علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1389 | دوره:23 | شماره:4 (پیاپی 108) |تعداد مقالات:9

در این تحقیق روش اصلاح شده ای جهت تولید نانوالیاف موازی به صورت بی بافت ارایه شده است. در این روش سعی شده است تا محدودیت هایی از قبیل ضخامت لایه جمع آوری شده، مقدار موازی بودن و مقدار تولید نانوالیاف برطرف شود. در این مطالعه، با به کار بردن یک غلتک چرخان در بالای دو سوزن الکتروریسی و استفاده از جریان هوای گرم، امکان گرما دادن و جمع آوری نانوالیاف موازی به طور هم زمان فراهم شده است که امکان گرمادهی جریان پلیمری در منطقه الکتروریسی را در اختیار قرار می دهد. برای تهیه نانوالیاف موازی در شرایط کاربردی، از محلول پلیمری (%wt) 14 پلی اکریلونیتریل (PAN) در دی متیل فرمامید (DMF) استفاده شده است. مقدار گسیختگی جریان نانوالیاف در روش مزبور به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش یافته و امکان افزایش بیشتر سرعت برداشت به مقدار دو برابر میسر شده است. با بررسی نتایج حاصل از تحلیل طیف زاویه ای توان بدست آمده از تصاویر میکروسکوپ نوری مشخص شد که مقدار موازی بودن نانوالیاف جمع آوری شده در این روش با افزایش سرعت برداشت بهبود پیدا کرده است. اگر چه مطالعه میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) نشان می دهد، ظرافت نانوالیاف تولیدی در روش اصلاح شده کاهش یافته است. با استفاده از روش گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC)  دمای تبدیل شیشه ای تمام نمونه های تولیدی در محدوده 70 – 90C به دست آمده است. طیف های به دست آمده از مطالعه طیف سنجی زیر قرمز (FTIR) مطابقت خوبی با طیف های مشاهده شده برای الیاف متداول PAN نشان می دهد. در تمامی طیف های به دست آمده، پیک هایی در عددهای موجی 2240 cm-1 (مربوط به گروه نیتریل، C≡N)، 2920 cm-1 (مربوط به گروهCH2 ) 1450 cm-1 (مربوط به گروه CH) و 1730 cm-1 (مربوط به گروه کربونیل، C=O) دیده می شود. در نمودارهای پراش به دست آمده از مطالعه پراش تابش X (WAXD) برای نانوالیاف PAN، یک پیک اصلی استوایی در 2q برابر 17o مشاهده می شود. تجزیه های کمی انجام شده روی نمودارهای به دست آمده از مطالعات FTIR و WAXD نشان داد، روش اصلاح شده بر درجه بلورینگی نانوالیاف تهیه شده در سرعت زیاد برداشت اثر مثبتی گذاشته است.

در این پژوهش، تهیه نوعی پوشش نوشتارناپذیر دایمی بر پایه رزین پلی یورتان با استفاده از افزودنی سیلیکونی بررسی شده است. از روش های مختلفی مانند اندازه گیری انرژی سطحی و EDX به منظور شناسایی و بررسی ویژگی های سطح نمونه های تهیه شده استفاده شده است. نتایج نشان می دهد، با وارد کردن افزودنی سیلیکونی به پوشش، انرژی سطحی آن بر اساس روش Wu کاهش می یابد و از 45.13 mJ/m2 در فیلم پلی یورتان بدون افزودنی به 25.25mJ/m2 در فیلم شامل 5 درصد مولی افزودنی سیلیکونی می رسد و با جای گزینی بیشتر افزودنی تقریبا ثابت می ماند. با استفاده از روش EDX مشخص شده است، در نمونه های حاوی بیش از 5% مولی افزودنی به علت سیر شدن سطح فیلم پلی یورتان از افزودنی سیلیکونی، انرژی سطحی تقریبا ثابت می ماند. نتایج آزمون پیرسازی در شرایط جوی شتاب یافته نمونه ها نشان می دهد، وجود افزودنی سیلیکونی تا غلظت 5% مولی در چرخه های اولیه فرسایش موجب بهبود عملکرد فیلم پوشش در برابر دست نوشته می شود، ولی با افزایش تعداد چرخه های پیرسازی و هم چنین غلظت بیشتر افزودنی سیلیکونی، سرعت تخریب آن بیشتر می شود. نتایج نشان می دهد، بهترین خواص نوشتارناپذیری همراه با دوام مناسب در شرایط محیطی شتاب یافته در غلظت 5% مولی افزودنی به دست می آید.

خواص مکانیکی، ریولوژیکی و شکل شناسی آمیزه نانوکامپوزیتی لاستیک آکریلونیتریل – بوتادی ان (NBR) – پلی - وینیل کلرید (PVC) - کلویزیت 30B (Cloisite 30B) تابع شرایط اختلاط آن از جمله دمای اختلاط، سرعت تیغه چرخنده و زمان اختلاط است. در این طرح، برای هر یک از سه عامل موثر سه سطح در نظر گرفته شد و از نرم افزار Design Expert برای طراحی آزمایش استفاده شد که الگوی مصرفی آن Box-Behnken در نظر گرفته شده است. آمیزه های نانوکامپوزیتی NBR/PVC مختلف در دما، سرعت تیغه چرخنده و زمان های اختلاط مختلف در مخلوط کن داخلی تهیه شدند. ابتدا اثر هر یک از این عوامل اثرگذار و هم چنین برهم کنش آنها بررسی و بهترین شرایط اختلاط معین شده است. اثر این عوامل به وسیله نمودارهای گشتاور – زمان اختلاط حاصل از مخلوط کن، منحنی های تنش - کرنش حاصل از آزمون کشش و نمودارهای ریولوژیکی بررسی و مطالعه شده است. برای بررسی شکل شناسی و فاصله بین لایه های سیلیکات (d001) در آمیزه های تهیه شده به ترتیب از آزمون های پراش پرتوX  (XRD) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) استفاده شده است. نتایج نشان می دهد، برای افزایش استحکام کششی و مدول و کاهش شاخص تورم در دمای پایین اختلاط می توان به طور هم زمان سرعت چرخش تیغه ها و زمان اختلاط را افزایش داد، بدون آن که تخریب یا شبکه ای شدن انجام شود. بررسی شکل شناسی آمیزه ها نیز حصول نانوکامپوزیت با ساختار ورقه ای شده را تایید میکند. اما، در دماهای اختلاط بالا باید به دو پدیده شبکهای شدن آمیزه و تخریب زنجیرهای پلیمری که در آمیزه اتفاق میافتد، توجه داشت و از آن اجتناب کرد. با بررسی نتایج خواص مکانیکی و ریولوژیکی شرایط بهینه اختلاط را میتوان دمای 160 C، سرعت تیغه  چرخنده 50rpm و زمان اختلاط 6min معین کرد.

تخریب پرتوی کیتوسان یکی از مهم ترین روش های تولید الیگوکیتوسان های دارای خواص ضدباکتری است. در این کار پژوهشی، اثر حلال بر کاهش تخریب کیتوسان و افزایش خاصیت ضدباکتری آن در برابر باکتری پکتوباکتریوم کارتووروم (PC) بررسی شده است. برای این منظور، کیتوسان در حالت های جامد و محلول در استیک اسید در محدوده دوزهای 2-200kGy به کمک تابش گاما پرتودهی شد. بررسی تغییرات وزن مولکولی با دوز پرتودهی به روش گرانروی سنجی نشان می دهد، وجود حلال منجر به کاهش قابل ملاحظه ای در دوز لازم برای افت وزن مولکولی کیتوسان می شود، به طوری که وزن ملکولی کیتوسان جامد پس از پرتودهی در دوز 50kGy از 400000 به 48000 می رسد، در حالی که کیتوسان محلول برای رسیدن به وزن ملکولی 32000 تنها به دوز 10kGy نیاز دارد. هم چنین، بررسی فعالیت ضدباکتری کیتوسان پرتودیده جامد و محلول نشان می دهد، رشد باکتری PC در کیتوسان محلول پرتودیده در دوز 10kGy، معادل رشد باکتری در کیتوسان جامد پرتودیده در دوز 50kGy است. بر اساس طیف های FTIR، تخریب پرتوی کیتوسان در هر دو حالت جامد و محلول از راه شکست پیوندهای گلیکوزیدی انجام می شود. بررسی تغییرات پیوند گلیکوزیدی در این طیف ها تاییدی بر نتایج گرانروی سنجی مبنی بر اثر حلال در کاهش دوز تخریب کیتوسان است.

در این پژوهش، بررسی نظم فضایی و ریزساختار پلی وینیل کلرید (PVC) با در نظر گرفتن شکافت پروتون و کربن گروه متین و متیلن زنجیر اصلی به وسیله روش های طیف بینی رزونانس مغناطیسی هسته های کربن (13C NMR)، پروتن (1H NMR) و دو بعدی (2D NMR) در حلال تتراهیدروفوران دوتریم دار مطالعه شده است. پلی وینیل کلرید به روش پلیمرشدن امولسیونی به وسیله راکتور زیر فشار در دمای 60 C در تبدیل حدود 90 درصد و مقدار جامد 45 درصد سنتز شد. گمارش تمام توالی های فضایی پیک های کربن متیلن و متین از زنجیر اصلی پلی وینیل کلرید به شکل توالی های چهارتایی و پنج تایی به وسیله NMR حالت مایع انجام شد. مدل آماری برنولی و مارکوف مرتبه اول برای نمونه سنتز شده محاسبه و با نتایج تجربی مقایسه شد. میزان احتمال وجود توالی مزو برای پلیمر سنتز شده 0.447 محاسبه شد. نتایج نشان می دهد، مدل آماری برنولی و مارکوف مرتبه اول با نتایج تجربی انطباق تقریبا یکسانی برای هر دو کربن متین و متیلن دارد. مطالعه رزونانس مغناطیسی هسته دوبعدی به وسیله روش وابستگی کمیت مضاعف هسته های ناهمگن (HMQC) و از طریق آن مطالعه شکافتگی در پیک های 1H NMR برای پروتون متین بررسی شد. به وسیله روش HMQC می توان بررسی توالی های سه تایی و ارتباط بین هسته های پروتون و کربن در پلی وینیل کلرید را مشاهده کرد. در نهایت، بررسی تغییر وضوح در توالی کربن های متیلن و متین را با اعمال تغییر دما در 50 C و مقایسه آن با دمای طیف گیری در 20 C ارزیابی شد. در این حالت پیک های سکانس بی نظم زنجیر پلی وینیل کلرید بیشتر از سکانس های تک نظم و هم نظم دچار شکافتگی می شود.

در این پژوهش، فرایند پخت رزین به دو بخش مایع و ژل - جامد تقسیم شده است. خصوصیات فیزیکی رزین شامل ظرفیت گرمایی ویژه، ویسکوزیته و ضریب انتقال حرارت با تغییر دما و افزایش درجه پخت رزین (α) تغییر می کنند. در هر یک از این دو فاز مایع و ژل - جامد، بعضی از این خصوصیات فیزیکی نقش تعیین کننده ای در انتقال گرما و نتایج حاصل از شبیه سازی دارند. موضوع مهم دیگر، مقدار گرمای آزاد شده طی پخت رزین است که بستگی به دمای مطلق رزین دارد و باعث افزایش سرعت پخت رزین می شود. مقدار گرمای آزاد شده طی پخت با استفاده از DSC دینامیک به دست آمد. در مدل سازی انجام شده تمام خصوصیات فیزیکی و مقدار گرمای آزاد شده به عنوان تابعی از دمای مطلق رزین و درجه پخت رزین درنظر گرفته شده است. با استفاده از یک کد دینامیکی تمام این خواص در هر بازه زمانی تغییر کرده و خواص جدیدی جای گزین آنها می شود. مهم ترین عامل در شبیه سازی فرایند پخت رزین تعیین مقدار درجه پخت است که در محاسبه گرانروی رزین در حال پخت به کار می رود و تنها پارامتر تعیین کننده اتمام پخت رزین و پایان شبیه سازی است. شبیه سازی به روش اجزای محدود فرایند پولتروژن با در نظر گرفتن هزاران الیاف به قطر μm 7 در محیط رزینی به قطر چند ساتنی متر امری بسیار دشوار است. ولی، با توجه به اینکه الیاف طی پخت تغییری نکرده و تنها بر انتقال گرمای رزین و زمان پخت اثر می گذارند، بنابراین در این پژوهش به جای ترکیب رزین و الیاف و با توجه به نوع رزین، نوع الیاف و نسبت حجمی الیاف ماده معادل و همگنی ارائه شده که همان نتایج حاصل از ترکیب رزین و الیاف را می دهد.

عایق های امولسیونی پایه قیری از جمله قیرهای امولسیونی اند که در آنها قیرهایی با درجه نفوذ و دمای نرمی مختلف به واسطه امولسیون کننده ای هم چون بنتونیت در دمای حداکثر 80 تا 90ºC در آب به امولسیون تبدیل می شوند. این عایق ها پس از خشک شدن، در مقابل نفوذ آب مقاوم شده و خواص فیزیکی و مکانیکی بهتری نسبت به قیر از خود نشان می دهند. اما با وجود این مزایا، عایق ایجاد شده دارای خواص فیزیکی و شیمیایی مناسب جهت مقاومت در گستره دمایی بالا نیست. در کشور ایران به دلیل تنوع آب و هوایی و برخورداری از گستره دمایی بسیار بالا در طول سال و یا حتی شبانه روز نیاز به عایقی با کارآیی بیشتر محسوس است. از طرفی، یکی از کاربردهای بسیار گسترده  پلیمرها، استفاده از آنها در اصلاح خواص فیزیکی و شیمیایی قیرهاست که بدین وسیله می توان ضعف های یاد شده را تقویت کرد. در این پژوهش، با به کارگیری پلیمر SBS و رزین H.V.S در امولسیون سعی در بررسی خواص تک تک اجزای تشکیل دهنده امولسیون و تهیه عایقی با خواص فیزیکی و شیمیایی بهتر شده است. بنابراین، اثر هر یک از اجزای تشکیل دهنده این امولسیون بررسی و مشخص شده که بیشترین مقدار مجاز استفاده از بنتونیت 11% است. افزایش آمیخته SBS و H.V.S در مقادیر ثابت 11% بنتونیت پایداری گرمایی، انعطاف پذیری در سرما، پایداری امولسیون و حتی مقدار چسبندگی را تا حد بسیار زیادی افزایش می دهد. افزایش مقدار آب در زمان تولید تا حدود 44% موجب ازدیاد پایداری گرمایی و انعطاف پذیری عایق می شود و اثر زیادی بر پایداری امولسیون ندارد. بنابراین، بهترین مقدار درصد آب بین 39 تا 44% انتخاب شد. با جمع بندی نتایج بدست آمده در این طرح مشخص می شود، بهترین مقدار بنتونیت در امولسیون 11%، حداکثر مقدار آب در حین تولید 44% و بهترین مقدار آمیخته باید 7% باشد، تا امولسیون افزون بر خواص پایداری گرمایی خوب، انعطاف پذیری زیاد، چسبندگی مناسب، دارای مقاومت زیاد در برابر امولسیون شدن مجدد و پایداری خوب باشد.

زیست پلیمرها جای گزینی مطمئن برای پلیمرهای نفتی و منبعی تجدیدپذیر و برگشت پذیر به طبیعت هستند. کاربرد پلیمرها در صنایع مختلف از جمله کاغذسازی امری متداول است. صمغ های گیاهی همواره در تولید کاغذ، به ویژه بازیافت کاغذ مورد توجه بوده و هستند. در این پژوهش، پلی ساکاریدهای صمغ تراویده از گیاه باریجه (Ferula Gummosa) به روش استخراج با اتانول خالص سازی شده اند. سپس این ترکیبات با روش Saeman شناسایی و به عنوان عامل افزاینده مقاومت های خشک (ترکیدن، طول پاره شدن و میزان پیوندیابی الیاف) کاغذ دست ساز با وزن پایه 60g/m2 حاصل از الیاف بازیافتی از کارتن های کنگره ای کهنه (OCC)، استفاده شده اند. ترکیب تقریبی مونوساکاریدهای صمغ خالص سازی شده مزبور عبارتند از: گالاکتوز 60%، آرابینوز 15% و اسید گالاکتورونیک 25%. نتایج نشان می دهد، از لحاظ آماری اثر کاربرد این زیست پلیمر بر تمامی ویژگی های مقاومتی در سطح اعتماد 99% معنی دار است. با توجه به ماهیت آنیونی این زیست پلیمر، الیاف و سیستم بازیافت کاغذ، از ماده کاتیونی پلی آلومینیوم کلرید برای تنظیم پتانسیل زتا تا نزدیک صفر و بهبود عملکرد و افزایش مقاومتها بهره گرفته شد که برهم کنش ماده کاتیونی و زیست پلیمر باریجه نیز در سطح اطمینان 99%معنی دار بود.