمون نشان داد که افزایش میزان نایلون6. 6 هنگامی که از حدی بالاتر رود سبب افت شدید استحکام کششی و برشی همپوشان به ترتیب در هر دو نمونه دمبلی و اتصال تک لبه چسب ها می گردد. این حد وابسته به ظرفیت حلقه های اپوکسی برای جذب هیدروژن-های آمیدی است. در بخش نتایج آزمون بررسی خواص حرارتی (TGA) مشخص گردید که افزایش میزان فنولیک سبب بهبود پایداری حرارتی می گردد. مناسب بودن نتایج آزمون کشش در دمای بالا نیز تاثیر افزایش رزین فنولیک است. در انتها خواص چسب ساخته شده با چسب مشابه (UHU) مقایسه گردید. نتایج در حالت اتصال تک لبه فلز به کامپوزیت نشان از برتری چسب ساخته شده در این پژوهش را دارد.

در این پژوهش استفاده از پودر حاوی آلومینا و سولفات آلومنیوم تولید شده بر هدایت گرمایی فرمول لاستیک بیوتیل پرشده با دوده مورد استفاده در آمیزه بلادر پخت تایر مورد مطالعه قرار گرفته است. پرکننده فوق به مقدار 1. 5 قسمت وزنی به آمیزه بلادر افزوده شد. آمیزه ها در مخلوط کن داخلی تهیه و رفتار پخت، خواص مکانیکی، زمانمندی و خواص هدایت حرارتی آنها اندازه گیری گردید. برای تعیین ضریب نفوذ حرارتی لاستیک از روش غوطه ور سازی نمونه با ابعاد مشخص در حمام روغن و شبیه سازی کامپیوتری انتقال حرارت با استفاده از یک رویکرد حدس و خطا استفاده شد. مشاهده شد ضریب نفوذ حرارتی آمیزه فوق از متوسط 10-7 m2/s 1× به متوسط 10-7 m2/s 1. 3× افزایش می یابد، بدون آنکه خواص مکانیکی و زمانمندی این آمیزه تغییر چندانی کند. در ادامه با انتخاب یک هندسه ساده شده از نیمرخ تایر در شرایط نزدیک به شرایط پخت تایر و با شبیه-سازی رفتار انتقال حرارت دو بعدی در نرم افزار ABAQUS تاثیر این افزایش در ضریب نفوذ حرارتی بلادر بر تغییرات دمایی قسمتهای داخلی تایر مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهده شد دمای نقاط مختلف تایر با افزایش در هدایت گرمایی لاستیک بلادر تحت تاثیر قرار گرفته و افزایش می یابد، لذا پتانسیل مناسبی برای کاهش زمان پخت تایر فراهم آورده می شود.