علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1398 | دوره:32 | شماره:4 |تعداد مقالات:6

امروزه تأمین انرژی الکتریکی از انرژی های تجدیدپذیر مانند انرژی مکانیکی، گرمایی و خورشیدی گسترش یافته است. مواد پیزوالکتریک از مناسب ترین گزینه ها برای تأمین انرژی الکتریکی از انرژی مکانیکی موجود در طبیعت مانند نیروی مکانیکی، ارتعاش و حرکات بدن انسان است. کاربرد برداشت کننده های پیزوالکتریک به منظور تأمین انرژی الکتریکی در قطعات الکترونیکی خودشارژشونده یا حسگرهای بی سیم با توان کم برای حذف باطری یا کابل است. در واقع، خاصیت پیزوالکتریک خاصیتی از موادی ویژه است که قابلیت تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی و برعکس را فراهم می کند. خاصیت پیزوالکتریک ابتدا در سرامیک ها کشف شد. اما به دلیل نیاز به مواد پیزوالکتریک با سطح بزرگ و انعطاف پذیری زیاد در بسیاری از کاربردها و نیز قیمت نسبتاً ارزان و فناوری تولید ساده پلیمرها در مقایسه با سرامیک ها، پلیمرها به طور گسترده به کار گرفته شدند. پلی (وینیلیدن فلوئورید) (PVDF)، پلیمری نیمه بلوری با خواص فروالکتریک و پیزوالکتریک است و پنج شکل بلوری دارد. فاز β ، قطبی است و به دلیل بیشترین ممان دوقطبی و قطبش دائمی خاصیت پیرو و پیزوالکتریک نشان می دهد. در این مقاله، ابتدا PVDF معرفی و سپس روش های مختلف برای تعیین و اندازه گیری فازهای مختلف آن مرور شده است. در نهایت، روش های مختلف از جمله کشش مکانیکی، فشار زیاد، سردکردن مذاب، استفاده از حلال های قطبی، قطبش زیر کشش و میدان الکتریکی قوی، آمیخته سازی با پلیمرها و الکتروریسی و اثر افزودن انواع مواد افزودنی مانند نانولوله کربن، خاک رس، فلزات و نمک های فلزی و سرامیک ها بر افزایش فاز قطبی β بحث و بررسی شده است.

فرضیه: تولید پلی اتیلن با وزن مولکولی نسبتاً زیاد، خواص بهبودیافته و فرایندپذیری قابل قبول تاکنون هدف بسیاری از پژوهش ها بوده است. در پلیمرشدن دوغابی، تثبیت کاتالیزگر های همگن متالوسن بر پایه هایی با ابعاد نانو افزون بر بهبود خواص مکانیکی و گرمایی محصول می تواند موجب کنترل شکل شناسی و توزیع مناسب اندازه ذره شود. سطح ویژه ذرات پایه می تواند از عوامل اثرگذار بر فرایند تثبیت کاتالیزگر و خواص محصول باشد. هدف اصلی این پژوهش، تولید نانوکامپوزیت پلی اتیلن-نانوسیلیکا بدون گره خوردگی با روش پلیمرشدن درجا بود. روش ها: کاتالیزگر متالوسن زیرکونوسن دی کلرید (Cp2ZrCl2) روی ذرات اصلاح سطحی شده نانو سیلیکای دودی تثبیت شد. از سه نوع نانوسیلیکای دودی با سطح ویژه 50، 200 و 380m2/g استفاده شد. ابتدا روی سطح نانوذرات سیلیکای اصلاح گرمایی شده، با استفاده از کمک کاتالیزگر متیل آلومینوکسان اصلاح شیمیایی انجام شد. سپس، با افزودن کاتالیزگر Cp2ZrCl2 به سامانه، واکنش تثبیت و فعال سازی کاتالیزگر به طور هم زمان انجام شد. در نهایت، پلیمرشدن اتیلن با استفاده از کاتالیزگر تهیه شده در فشار جو و دمای 30 درجه سلسیوس انجام شد. یافته ها: مقدار بیشینه بازده پلیمرشدن، مربوط به کاتالیزگر ناهمگن شده روی نانوسیلیکا با سطح ویژه 200m2/g بود. نتایج کشش پذیری در حالت جامد و افزایش تدریجی مدول در آزمون رئومتری پویش زمان نشان داد، پلی اتیلن سنتزشده دارای گره خوردگی کم است. کاهش غلظت و تراکم سطحی مراکز فعال روی کاتالیزگر ناهمگن شده موجب کاهش مقدار گره خوردگی زنجیرهای پلیمری شد. نتایج آزمون کشش، بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت تولیدشده نسبت به پلی اتیلن خالص را نشان داد که می تواند حاکی از توزیع مناسب نانوذرات سیلیکا در ماتریس پلی اتیلن باشد و تصاویر SEM نیز این موضوع را تأیید کرد.

فرضیه: مواد و سازه ­ های جاذب انرژی در حفاظت از جان انسان­ ها کاربردهای زیادی دارند، از این رو، علاقه ­ مندی به کشف مواد جدید کاربردی در این زمینه افزایش یافته است. اسفنج های پلی یورتان در انواع جاذب های انرژی استفاده می شوند. در این مطالعه، خواص مکانیکی اسفنج پلی یورتان بر پایه متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات (MDI) تقویت شده با زنجیرافزای پنتان دی ال بررسی شده است. روش ها: اسفنج ها با روش اختلاط مستقیم واکنش دهنده ها تهیه شده و برای بررسی خواص فشاری و کششی، نمونه های استاندارد تهیه شدند. نمونه ها با افزودن دو مقدار 5 و %10 پنتان دی ال به ترکیب ثابت پلی یورتان ساخته شدند. سپس، آزمون های فشار و کشش شبه ایستا انجام و نتایج گزارش شده است. ریزساختار اسفنج با میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) بررسی شد. یافته ها: مقایسه نتایج نشان داد، با وجود تقویت استحکام فشاری اسفنج های پلی یورتان با افزودن برخی از سایر زنجیرافزاها، خواص فشاری اسفنج های پلی یورتان بررسی شده در پژوهش پیش رو، شامل استحکام و انرژی جذب شده با افزدونی پنتان دی ال تغییر محسوسی نکرد. اما مدول کشسانی و مدول ناحیه نیرو ثابت (ناحیه مسطح) آن به شدت افزایش یافت. انرژی ویژه جذب شده اسفنج نیز با افزودن 5 و %10پنتان دی ال به ترتیب 11. 7 و %12. 6افزایش یافت. نتایج آزمون های کشش نیز حساسیت شدیدی نسبت به افزودن پنتان دی ال نشان داد. به طوری که با افزودن %10 پنتان دی ال، استحکام، کرنش شکست و چقرمگی اسفنج به ترتیب 37. 9، 57. 1 و %137. 5 زیاد شد. مدول کشسانی کششی نمونه ها نیز با افزودن %10 پنتان دی ال، %6. 9 افزایش یافت. همچنین نتایج نشان داد، ماده با افزودن 5، 1-پنتان دی ال سلول های کوچک تر و ساختار یکنواخت تری نشان داد.

فرضیه: پلی آمیدهای آروماتیک دسته مهمی از پلیمرهای کارآمد و مقاوم گرمایی به شمار می آیند. مهم ترین مسئله در به کارگیری این پلیمرها مشکل بودن فراورش است که از دمای ذوب و دمای انتقال شیشه ای زیاد و ماهیت حل نا پذیری آن ها در اغلب حلال های آلی بی پروتون ناشی می شود. مشکل اصلی پلیمرهای مقاوم گرمایی، حفظ پایداری گرمایی و هم زمان افزایش حل پذیری آن هاست که با طراحی و سنتز مونومرهای جدید می توان بر آن غلبه کرد. روش ها: ابتدا، بیس(4-اکسی بنزوﺋ یک اسید)-5، 1-آنتراکینون (DA1) و بیس(3-اکسی بنزوﺋ یک اسید)-5، 1-آنتراکینون (DA2) به ترتیب از راه واکنش های جانشینی هسته دوست 4-هیدروکسی بنزوئیک اسید و 3-هیدروکسی بنزوئیک اسید با 5، 1-دی کلروآنتراکینون سنتز شدند. در مرحله بعد، روش Yamazaki برای سنتز پلی آمیدهای نوین از واکنش پلیمرشدن تراکمی دی اسیدهای به دست آمده با دی آمین های آروماتیک متفاوت از جمله اکسی دی آنیلین (ODA)، پارافنیلن دی آمین (PPDA)، 6، 2-دی آمینوپیریدین (DAP)، 5، 1-دی آمینونفتالین (DAN) و دی آمینودی فنیل متان (DADPM) در مجاورت تری فنیل فسفیت (TPP) و پیریدین به عنوان معرف فعال کننده و N-متیل-2-پیرولیدون به عنوان حلال به کار گرفته شد. یافته ها: ساختار مونومرها و پلیمرهای تهیه شده با روش های مختلف طیف نمایی شناسایی شد. خواص فیزیکی و گرمایی پلیمرهای جدید نظیر پایداری و رفتار گرمایی، حل پذیری، گرانروی و جذب فرابنفش مطالعه و رابطه ساختار-خواص آن ها بررسی شد. پلیمرهای تهیه شده در محدوده 370-344 نانومتر جذب UV نشان دادند. واردکردن ترکیب حجیم و آروماتیک آنتراکینونی به زنجیر اصلی پلیمر موجب شد تا در مجموع پلیمرها از پایداری گرمایی زیاد و حل پذیری بهبودیافته ای در حلال های قطبی بی پروتون برخوردار باشند.

فرضیه: پودر پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE) به دلیل داشتن انرژی سطحی کم موجب کاهش اصطکاک در کامپوزیت لاستیک نیتریل (NBR) می شود. از طرفی، PTTE به دلیل پایداری شیمیایی سبب بهبود بیشتر مقاومت کامپوزیت در برابر حلال های نفتی می شود. همچنین به علت داشتن پایداری گرمایی، بهبود مقاومت گرمایی آمیزه لاستیکی را به دنبال دارد. با وجود این، پراکنش ذرات PTFE در ماتریس لاستیکی محدود است و موجب کاهش خواص مکانیکی می شود. روش ها: از پرکننده نوع پودر PTFE پرتودهی شده برای ایجاد برهم کنش های مطلوب تر پلیمر پرکننده و بهبود پراکنش لاستیک استفاده شد. نمونه ها به خوبی با اختلاط مذاب ساخته و ارزیابی شدند. یافته ها: توزیع و پراکنش ذرات پودر PTFE پرتودهی شده در نمونه های پرشده مناسب بود. پودر PTFE پرتودهی شده، ولکانش گوگردی آمیزه های لاستیک نیتریل تقویت شده با دوده را به خطر نینداخت، بلکه سبب بهبود مدول یانگ و سختی نمونه ها شد. بدین ترتیب برخلاف مراجع، پودر PTFE پرتودهی شده احتمالاً از راه اثرگذاری بر کاهش سطح انرژی آمیزه های لاستیکی باعث کاهش چشمگیر ضریب اصطکاک و بهبود خواص تریبولوژیکی شد. به طوری که با افزودن 20phr روانساز، با وجود کاهش %5-4 استحکام مکانیکی، کاهش حدود %40 ضریب اصطکاک در شرایط آزمون حاصل شد. برای خواص پیرشدگی، تغییر کمی در استحکام شکست پس از قرارگیری در شرایط حلالی و البته کاهش بسیار کم آن در شرایط پیرشدگی گرمایی برای آمیزه ها به دست آمد. برای کامپوزیت دارای 20phr از PTFE حدود %7 کاهش استحکام و کرنش در پارگی پس از پیرشدگی گرمایی و حدود %8. 5 بهبود پس از پیرشدگی حلالی دیده شد.

فرضیه: در سال های اخیر با توجه به کاهش منابع انرژی در دسترس، پیشرفت های شایان توجهی در زمینه مطالعه پیل های سوختی و به ویژه سلول های دارای متانول به عنوان منابع تأمین انرژی حاصل شده است. غشای الکترولیتی از اجزای مهم سلول های سوختی به شمار می آید که نقش انتقال پروتون و به دام انداختن متانول را ایفا می کند. غشای الکترولیتی باید پایداری شیمیایی و الکتروشیمیایی و نیز مقاومت مکانیکی زیادی را در شرایط عملیاتی داشته باشد. همچنین، رسانندگی پروتون زیاد برای عملکرد بهتر غشای پیل سوختی لازم است. روش ها: در این پژوهش، غشاهای جدید نانوکامپوزیتی به عنوان الکترولیت برای کاربرد در سلول های سوختی تهیه شدند. بدین منظور، دو نوع غشا شامل پلی اترسولفون سولفون دارشده (SPES) و آمیخته آن با پلی یورتان (PU) به عنوان غشاهای پایه انتخاب شدند. ابتدا، پلی اتر سولفون با استفاده از سولفونیک اسید، سولفون دار و با PU و(SPES/PU) آمیخته شد. سپس، نانوذرات سیلیکا با درصد های وزنی متفاوت (3، 5 و %8 وزنی) به غشای آمیخته ای (SPES/PU/SiO2) اضافه شدند. خواص غشاهای تهیه شده با آزمون های طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، پراش پرتو X، گرماوزن سنجی، جذب آب و متانول، اندازه گیری رسانندگی پروتون و میکروسکوپی الکترونی پویشی بررسی شد. یافته ها: نتایج توزیع مناسب PU را در غشاهای تهیه شده نشان داد که دلیل آن تشکیل پیوندهای هیدروژنی میان گروه های قطبی SPES و PU بوده است. از این رو، رسانندگی غشاهای آمیخته ای با سازوکار افزایش قطبیت نسبت به نمونه های خالص بدون افزایش شدید در جذب آب و متانول، %74 افزایش یافت. همچنین، افزودن نانوذرات سیلیکا به غشای آمیخته ای SEPS/PU و تهیه غشای نانوکامپوزیتی SPES/PU/SiO2، موجب تشکیل پیوند کووالانسی میان این ذرات با گروه های سولفونیک اسید در SPES، پیوند هیدروژنی با گروه های قطبی در SPES و PU و نیز چسبندگی بیشتر میان فازها شد. در نتیجه، شکل شناسی غشای نانوکامپوزیتی با سازوکار کاهش حفره ها و فضاهای خالی اصلاح شد. در نهایت، رسانندگی غشای نانوکامپوزیتی نسبت به نمونه خالص SPES فقط با 11 و %8 افزایش به ترتیب در جذب آب و متانول، %53. 13 افزایش یافت.