علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1392 | دوره:26 | شماره:2 (پیاپی 124) |تعداد مقالات:10

امروزه استفاده از مخلوط پلیمرهای طبیعی و سنتزی در تولید داربست های زیستی به دلیل قابلیت دستیابی به ویژگی های مطلوب، بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار گفته است. در این پژوهش، داربست های نانولیفی مخلوط پلی کاپرولاکتون- کیتوسان- پلی وینیل الکل از محلول مخلوط پلیمرها با نسبت 2: 1: 1.5 به روش الکتروریسی تهیه شد. بررسی های میکروسکوپ الکترونی نشان دهنده دستیابی به نانوالیافی با قطر متوسط 136±21 nm و شکل شناسی بسیار یکنواخت بدون دانه تسبیحی است. آزمون های استحکام کششی و اندازه گیری زاویه تماس روی شبکه نانولیفی نشان می دهد، اضافه شدن پلی کاپرولاکتون سبب بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی شبکه حاصل می شود. به عنوان یک نتیجه، افزودن پلی کاپرولاکتون به مخلوط سبب حفظ تمامیت فیزیکی شبکه حاصل در محیط آبی بدن شده است. برای بررسی مقدار زیست سازگاری و بررسی خواص زیستی داربست تولید شده، سلول های فیبروبلاست روی نمونه های مدنظر کشت داده شدند. نتایج آزمون های زیستی نشان دهنده سلول سازگاری بسیار عالی داربست های نانولیفی حاصل بوده است. در بحث مهندسی بافت، روی نیمی از داربست ها سلول های بنیادی مزانشیمی بند ناف انسانی کاشته شده است. برای بررسی چگونگی اثربخشی داربست های حاصل در ترمیم زخم، مطالعات بالینی بر پوست پشت موش های صحرایی با بررسی ترمیم زخم های برشی تمام عمق انجام شده است. نتایج پاتولوژی نشان دهنده اثر بخشی بسیار مناسب داربست های نانولیفی در مقایسه با نمونه های کنترل (بدون داربست) است. زخم های ترمیم شده با داربست در روز دهم پس از جراحی به حد نهایی ترمیم رسیدند، در حالی که زخم های گروه کنترل پس از 15 روز به این حد ترمیم دست یافتند. همچنین، اثر بهبود داربست های با سلول بنیادی در مقایسه با داربست های بدون سلول به دلیل قابلیت کلاژن سازی سلول های بنیادی بهتر بوده است.

در پژوهش حاضر، بهینه سازی خواص مکانیکی، دینامیکی و گرمایی آمیزه رویه تایر رادیال سواری با تاکید بر نقش و اثر سه جزء شتاب دهنده، دوده و روغن آروماتیک انجام شد. بدین منظور، ابتدا فرمول بندی مبنا بر پایه دو کائوچوی SBR/BR و گوگرد و سایر اجزای آمیزه کاری و بدون سه بخش یاد شده در نظر گرفته شد. اثر دو سامانه شتاب دهنده CBS/TMTD و TBBS/TMTD در مقادیر و نسبت های مختلف و به شکل نیمه کارا روی خواص آمیزه مبنا بررسی شده و بر این اساس سامانه شتاب دهنده مناسب انتخاب شد. سپس، آمیخته دوده های N330 و N550 در مقادیر و نسبت های مختلف به آمیزه اضافه شد و خواص آن بررسی و مقایسه شد تا مقدار بهینه آمیخته دوده ای N330/N550 مشخص شود. سرانجام، با مطالعه اثر مقادیر مختلف روغن آروماتیک روی خواص آمیزه رویه تایر، مقدار آن و نیز خواص بهینه آمیزه نهایی مشخص شد. برای تعیین خواص بهینه آمیزه نهایی آزمون های مکانیکی (استحکام کششی، درصد ازدیاد طول تا پارگی، خستگی، سایش، سختی و جهندگی)، آزمون های دینامیکی شامل DMTA در حالت کششی و همچنین آزمون گرمااندوزی انجام شد. نتایج نشان داد، خواص بهینه آمیزه در سامانه شتاب دهنده CBS به مقدار 0.8 قسمت وزنی و TMTD به مقدار 0.7 قسمت وزنی، آمیخته دوده های N330/N550 به نسبت 20/40 و روغن آروماتیک به مقدار 15 قسمت وزنی حاصل می شود.

یکی از مهم ترین عوامل موثر بر اصطکاک لاستیک، زبری سطح ساینده است که معین کننده اندازه سطح تماس واقعی، توزیع فشار در ناحیه تماس بین لاستیک و سطح زبر و مقیاس های درگیری مکانیکی بین سطح زبر و لاستیک با خواص گرانروکشسانی است. لزوم پیش بینی ضریب اصطکاک لاستیک روی سطوح زبر برای کاربردهایی مانند کشانش تایر روی سطح جاده، منجر به ایجاد مدل های فیزیکی مانند مدل Heinrich-Kluppel شده است. در این پژوهش، با شبیه سازی اصطکاک لاستیک مقدار انطباق مدل Heinrich-Kluppel با نتایج تجربی بررسی شد و اثر تغییر معادلات گرانروکشسان در کارایی آن ارزیابی شد. بدین منظور از یک سو مشخصه های ناهمواری سطوح زبر از طریق تحلیل فراکتال و رفتار گرانروکشسانی لاستیک پخت شده با آزمون تحلیل دینامیکی- مکانیکی- گرمایی اندازه گیری شده و با استفاده از آنها ضریب اصطکاک از راه شبیه سازی به کمک کدهای عددی محاسبه شد. همچنین، شبیه سازی با جایگزینی معادلات گرانروکشسان ماکسول تعمیم یافته به جای معادله Zener در مدل اولیه اصلاح شد. از سوی دیگر، ضریب اصطکاک لاستیک روی همان سطوح زبر (چند نوع کاغذ سمباده) به کمک دستگاه اندازه گیری ضریب اصطکاک در دانشگاه تربیت مدرس اندازه گیری و با نتایج به دست آمده از تحلیل عددی مقایسه شد. نتایج نشان داد، شبیه سازی رایانه ای ماهیت وابسته به بار عمودی و سرعت لغزش ضریب اصطکاک را به خوبی پیش بینی می کند. به کارگیری معادلات گرانروکشسانی ماکسول تعمیم یافته توافق بین داده های عددی و تجربی را در محدوده سرعت های زیاد بهبود داد، جایی که مدل گرانروکشسان Zener قابلیت پیش بینی روند ضریب اصطکاک را با سرعت از دست می دهد. این محدوده از سرعت با سرعت لغزشی در ردپای تایر در حالت غلتش آن در شرایط کارکرد منطبق تر است.

هدف از این پژوهش، مطالعه اثر افزودن درصدهای مختلف مونت موریلونیت (3، 5، 7 و %9 وزن نشاسته)، بر خواص فیزیکی نانوکامپوزیت های نشاسته سیب زمینیMMT- است. مقاومت گرمایی و خواص مکانیکی فیلم های نانوکامپوزیت به ترتیب به وسیله آزمون گرماسنجی پویشی تفاضلی و آزمون کشش و نحوه پراکنش نانوذرات در ماتریس پلیمر با استفاده از آزمون پراش پرتو X بررسی شد. برای مطالعه اثر افزودن نانوذرات بر مقدار بازدارندگی فیلم های حاصل در برابر رطوبت، مقدار جذب رطوبت و تراوایی نسبت به بخار آب (WVP) اندازه گیری شد. نتایج نشان داد، نحوه پراکنش نانوذرات در ماتریس پلیمر به شکل ورقه ای است. مقدار WVP برای نمونه شاهد، 2.6×10-7g/m h Pa است که با افزایش غلظت نانوخاک رس تا %9، به طور معنی داری کاهش می یابد و به 1.43×0-7 g/m h Pa می رسد. همچنین، با افزودن نانوخاک رس از صفر تا %9، استحکام کششی نهایی نمونه های فیلم از 5.9 MPa تا 6.63 MPa افزایش و کرنش تا پارگی از %34.82 به %26.83 کاهش یافت. اما، روند افزایشی استحکام کششی در فیلم های حاوی غظت های کم نانوخاک رس (%7-0)، معنی دار نبود. مهم ترین دلیل برای تقویت مقاومت مکانیکی در اثر افزودن نانوخاک رس، برقراری پیوندهای بین سطحی قوی تر و بیشتر بین زنجیرهای نشاسته و لایه های نانوخاک رس، پرکردن فضاهای خالی و افزایش نواحی بلوری است. بررسی مقاومت گرمایی نمونه های نانوکامپوزیت نشان داد، فیلم های نانوکامپوزیت نسبت به فیلم نشاسته خالص مقاومت گرمایی و دمای ذوب بیشتری دارند. با افزایش محتوای نانوخاک رس از صفر تا %9، دمای ذوب نمونه های نانوکامپوزیت از 218 oC درجه تا oC 232.1 افزایش می یابد. همچنین با افزایش محتوای نانوخاک رس، دمای انتقال شیشه ای افزایش می یابد. این افزایش مربوط به کاهش حجم آزاد، کاهش تحرک قطعه ای و در نتیجه تشکیل ساختار منسجم تر به وسیله نانوخاک رس در نواحی بی شکل است.

آمیخته پلی کربنات- پلی (بوتیلن ترفتالات) PC/PBT از جمله آمیخته های امتزاج ناپذیر است که واکنش تبادل استری رخ داده در سطح مشترک دو فاز آن می تواند به عنوان سازگارکننده واکنشی عمل کند و موجب ریزترشدن شکل شناسی شود. هدف پژوهش حاضر، بررسی واکنش تبادل استری آمیخته PC/PBT در مجاورت نانوذرات خاک رس و بررسی اثر آن بر شکل شناسی نانوکامپوزیت است. بدین منظور، از سه نوع نانوذرات خاک رس به نام های تجاری کلویزیت 20A، 30B و  15Aاستفاده شد. نتایج آزمون طیف سنجی زیر قرمز تبدیل فوریه در نانوکامپوزیت های حاوی کلویزیت 20A و 15A نشان دهنده افزایش شدت واکنش تبادل استری در مجاورت نانوذرات خاک رس است. همچنین، نتایج آزمون پراش پرتو X با زاویه کوچک (SAXS) از نمونه های حاوی این نانوذرات خاک رس، نشان دهنده افزایش فاصله صفحات نانوخاک رس در آنها و دست یابی به شکل شناسی یکپارچه در آمیخته است. این رفتار نشان دهنده وابستگی بین واکنش های بین فازی، شکل شناسی نانوذرات خاک رس و شکل شناسی آمیخته به یکدیگر است، نتایج حاصل از آزمون SAXS نشان دهنده تخریب گرمایی در نمونه های حاوی کلویزیت 30B و کاهش فاصله بین صفحات نانوخاک رس در این آمیخته ها به دلیل تخریب گرمایی است. ریزنگار میکروسکوپ الکترونی پویشی این آمیخته ها، شکل شناسی قطره - ماتریس در ترکیب درصد 70.30 از PC/PBT و شکل شناسی به هم پیوسته را در ترکیب درصد 50.50 از PC/PBT نشان داد، با افزایش درصد نانوخاک رس شکل شناسی ریزتر شد. اگرچه کلویزیت 30B در شرایط فرایند تخریب شده و فاصله بین صفحات آن کاهش یافته بود، اما افزایش نانوخاک رس به دلیل افزایش واکنش تبادل استری موجب ریزترشدن شکل شناسی در ترکیب درصد 30/70 از PC/PBT و تبدیل شکل شناسی به هم پیوسته به شکل شناسی میکرو- به هم پیوسته در ترکیب درصد 50/50 از PC/PBT شد. نتایج آزمون دینامیکی- مکانیکی- گرمایی که موید نزدیک شدن دو دمای انتقال شیشه ای پلیمرها بود نشان داد، واکنش تبادل استری از وجود نانوذرات اثر پذیرفته و روند بهبود آن در سازگاری بیشتر دو پلیمر مشخص است. بنابراین، رفتار نمونه های حاوی این نانوخاک رس نیز نشان دهنده ارتباط بین واکنش های بین فازی و شکل شناسی نانوذرات خاک رس بر شکل شناسی آمیخته است.

نانوکامپوزیت سه تایی بر پایه آمیخته اتیلن- پروپیلن دی ان مونومر (EPDM) و اتیلن- پروپیلن دی ان مونومر پیوند شده با مالئیک انیدرید (EPDM-g-MAH) با غلظت های متفاوت (7-0 قسمت وزنی) نانولوله کربنی چنددیواره (MWCNT) روی غلتک آزمایشگاهی تهیه شد. بررسی نقش EPDM-g-MAH به عنوان سازگارکننده و اثر غلظت های مختلف نانولوله کربنی روی خواص مکانیکی، رئولوژیکی و مشخصات پخت نانوکامپوزیت بررسی شد. رفتار پخت نانو کامپوزیت های تهیه شده با استفاده از رئومتر پخت لاستیک مطالعه شد. همچنین، ریزساختار نانوکامپوزیت ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی پویشی مشاهده شد. آزمون های رئولوژیکی نانوکامپوزیت ها نیز به وسیله تحلیل گر فرایند لاستیک انجام شد. مشاهده شد، با افزایش غلظت MWCNT در کامپوزیت سازگار شده، زمان پخت و زمان برشتگی آمیزه کاهش می یابد، در حالی که بیشینه و کمینه گشتاور افزایش نشان می دهد. این نتایج در توافق با اطلاعات حاصل از آزمون تورم نمونه هاست. با افزایش غلظت نانو لوله ها، کاهش تورم در حلال مشاهده شده که می توان به بهبود برهم کنش در فصل مشترک میان نانو لوله ها و ماتریس به سبب وجود سازگارکننده MAH-g-EPDM نسبت داد. مطالعات شکل شناسی سطح شکست حاکی از این مطلب بود که وجود سازگارکننده EPDM-g-MAH موحب بهبود پراکنش نانو لوله ها در ماتریس شده و پراکنش یکنواخت همراه با مقدار اندکی کلوخگی مشاهده شده است. از طرفی، وجود نانولوله ها در ماتریس سبب زبرترشدن سطح شکست شد. همچنین، خواص مکانیکی شامل استحکام کششی و ازدیاد طول تا پارگی نانوکامپوزیت EPDM/MWCNT سازگار شده نتایج بهتری را در مقایسه با کامپوزیت سازگار نشده نشان داد. خواص رئولوژیکی شامل مدول ذخیره (G¢) و گرانروی مختلط (h*) با افزایش غلظتMWCNT ، به ترتیب افزایش و کاهش یافت.

نانوکامپوزیت های پلی پروپیلن- نشاسته سازگارشده با PP-g-MA یا EVA، با مقادیر 0، 3 و 5 درصد وزنی از خاک رس اصلاح شده کلویزیتB 30 به روش اختلاط مذاب تهیه شد و خواص مکانیکی، شکل شناسی و تخریب پذیری نمونه ها بررسی شد. نتایج آزمون کشش نشان داد، با دارا بودن 5 درصد وزنی از نانوخاک رس مقادیر استحکام کششی، مدول کشسانی و ازدیاد طول تا پارگی به ترتیب MPa 15.5، MPa 10.2 و %4.2 برای آمیزه های سازگارشده با PP-g-MA و به ترتیب MPa 10.0، MPa 7.0 و %19.4 برای آمیزه های سازگارشده با EVA است. همچنین، وجود 5 درصد وزنی نانوخاک رس باعث افزایش %9.1 استحکام کششی، افزایش %70 مدول کشسانی و کاهش %49 ازدیاد طول تا پارگی آمیزه های سازگار شده با PP-g-MA و افزایش %40.8 استحکام کششی، افزایش %27.3 مدول کشسانی و افزایش %8 ازدیاد طول تا پارگی آمیزه های سازگار شده با EVA شد. دلیل این بهبود خواص، می تواند پراکنش مناسب و تشکیل شبکه فیزیکی از لایه های سیلیکاتی در زمینه پلیمر باشد. الگوهای پراش SAXS و تصاویر TEM تشکیل ساختار ورقه ای را تایید کرد. تصاویر میکروسکوپی SEM شکل شناسی قطره ای را نشان داد که دال بر ناسازگاری این دو پلیمر است. تخریب اکسایشی نمونه ها در معرض پرتو فرابنفش با طیف سنجی FTIR بررسی شد. درصد افت وزن نمونه هایEVA-3 ،MA-5 ، و EVA-5 پس از 120 روز قرار گرفتن در محیط لجن فعال به ترتیب 20.7، 28.4 و %37.9 به دست آمد. این نتایج نشان می دهد، زیست تخریب پذیری آمیزه های سازگار شده با EVA به مراتب بیشتر است و افزایش خاک رس باعث بهبود زیست تخریب پذیری آمیزه ها می شود.