علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1396 | دوره:30 | شماره:5 |تعداد مقالات:6

آثار تاریخی با توجه به قدمت آن ها در معرض انواع تخریب ها قرار دارند. از جمله این تخریب ها می توان به تخریب توسط انسان ها (واندالیسم) تا تخریب آثار یا مرمت های انجام شده روی آن ها به وسیله عوامل محیطی مانند رطوبت و نور اشاره کرد. نانو فناوری روش ها و راه های ابداعی جدیدی را برای حفظ آثار تاریخی فراهم کرده است. یکی از این روش ها شامل تهیه نانومواد با ابعاد ریزتر، کارآمدتر و پوشش دهی آن ها با فرایندهای مختلف از جمله سل ژل است. در این مقاله، انواع پوشش های پلیمری متداول در حفاظت آثار تاریخی ارائه شده است. در این باره، ابتدا به انواع ارزیابی هایی پرداخته شده که باید برای اقدام های حفاظتی انجام شوند. سپس، به نقش مهم ارگانوسیلیکون ها در تهیه نانوذرات سیلیکا و اثر آن ها بر خواص پوشش اشاره شده است. دسته مهم دیگر از پلیمرهایی که در تهیه پوشش های پلیمری محافظ آثار تاریخی کاربرد دارند، پلیمرهای آکریلی هستند. با توجه به اهمیت روزافزون و جدید هیبریدهای آلی-معدنی در تهیه پوشش های نانوکامپوزیتی این دسته به طور مجزا بررسی شده است. این ترکیبات روی زمینه های مختلف پوشش داده می شوند تا خواص متنوعی مانند آب گریزی و نوشتارناپذیری را در پوشش ها ایجاد کنند. در این مقاله، افزون بر کاربرد نانومواد در تهیه پوشش های متداول پلیمری برای کاربرد در حوزه حفاظت و مرمت، به سایر کاربردهای نانوفناوری در تهیه نانومواد برای استحکام بخشی نقاشی دیواری، پاک سازی پلیمرهای فرسوده از روی آثار تاریخی و استحکام بخشی آثار سلولوزی در برابر قارچ نیز اشاره شده است.

کمبود آب از مهم ترین مشکلاتی است که در مناطق خشک و نیمه خشک به وفور دیده می شود و رشد و توسعه پوشش گیاهی را در این مناطق با محدودیت روبه رو کرده است. استفاده از هیدروژل ابرجاذب از جمله راهکارهای افزایش بهره وری آب کشاورزی است. هدف این پژوهش، ساخت و بررسی خواص کامپوزیت هیدروژل ابرجاذب با روش کوپلیمرشدن بین مونومرهای آکریل آمید-آکریلیک اسید و زئولیت به عنوان نانوذرات خاک رس در مقادیر وزنی 0، 0.5، 1 و %1.5 است. با طراحی آزمون به روش فاکتوریل جزئی اثر مقادیر مواد سازنده در ساختار و خواص ابرجاذب و مقدار جذب آب بررسی شده است. از متیلن بیس آکریل آمید به عنوان عامل شبکه ساز و آمونیوم پر سولفات به عنوان آغازگر استفاده شد. طبق نتایج آزمون های گرماوزن سنجی، طیف سنجی زیرقرمز، میکروسکوپی الکترون پویشی و پراش پرتو X، افزایش نانوذرات تا %1 وزنی باعث افزایش مقاومت گرمایی، ایجاد تخلخل و شبکه یکنواخت در ساختار ابرجاذب می شود. این هیدروژل ابرجاذب، قابلیت جذب 1100g/g آب مقطر را دارد. مقدار جذب و نگه داری آب ابرجاذب در پنج بافت مختلف خاک بررسی شد که حاصل اختلاط 0، 25، 50، 75 و %100 شن با خاک متوسط بود. طبق نتایج ابرجاذب در هفته اول پس از آبیاری در خاک با بافت %50 شن بهترین نگه داری رطوبت اولیه را نشان می دهد و نیز در خاک با بافت شنی پس از 53 روز (30 روز دیرتر از نمونه کنترل) خاک به وزن اولیه می رسد.

لیگنین دومین پلیمر طبیعی فراوان پس از سلولوز در دنیاست. از این رو، شناسایی ساختار و گروه های عاملی لیگنین برای ارزیابی کاربردهای بالقوه آن در حوزه های مختلف فنی به ضرورت تبدیل شده است. از مشکلات عمده در شناسایی لیگنین، نبود پروتکل ها و استانداردهای مشخص است.در این مقاله سعی شده تا مطالعه ای نظام مند درباره شناسایی کمی گروه های عاملی و ساختار لیگنین با استفاده از فنون مختلف مانند تیترکردن، تجریه عنصری و طیف سنجی های 1H NMR و FTIR انجام شود. لیگنین به حالت مایع غلیظ سیاه رنگ از کارخانه کاغذسازی چوکا تهیه و خالص سازی شد. برای محاسبه مول گروه های هیدروکسیل، لیگنین با آلفابرموایزوبوتیریل برمید واکنش داده شد. با استفاده از طیف 1H NMR لیگنین آلفابرموایزوبوتیریل دار (BiBL) در مجاورت مقدار مشخصی از N، N- دی متیل فرمامید (DMF) به عنوان استاندارد داخلی، مول گروه های هیدروکسیل و متوکسیل به ازای 1g لیگنین محاسبه و به ترتیب 6.44 و 6.64mmol/g به دست آمد. به کمک تیترکردن آبی، مول گروه های هیدروکسیل فنولی و کربوکسیل به ازای 1g از لیگنین محاسبه شد که به ترتیب مقدارهای 3.13 و 2.84mmol/g به دست آمد. واحد فنیل پروپان لیگنین با فرمول ساختاری C9 به کمک نتایج طیف سنجی 1H NMR و تجزیه عنصری به صورت و HAl3.84HAr2.19S0.2O0.8 (OH)1.38 (OCH3)1.42 C9 تعیین شد. برای تعیین وزن مولکولی لیگنین، به دلیل انحلال ضعیف لیگنین در تتراهیدروفوران، نمونه لیگنین استیل دار شده در آزمون رنگ نگاری ژل تراوایی (GPC) به کار گرفته شد و با انجام برخی محاسبات، وزن مولکولی لیگنین n(M) محاسبه شد که مقدار 992g/mol به دست آمد.

پژوهش حاضر با هدف ساخت نمونه آزمایشگاهی هیدروژل با تورم پذیری زیاد و حفظ ساختار سه بعدی در برابر شرایط محیطی انجام شد. روش ها در پژوهش حاضر نخست برپایه طراحی و ساخت شبکه سه بعدی هیدروژل ابرجاذب با استفاده از پلیمر آکریل آمید سولفون دار آبکافت شده و آلومینیم نیترات 9 آبه به عنوان عامل شبکه ساز و درنهایت تحلیل داده ها و تعیین هیدروژل بهینه با استفاده از روش پاسخ سطح بوده است. به عبارت دیگر، با طراحی مجموعه آزمون ها و با استفاده از روش پاسخ سطح، هیدروژل بهینه برحسب سه پاسخ زمان تشکیل، زمان چروکیدگی و مقدار تورم شناسایی شد که البته خواص شیمیایی و شکل شناسی هیدروژل ابرجاذب بهینه با استفاده از روش بطری (تورم و چروکیدگی)، رئولوژی، طیف سنجی تفکیک انرژی (EDS) و آزمون گرماوزسنجی (TGA) معین شد. نتایج نشان داد، هیدروژل بهینه ماده ای با غلظت 40000ppm از پلیمر شامل wt%6 عامل شبکه ساز است. زمان چروکیدگی هیدروژل ابرجاذب بهینه حاصل بیش از 180 روز، مقدار تورم 2800 برابر وزن ماده خشک اولیه، مدول کشسانی Pa 15240 و پایداری گرمایی تا دمای 325 درجه سلسیوس بود. در این پژوهش، بیشترین مقدار تورم (4000 برابر وزن خشک هیدروژل ابر جاذب) در ترکیب هیدروژل با غلظت 20000ppm پلی آکریل آمید و با نسبت وزنی 6 به 100 آلومینیم نیترات 9 آبه به پلیمر مشاهده شد. اما، زمان چروکیدگی آن (کمتر از 10 روز) مانع از انتخاب این ترکیب از دو ماده به عنوان غلظت بهینه شد. همچنین، نسبت وزنی عامل شبکه ساز به پلیمر به عنوان کنترل کننده زمان تشکیل و چروکیدگی هیدروژل و غلظت پلیمر پارامتر اصلی در کنترل مقدار تورم، معرفی شد. پلی آکریل آمید و با نسبت وزنی 6 به 100 آلومینیم نیترات نه آبه به پلیمر مشاهده شد، اما زمان چروکیدگی آن (کمتر از 10 روز) مانع از انتخاب این ترکیب از دو ماده به عنوان غلظت بهینه شد. همچنین، نسبت وزنی عامل شبکه ساز به پلیمربه عنوان کنترل کننده زمان تشکیل و چروکیدگی هیدروژل و غلظت پلیمر پارامتر اصلی در کنترل مقدار تورم معرفی شد.

این پژوهش با دیدگاه تهیه نانوذرات پلیمری عامل دار پاسخگو به نور و امکان کاربرد آن ها برای تهیه کاغذهای هوشمند انجام شده است. ابتدا، کربازول به عنوان ترکیب فعال نوری انتخاب و با انجام واکنش جانشینی هسته دوستی با 2-برمواتانول به مشتق هیدروکسیل دار آن (N- (2- هیدروکسی اتیل) کربازول)، CzEtOH، تبدیل شد. طی واکنش اصلاح شیمیایی CzEtOH به وسیله آکریلویل کلرید، به مونومر آکریلاتی 2 -N- کربازولیل اتیل آکریلات (CzEtA) تبدیل و ساختار شیمیایی محصولات تایید شد. در مرحله بعد و برای تهیه نانوذرات پلیمری عامل دار حساس به نور، مونومر CzEtA، متیل متاکریلات و بوتیل آکریلات برای تشکیل هسته آب گریز با پلیمرشدن مینی امولسیونی کوپلیمر شدند. سپس، کومونومرهای متیل متاکریلات و گلیسیدیل متاکریلات برای تشکیل لایه بیرونی عامل دار روی هسته اولیه وارد شده و به روش پلیمرشدن امولسیونی دانه ای، لاتکس نهایی تهیه شد. پیک های جذبی شاخص مربوط به کربازول با طیف سنجی UV-Vis تایید شد. با آزمون های DLS و SEM مشاهده شد، اندازه ذرات کمتر از nm 100، توزیع اندازه ذرات باریک و شکل شناسی نانوذرات کروی است. در نهایت، به دلیل اهمیت کاغذهای هوشمند پاسخگو به نور و کاربرد گسترده آن ها، الیاف سلولوزی را با لاتکس عامل دار واکنش داده و کاغذهای هوشمند تهیه شدند. با توجه به تثبیت پلیمر حساس به نور روی الیاف سلولوزی کاغذ، شکل شناسی الیاف سلولوزی با SEM بررسی شد. همچنین، رفتار هوشمند کاغذهای به دست آمده با تابش نور فرابنفش با طول موج nm 254 ارزیابی شد. این کار برخی از ویژگی های امیدوارکننده این مواد را برای تهیه کاغذهای ضدجعل نشان می دهد که در آن ها ایمنی دغدغه اصلی است.

در پژوهش حاضر، نانوکامپوزیت دکسترین-پیوند-پلی پیرول-گرافن اکسید (PDGP@GO) با استفاده از (1) پلیمرشدن درجا و (2) مخلوط کردن مستقیم پلیمر دکسترین-پیوند- پلی پیرول و نانوذرات گرافن اکسید در محلول سنتز شد. نانوکامپوزیت های تهیه شده با روش طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR) شناسایی شدند. شکل شناسی سطح و ساختار نانوکامپوزیت ها با روش های پراش پرتو X و میکروسکوپی های الکترونی پویشی (SEM) و نیروی اتمی (AFM) بررسی شدند. قابلیت حذف یون فلزیPb (II)  و رنگینه آبی متیلن با استفاده از نانوکامپوزیت های سنتز شده بررسی شد. اثر pH، مقدار جاذب، زمان تماس و غلظت آلاینده بر مقدار جذب فلزی Pb (II) و رنگینه متیلن آبی مطالعه شد. از طرف دیگر، درصد حذف یون فلزی Pb (II) به وسیله نانوکامپوزیت (2) (%96) بیشتر از نانوکامپوزیت (1) (%88) بود. همچنین، شرایط بهینه برای حذف موثر رنگینه آبی متیلن با نانوکامپوزیت (1) (94%) و نانوکامپوزیت (2) (98%) در pH برابر 8، مقدار mg 100 جاذب نانوکامپوزیتی، زمان 60min تماس و غلظت 80mg/L رنگینه آبی متیلن انجام شد. مدل های هم دمای Langmuir و Freundlich، سینتیک شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم و ترمودینامیکی به منظور تعیین سازوکار جذب یون فلزیPb (II)  و رنگینه آبی متیلن روی نانوکامپوزیت (2) ارزیابی شد. نتایج نشان داد، هم دمای Langmuir، سینتیک شبه مرتبه اول و جذب خودبه خودی مدل مناسبی برای جذب یون فلزی Pb (II) روی نانو کامپوزیت (2) هستند، در حالی که مدل های هم دمای Freundlich، سینتیک شبه مرتبه دوم و جذب خودبه خودی مدل مناسبی برای حذف رنگینه آبی متیلن هستند.