علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1399 | دوره:33 | شماره:5 |تعداد مقالات:6

امروزه توسعه نانوکامپوزیت های پلیمری به منظور بهبود استحکام مکانیکی، پایداری گرمایی، کاهش هزینه ساخت و فراهم سازی امکان استفاده برای کاربردهای ویژه مورد توجه زیادی قرار گرفته است. پلی یورتان ها به عنوان گروه مهمی از پلیمرها، دامنه گسترده و کنترل پذیری از خواص فیزیکی و مکانیکی را به دلیل امکان استفاده از مواد اولیه گوناگون مانند پلی ال ها و ایزوسیانات ها نشان می دهند. تنوع و کنترل پذیری خواص انواع مختلف پلی یورتان ها مانند الاستومرها، الیاف، اسنفج ها، هیدروژل ها و پوشش ها، این دسته از پلیمرها را به گزینه مناسبی برای کاربرد در زمینه های گوناگون نظیر حمل و نقل، پوشاک، مبلمان و زیست پزشکی تبدیل کرده است. مطالعات فراوانی در راستای تهیه نانوکامپوزیت های پلی یورتانی با استفاده از نانوساختارهای متنوعی مانند نانوذرات گرافن، نانولوله های کربن، اکسیدهای فلزی و سایر مواد انجام شده است. نانوساختارهای هیدروکسیدهای دوگانه لایه ای (LDH)، دسته ای از ترکیبات لایه ای معدنی و دوست دار محیط زیست با قابلیت تبادل آنیون هستند. لایه های این نانوساختارها بار مثبت دارند و فضای میان لایه ها نیز آنیون ها و آب وجود دارد. به دلیل ساختار لایه ای و ظرفیت تبادل آنیون زیاد، LDHها در زمینه های بی شماری از قبیل کاتالیزگرها، رهایش دارو، جذب و جداسازی گازها و آلاینده های زیست محیطی و نیز استفاده به عنوان جاذب فرابنفش، بازدارنده خوردگی و بازدارنده شعله در پلیمرها استفاده می شوند. طی سال های اخیر از نانوساختارهای LDH در تهیه نانوکامپوزیت های پلی یورتانی به منظور بهبود خواص گوناگون نظیر خواص مکانیکی، گرمایی و مقاومت شعله در پلیمرها استفاده شده است. در مقاله حاضر، افزون بر معرفی نانوساختارهای LDH، پلی یورتان ها و کاربرد آن ها، نانوکامپوزیت های پلی یورتانی برپایه LDH نیز بحث می شود.

فرضیه: در این مطالعه غشاهای ماتریس ترکیبی بر پایه پلی اتر سولفون دارای نانوذرات کبالت فریت با روش ریخته گیری محلول پلیمری و غوطه وری در حمام آب تهیه شدند. روش ها: اثر غلظت نانوذرات کبالت فریت تهیه شده در محلول پلیمری بر شکل شناسی و عملکرد جداسازی غشا بررسی شد. برای ارزیابی غشاهای ساخته شده، میکروسکوپی های الکترونی پویشی (SEM) و نیروی اتمی (AFM)، پراش پرتو X (XRD)، طیف سنجی زیر قرمز (FTIR)، اندازه گیری تخلخل، زاویه تماس آب، شار آب، پس زنی نمک سدیم سولفات و بررسی قابلیت غشا در برابر گرفتگی انجام شد. یافته ها: عکس های SEM از سطح غشا نشان داد، نانوذرات کبالت فریت طی فرایند ساخت غشا، خود به خود به سطح مشترک غشا-آب مهاجرت می کنند تا انرژی بین سطحی را کاهش دهند. بررسی عکس های SEM، ساختار غشایی نامتقارن با لایه بالایی چگال و زیرلایه متخلخل با ساختار کانال های انگشتمانند را نشان داد. استفاده از نانوذرات کبالت فریت در ماتریس غشا باعث کاهش زاویه تماس آب از مقدار ° 71 تا ° 48 شد. نتایج عکس های AFM حاکی از کاهش زبری غشاهای ماتریس ترکیبی در مقایسه با غشای خالص بود که به بهبود خواص ضدگرفتگی غشا در پس زنی پروتیین منجر شد. شار آب خالص عبوری از غشا در ابتدا با جادادن نانوذراتافزایش یافته و در غلظت بیش %1 وزنی به دلیل کلوخگی نانوذرات، کاهش یافت. با افزودن نانوذرات درصد پس زنی نمک سدیم سولفات از %60 برای غشای خالص تا حدود %80 برای غشای دارای %1 وزنی نانوذرات کبالت فریت افزایش یافت. غشای ماتریس ترکیبی دارای %1 وزنی نانوذرات کبالت فریت بهترین عملکرد را در مقایسه با سایر غشاها نشان داد.

فرضیه: اصلاح شیمیایی کوپلیمرها و پلیمرهای تجاری و صنعتی مانند پلی پروپیلن (PP) یکی از تلاش ها و چالش های دانشمندان پلیمر است. در این کار پژوهشی، نانوکامپوزیت پلی پروپیلن اصلاح شده با پلی استیرن و نانولوله کربن چنددیواره با روش های جدید پلیمرشدن شامل پلیمرشدن رادیکالی زنده تهیه شدند. روش ها: بدین منظور، ابتدا پلی پروپیلن عامل دار شده با مالییک انیدرید تهیه شد. سپس برای ایجاد درشت آغازگر، پلی پروپیلن با حدواسط نیتروکسیدی و پلی پروپیلن عامل دار شده با مالییک انیدرید، تحت واکنش با اتانول آمین و سپس آلفاکلروفنیل استیل کلرید قرار گرفت، تا پلی پروپیلن کلرواستیل دارشده حاصل شود. از سوی دیگر، 2، 2، 6، 6-تترامتیل-1-پی پیریدینیل اکسی (درشت آعازگر TEMPO) در مجاورت اسکوربیک اسید به TEMPO-OH تبدیل شد. واکنش TEMPO-OH با پلی پروپیلن کلرواستیل دار شده، به ایجاد درشت آغازگر نیتروکسیدی پلی پروپیلن (PP-g-TEMPO) منجر شد. به کمک TEMPOهای قرارگرفته روی پلی پروپیلن، پلی استیرن با وزن مولکولی کنترل شده روی پلی پروپیلن قرار گرفت. در نهایت، نانوکامپوزیت (PP-g-PSt)-MWCNTs-g تهیه شد. در پژوهش دیگری که با فرایند استری شدن انجام شد، نانولوله های کربن ابتدا در واکنش با مخلوط سولفوریک اسید، نیتریک اسید و سپس با تیونیل کلرید به ترتیب با گروه های کربوکسیل و کلر عامل دار شده و در مرحله بعد با PP-OH برای تهیه نانوکامپوزیت PP-g-MWCNTs در حلال THF بازروانی و وارد واکنش شدند. یافته ها: هر یک از مراحل واکنش با طیف سنجی FTIR و 1H NMR بررسی و انجام موفقیت آمیز واکنش ها تایید شد. وجود لایه پلیمری ایجادشده در سطح نانولوله ها با میکروسکوپ الکترونی عبوری نیز تایید شد. همچنین گرماوزن سنجی نشان داد، پلیمرهای اتصال یافته به سطح نانولوله ها مقاومت گرمایی بیشتری نسبت به پلیمر خالص دارند.

فرضیه: مهندسی بافت عروق، راهکارهای نوآورانه ای برای حل مشکلات جایگزین های عروقی به ویژه با قطر کم ارایه می دهد. الکتروریسی روشی کاربردی و ارزان برای تولید داربست های مهندسی بافت است. اگرچه این روش به نسبت ساده است، اما از نظر برهم کنش های میان پارامترهای فرایندی و اثر آن ها بر شکل شناسی الیاف هنوز کاملا مشخص نیست. در این مطالعه، هدف تعیین متغیرهای بهینه به منظور دستیابی به کمترین قطر الیاف با روش تاگوچی برای کاربردهای مهندسی بافت عروق است. روش ها: داربست های پلی یورتانی در دی متیل فرمامید با فرایند الکتروریسی تهیه شدند. غلظت پلیمر و پارامترهای فرایندی به عنوان عامل های موثر درنظر گرفته شدند. با کمک آرایه L9 روش تاگوچی، طراحی آزمون انجام و شرایط بهینه سازی الکتروریسی با استفاده از نسبت علامت به نوفه (S/N) به کمک نرم افزار Minitab 17 تعیین شد. شکل شناسی الیاف با میکروسکوپی الکترونی پویشی بررسی شد. افزون بر آن، سلول های اندوتلیال ورید بند ناف انسان (HUVEC) به منظور بررسی سمیت سلولی و چسبندگی سلولی روی داربست های بهینه کشت شد. یافته ها: تحلیل آزمون ها نشان داد، غلظت پلی یورتان اثرگذار ترین پارامتر است. شرایط بهینه برای تولید الیاف، با غلظت %12 وزنی پلیمر، ولتاژ kV 16، فاصله 15cm بین جمع کننده و نازل و سرعت تغذیه 0. 1mL/h به دست آمد. با روش تاگوچی میانگین قطر الیاف در محدوده 242. 1nm تا 257. 92nm با سطح اطمینان %95 پیش بینی شد. قطر الیاف در این شرایط از نظر تجربی نیز 258± 30nm بود که با مقدار تخمین زده شده با این روش مطابقت خوبی داشت. همچنین، زنده مانی سلول ها %88. 59 گزارش شد و سلول ها چسبندگی مناسبی به داربست نشان دادند. بنابراین، داربست ها تهیه شده نتایج امیدوارکننده ای در تقلید ماتریس خارج سلولی و در نتیجه مهندسی بافت عروق نشان دادند.

فرضیه: بازیافت شیمیایی ضایعات بطری پلی(اتیلن ترفتالات) و تولید مواد با ارزش افزوده، مناسب ترین روش مطابق با اصول توسعه پایدار حفظ محیط زیست است. برای طراحی و ساخت واحدهای بازیافت در مقیاس صنعتی، به کسب داده های سینتیکی و ارتباط سرعت واکنش با غلظت مواد و دما و مهم تر از همه ثابت واکنش تخریب نیاز است. داده های سینتیکی به دست آمده برای طراحی در مقیاس بزرگ صنعتی، کنترل فرایند و مهم تر از همه ارزیابی اقتصادی می تواند به کار گرفته شود. برای مناسب بودن نتایج در مقیاس صنعتی از تمام مواد مصرفی در صنعت استفاده شد. روش ها: بازیافت شیمیایی پلی(اتیلن ترفتالات) با وجود بیش از پنج برابر مقدار استوکیومتری مونواتانول آمین و بدون کاتالیزگر بیرونی انجام شد. برای شناسایی محصول بیس(هیدروکسی اتیل) ترفتالامید از آزمون های طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC)، گرماوزن سنجی (TGA) و تجزیه عنصری استفاده شد. واکنش تخریب آمین کافت در سه دمای 120، 140 و 160 درجه سلسیوس انجام شد و با نمونه برداری در زمان های متوالی و توزین مقدار باقی مانده یا تخریب شده پلی(اتیلن ترفتالات) در زمان های مختلف، ثابت های سینتیک واکنش آمین کافت و ارتباط آن با دما مشخص شد. یافته ها: تخریب شیمیایی کامل یا آمین کافت پلی(اتیلن ترفتالات) و تبدیل آن به بیس(هیدروکسی اتیل) ترفتالامید (BHETA) در مجاورت مقدار زیادی مونواتانول آمین انجام شد. فرض الگوی سینتیک درجه یک استفاده شده و صحت آن با مقدار خطای محاسبات تایید شد. با انجام آزمایش ها در سه دما، ثابت سرعت واکنش آمین کافت پلی(اتیلن ترفتالات) و ارتباط آن با دما مشخص شد. انرژی فعال سازی واکنش آمین کافت مقدار 94. 39kJ/mol به دست آمد. تخریب آمین کافت در شرایط گرمادهی با استفاده از سامانه ژاکت برای راکتور، انرژی فعال سازی کمتری را در شرایط گرمادهی با تابش پرتو مایکروویو (درشت موج) نشان داد.

فرضیه: طراحی و تولید محلول های دارای پلی اتیلن گلیکول و سیلسسکویی اکسان اولیگومری چندوجهی (POSS)، با قابلیت شبکه ای شدن درجا، روشی ساده و مقرون به صرفه برای تولید نانوکامپوزیت های هیبریدی به منظور بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی پلی اتیلن گلیکول زیست تخریب پذیر است. روش ها: نخست، نانوذرات POSS با آکریلویل کلرید عمل آوری و نانوپودر POSS-AC تهیه شد. در واکنشی دیگر، پلی اتیلن گلیکول با فوماریل کلرید برای تهیه پلی اتیلن گلیکول فومارات (PEGF) وارد واکنش پلیمرشدن تراکمی شد. درستی واکنش های انجام شده با آزمون های FTIR و GPC تایید شد. از پراکنش 1 و %2 وزنی POSS-AC در PEGF، در مجاورت %10 رقیق کننده N-وینیل پیرولیدون (NVP) و در نبود آن نمونه های مختلفی فرمول بندی شدند. سپس، نمونه ها برای پخت با نور آبی در مجاورت کامفورکینون به عنوان نور آغازگر و N، N-دی متیل آمینو اتیل متاکریلات به عنوان شتاب دهنده قرار گرفتند. پس از تهیه نانوکامپوزیت های مدنظر، اثر وجود و مقدار نانوذرات POSS، وجود رقیق کننده، و زمان پخت بر کیفیت پراکنش نانوذرات با آزمون های پراش پرتو Xو(XRD)، میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM)، تورم تعادلی، کشش، گرماوزن سنجی (TGA) و تجزیه گرمایی دینامیکی-مکانیکی (DMA) بررسی شد. یافته ها: در الگوی XRD نانوکامپوزیت، هیچ پیک تیزی دیده نشد که حاکی از انبوهش نانوذرات باشد. عکس های TEM پراکنش مناسب نانوذرات را با اندازه ذرات در محدوده 10-50 نانومتر تایید کرد. نتایج آزمون ها نشان داد، وجود نانوذرات و رقیق کننده موجب افزایش Tg از 16-درجه در نمونه PEGF پخت شده تا 13-تا-3 درجه، افزایش مقدار ژل از %45 تا %84-62، افزایش مدول ذخیره از 1. 6GPa تا 3. 3-2. 2، افزایش بیشینه دمای تخریب از ° 395 تا ° 432-408 و مدول یانگ از 0. 46MPa تا 1. 2-1. 6 شد. به طور خلاصه، نانوکامپوزیت طراحی شده در این مطالعه با خواص مکانیکی خوبی و پخت سریع که نشان داد، می تواند گزینه مناسبی برای استفاده در کاربردهای زیستی و مهندسی بافت باشد.