علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1395 | دوره:29 | شماره:4 |تعداد مقالات:7

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در پژوهش حاضر، از پلی آنیلین (PANI) به عنوان پلیمر رسانا و کیتوسان (Chito) به علت داشتن خواص ضد باکتری و نیز زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری مناسب، به عنوان زیست پلیمر استفاده شد. نانوذرات نقره (Ag) نیز به عنوان تقویت کننده خواص ضدباکتری برای تهیه نانوکامپوزیت PANI-Chito-Ag در نظر گرفته شد. کامپوزیت PANI-Chito و نانوکامپوزیت PANI-Chito-Ag، از پلیمر شدن آنیلین در مجاورت کیتوسان و نقره تهیه شدند. برای بررسی خواص فیزیکوشیمیایی و ضدباکتری کامپوزیت و نانوکامپوزیت های تهیه شده، درصدهای وزنی مختلف از اجزای سازنده استفاده شد. برای بررسی خواص ضدباکتری نانوکامپوزیت PANI-Chito-Ag، آزمون های ضدباکتری با استفاده از دو نوع باکتری گرم مثبت استافیلوکوکوس اورئوس و باکتری گرم منفی اشرشیاکلی انجام شد. نتایج به دست آمده نشان داد، افزایش مقدار کیتوسان و نقره به ترکیب مدنظر باعث افزایش خاصیت ضدباکتریای نسبت به دو باکتری می شود. نتایج آزمون زیست تخریب پذیری نشان داد، بیشتر بودن مقدار کیتوسان در نانوکامپوزیت، باعث افزایش زیست تخریب پذیری آن شده همچنین بیشتر بودن غلظت باکتری استرپتومایسیس در خاک طبیعی باعث تخریب زودهنگام نمونه می شود. نتایج آزمون گرماوزن سنجی (TGA) حاکی از بهبود پایداری گرمایی نانوکامپوزیت PANI-Chito-Ag نسبت به کیتوسان خالص است. طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه، میکروسکوپی الکترونی پویشی و پراش انرژی پرتو X برای مشخص کردن ترکیب و ساختار نانوکامپوزیت سه جزئی هیبریدی PANI-Chito-Ag به کار گرفته شد. با این روش ها وجود و پراکنش یکنواخت نانوذرات نقره در ماتریس پلیمر تایید شد.

به تازگی پژوهش های بسیاری در زمینه پوشش های ضدخوردگی نانوکامپوزیتی حاوی پرکننده های معدنی انجام شده است. از جمله مهم ترین عوامل بررسی شده می توان به نوع روش پلیمر شدن، نوع ماتریس و پرکننده به کار رفته در نانوکامپوزیت اشاره کرد. از این میان، نانوکامپوزیت های پلیمر–خاک رس بهبود خوبی در بسیاری از خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرهایی ایجاد می کنند که در آن ها از مقدار کمی پرکننده استفاده می شود. در این پژوهش، نانوکامپوزیت اپوکسی- خاک رس برپایه ماتریس اپوکسی بیس فنول A و پرکننده خاک رس مونت موریلونیت (کلویزیت 15A) سنتز شد. از روش فراصوت دهی (طی زمان های مختلف همزدن فراصوتی) برای پراکندن ذرات خاک رس با مقادیر مختلف (%4-1) در ماتریس استفاده شد. ساختار نانوکامپوزیت اپوکسی-خاک رس سنتز شده با روش های میکروسکوپی الکترونی پویشی و عبوری و پراش پرتو X مطالعه شد. اندازه متوسط ذرات با استفاده از اندازه گیری پراش پرتو X به دست آمد. سپس خواص ضدخوردگی پوشش اپوکسی-خاک رس ساخته شده طی زمان های مختلف فراصوت دهی روی صفحه های فولاد کربن به کمک روش های تافل و طیف سنجی الکتروشیمیایی امپدانس بررسی شد. بدین منظور، صفحه های فولاد کربن پوشانده شده با این پوشش طی زمان های غوطه وری مختلف، در محلول %3.5 سدیم کلرید غوطه ور شد. نتایج بیانگر این است که نانوکامپوزیت حاوی %1 خاک رس سنتز شده در زمان فراصوت دهی 60 min نسبت به سایر کامپوزیت های تهیه شده دارای اندازه ذرات کوچک تر، چگالی جریان خوردگی کمتر و مقاومت بیشتر پوشش در برابر خوردگی است. این نانوکامپوزیت قابلیت ایجاد حفاظت خوبی در برابر خوردگی در محلول سدیم کلرید دارد.

با توجه به اینکه اکثر آلاینده های موجود در آب، برهم کنش قوی با سطوح آبگریز دارند، بنابراین برای غشاهای پلی اتیلنی کاهش شار عبوری به واسطه جذب برگشت ناپذیر آلاینده ها روی سطح این غشاها و گرفتگی حفره ها مشاهده می شود. در همین راستا، در پژوهش حاضر، بهبود خواص غشای پلی اتیلنی از نظر شار عبوری و مقاومت در برابر گرفتگی با پخش نانوذرات سیلیکا مطالعه شده است. در مرحله اول، نانوذرات سیلیکا با استفاده از روش سل-ژل در دو غلظت 0.5 و 1 مولار از آمونیاک سنتز و سپس از نانوذرات سنتز شده با اندازه کوچک تر (با چهار ترکیب درصد 0، 0.5، 1 و %2 وزنی)، برای ساخت غشاهای ماتریس ترکیبی استفاده شد. از آزمون های FE-SEM و EDX به ترتیب برای بررسی شکل شناسی و حصول اطمینان از وجود نانوذرات در ساختار غشا استفاده شد. نتایج حاصل از بررسی شار عبوری آب خالص نشان داد، غشای ماتریس ترکیبی حاوی 1% نانوذرات سیلیکا دارای حداکثر شار عبوری، 30 L/m2.hدر میان سایر غشاهاست. افزون بر این، عملکرد غشاها طی فیلترکردن محلول هیومیک اسید، به عنوان مهم ترین آلاینده های منابع آبی، با استفاده از مدل های گرفتگی کلاسیک مطالعه شد. نتایج مربوط به سازوکارهای گرفتگی حاکی از آن است که برای غشاهای خالص و ماتریس ترکیبی حاوی 0.5 و %2 نانوذرات، افزون بر سازوکار تشکیل لایه کیک، سازوکار گرفتگی متوسط حفره ها نیز مشاهده می شود. درحالی که سازوکار غالب برای غشای دارای %1 نانوذرات، فقط سازوکار تشکیل لایه کیک گزارش شد. بررسی مقاومت غشاها در برابر گرفتگی نشان داد، غشای حاوی %1 نانوذرات سیلیکا دارای بیشترین مقدار بازیابی شار %58 و نیز بیشترین نسبت گرفتگی برگشت پذیر به گرفتگی کل %52 است.

در این مطالعه، از هیدروژل های نانومغناطیسی تولید شده بر پایه کاپاکاراگینان و آکریلیک اسید برای حذف رنگ بنفش متیل از محلول های آبی استفاده شد. ابتدا هیدروژل ها با استفاده از کاپاکاراگینان و آکریلیک اسید در مجاورت آمونیوم پرسولفات به عنوان آغازگر رادیکالی و متیلن بیس آکریل آمید به عنوان شبکه ساز در محیط آبی تهیه شدند. سپس، هیدروژل های نانومغناطیسی با فرایند هم رسوبی یون های آهن دو و سه ظرفیتی در محلول آمونیاک تهیه شدند. اثر متغیرهای مختلف مانند زمان تماس، غلظت اولیه رنگینه، دما، مقدار جاذب و pH روی رفتارهای جذب رنگینه بنفش متیل در محیط آبی بررسی شد. ساختار هیدروژل نانومغناطیسی تهیه شده با روش های طیف سنجی زیرقرمز (IR)، گرماوزن سنجی (TGA)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) و میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM) مطالعه شد. نتایج به دست آمده از تصاویر SEM و TEM نمونه ها نشان داد، نانوذرات مغناطیسی آهن پراکندگی مناسبی در بستر هیدروژل دارند و اندازه تقریبی آن ها حدود 5-15 nm است. بیشترین مقدار جذب رنگینه حدود %86 به دست آمد، در شرایط بهینه شامل زمان 60 min و pH برابر 8 در شرایطی که غلظت اولیه رنگینه برابر 10 ppm بود. با افزایش دما و pH محلول، درصد جذب رنگینه افزایش یافت. نتایج این مطالعه نشان داد، هیدروژل های نانومغناطیسی با بازده زیاد و زمان کوتاه واکنش می توانند به عنوان جاذب موثر برای حذف رنگینه بنفش متیل از محلول های آبی استفاده شده و سپس به وسیله میدان مغناطیسی به سهولت جداسازی شوند. فرایند حذف تعادلی یون های فلزی به کمک هیدروژل های نانومغناطیسی به خوبی با الگوی لانگمیر، فروندلیچ و تمکین بیان شده است.

کامپوزیت های ساخته شده از الیاف شیشه- رزین فنولی به طور موثر در ساخت سپرهای گرمایی به کار رفته در محفظه سوختن استفاده می شوند. برای بهبود عملکرد این نوع از سازه های کامپوزیتی، استفاده از نانوذرات سیلیکا (SiO2) از محتمل ترین نوع نانوذرات است. در پژوهش حاضر، اثر افزودن نانوسیلیکا بر خواص فداشوندگی کامپوزیت های فنولی- الیاف شیشه بررسی شد. کامپوزیت های فداشونده الیاف شیشه-رزین فنولی با افزودن مقادیر متفاوت از %1 تا %3 وزنی پرکننده نانوسیلیکا، که اندازه ذره آن ها حدود 45nm بود، با استفاده از پرس گرم ساخته شدند. خواص مکانیکی، گرمایی و فداشوندگی کامپوزیت های ساخته شده بررسی شد. خواص فداشوندگی کامپوزیت ها با آزمون اکسی استیلن بررسی و سرعت فرسایش سطح خطی و وزنی آن ها محاسبه شد. آزمون پایداری گرمایی کامپوزیت ها با گرماوزن سنجی در جو هوای خشک و از دمای محیط تا دمای 800oC انجام شد. سرعت گرمادهی آزمون 10oC/min و وزن نمونه ها حدود 20 mg بود. نتایج نشان داد، با افزودن نانوسیلیکا پایداری گرمایی نانوکامپوزیت ها افزایش می یابد، طوری که سرعت فرسایش خطی و وزنی نانوکامپوزیت دارای %3 وزنی نانوسیلیکا نسبت به نمونه بدون نانوسیلیکا به ترتیب 52 و %48 کاهش یافت. بررسی استحکام خمشی سه نقطه ای این کامپوزیت ها نشان داد، استحکام خمشی این سازه های کامپوزیتی وقتی به حداکثر مقدار می رسد که مقدار نانوسیلیکای به کار رفته در آن ها %2 باشد. مدول خمشی و استحکام نمونه های دارای %2 وزنی نانوسیلیکا به ترتیب حدود 19 و %40 نسبت به کامپوزیت خالص افزایش یافته است. با وجود این، افزایش %3 وزنی نانوذرات موجب کاهش جزئی استحکام و مدول خمشی نسبت به نمونه دارای %2 وزنی نانوسیلیکا شده است.

در این پژوهش، کامپوزیت و نانوکامپوزیت رسانای جدید از پلی آنیلین به روش پلیمرشدن اکسایشی شیمیایی در جای آنیلین روی بستر سولفوریک اسید بر پایه سیلیکا و نانوسیلیکا تهیه شد. در این فرایند آمونیوم پرسولفات به عنوان اکسنده عمل می کند و واکنش در شرایط حالت جامد (بدون حلال) درون هاون در دمای محیط انجام شد. ساختار، اندازه و شکل شناسی تمام نمونه ها با استفاده از روش های طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، طیف سنجی فرابنفش- مرئی (UV-Vis)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM)، میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM) و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) معین شدند. رسانایی اندازه گیری شده کامپوزیت ها با رسانایی سنج کاونده چهارنقطه ای حدود 0.4 S/cm بود که نه تنها آن ها را در گستره ترکیبات رسانا قرار می دهد، بلکه در مقایسه با سایر نمونه های مشابه در مراجع رسانایی نسبتا زیادی نیز دارند. طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه و طیف سنجی فرابنفش-مرئی سنتز کامپوزیت ها و تشکیل پلارون ها را تایید می کند. تصاویر SEM نشان داد، ذرات سیلیکا به طور کامل با پلی آنیلین پوشش یافته و تمام نمونه ها نیز بی شکل هستند. همچنین، با توجه به تصاویر TEM و AFM، اندازه ذرات برای کامپوزیت و نانوکامپوزیت به ترتیب در محدوده 1-5mm و 35-49 nm به دست آمد. نتایج و مزایای برجسته این روش، تهیه کامپوزیت و نانوکامپوزیت های رسانای جدید با ساختار پلارون، در شرایط شیمی سبز و حالت جامد با استفاده از اسیدهای جامد (سولفوریک اسید بر پایه سیلیکا و نانوسیلیکا) در نقش عامل دوپه کننده هستند.