علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1396 | دوره:30 | شماره:6 |تعداد مقالات:7

ساختارهای نانولیفی هسته-پوسته تهیه شده از پلیمرهای زیست سازگار و زیست تخریب پذیر نظیر فیبروئین ابریشم، کاربردهای بالقوه فراوانی در مهندسی بافت و دارورسانی دارند. در این بررسی، الکتروریسی هم محور فیبروئین ابریشم به عنوان جزء پوسته و ترکیب سالیسیلیک اسید و پلی وینیل الکل در هسته، برای تهیه ساختار نانولیفی هسته-پوسته انجام شد. اثر تغییرات غلظت، رسانایی الکتریکی و گرانروی محلول ها با استفاده از روش های طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، گرانروی سنجی و رسانایی سنجی محلول ها، طیف نورسنجی فرا بنفش، میکروسکوپی های الکترونی پویشی (SEM) و عبوری (TEM) بر قطر نهایی نانوالیاف هسته-پوسته تهیه شده و رفتار رهایش آن ها بررسی شد. در نهایت سعی شد تا مدل مناسبی برای رفتار رهایش سالیسیلیک اسید از این ساختار هسته-پوسته ارائه شود. نتایج نشان داد، قطر نهایی نانوالیاف هسته-پوسته به دست آمده در محدوده (22± )110nm تا nm (71± ) 250 و قطر هسته آن ها 40nm تا 80nm متغیر بود. با توجه به نقش رسانا کنندگی جزء پوسته در الکتروریسی هم محور، ارتباط مستقیم بین افزایش غلظت محلول پوسته و قطر نهایی در نتایج مشاهده شد، درحالی که افزایش غلظت محلول هسته در همه شرایط اثر معناداری بر قطر الیاف الکتروریسی شده نداشت. نتایج نشان داد، غلظت محلول هسته تنها عامل تعیین کننده قطر نانوالیاف نیست و اثر اختلاف گرانروی و رسانانندگی الکتریکی محلول پوسته و هسته نیز نقش مؤثری بر قطر نهایی نانوالیاف دارد. مطالعه رهایش سالیسیلیک اسید نشان داد، نسبت ترکیب درصد پوسته و هسته، عامل مؤثری بر مقدار و سرعت رهایش از این ساختارهاست، به طوری که افزایش مقدار سالیسیلیک اسید رها شده و سرعت رهایش آن با افزایش درصد پلی وینیل الکل در ترکیب هسته مشاهده شد.

استفاده از سیلیکای اصلاح شده و جایگزینی آن با دوده در آمیزه رویه تایر با وجود مزایایی مانند مقاومت غلتشی کمتر، با کاهش ضریب اصطکاک و متقابلاً کاهش ضریب امنیت خودرو همراه است. در کامپوزیت لاستیک استیرن-بوتادی ان محلول (SSBR) دارای نانوسیلیکای اصلاح شده با سیلان، طول زنجیر سیلان می تواند با تغییر در برهم کنش پلیمر-پرکننده، رفتار گرانروکشسان و خواص تریبولوژی آمیزه را تحت کنترل قرار دهد. سازوکار اثر طول فاصله انداز سیلان در تغییر برهم کنش های پلیمر-پرکننده و تقویت کنندگی همیشه مورد تردید بوده و برهم کنش های آنتالپیایی یا از نوع درگیری مکانیکی به عنوان محتمل ترین گزینه ها مطرح شده است. این پژوهش، با به کارگیری نظریه های برپایه انرژی سطحی، سهم تقویت کنندگی از برهم کنش های آنتالپیایی و مکانیکی را تفکیک کرده و شدت اثر هریک از این دو سازوکار را ارزیابی می کند. به طور ویژه، دو سیلان تک عاملی آلیفاتیک با طول فاصله انداز 3 و 16 کربنی بر سطح سیلیکا پیوندزنی شد و مشخصه های سطحی سیلیکا و نیز شکل شناسی، خواص دینامیکی و تریبولوژی آمیزه حاصل از آن با کامپوزیت دارای یک نوع سیلان دوعاملی مقایسه شد که به طور معمول در آمیزه رویه استفاده می شود. نتایج نشان می دهد، آمیزه های دارای سیلیکای اصلاح شده با طول زنجیر کوتاه و بلند که در آن ها انرژی سطحی و برهم کنش های آنتالپیایی یکسان فرض شده است، رفتار دینامیکی و تریبولوژی مشابهی دارند که این مهم حاکی از نبود درگیری مکانیکی متأثر از طول زنجیر سیلانی در فصل مشترک پلیمر و پرکننده است. در نقطه مقابل طول فاصله انداز سیلان، اثر بسیار زیادی بر برهم کنش های آنتالپیایی، رفتار گرانروکشسان و رفتار اصطکاکی کامپوزیت ها دارد. داده های ضریب اصطکاک نشان می دهد، مدول اتلاف در پیش بینی رفتار اصطکاکی متغیری کنترل کننده است.

لیگنین پس از سلولوز، فراوان ترین پلیمر طبیعی موجود در جهان است که اصلاح شیمیایی آن بهترین راه برای بهبود خواص این ماده به منظور استفاده در سنتز مواد شیمیایی و پلیمری است. از میان مونومرهایی که تاکنون برای اصلاح لیگنین استفاده شده اند، آکریل آمید (AAm) بازده بیشتری در کوپلیمرشدن پیوندی داشته است. در پژوهش حاضر، لیگنین بومی مصرفی با استفاده از کلریدریک اسید (HCl) به روش رسوب دهی اسیدی از مایع سیاه حاصل از صنعت کاغذسازی استخراج و سپس با انحلال در تتراهیدروفوران خالص سازی شد. اصلاح شیمیایی لیگنین با مونومر آکریل آمید در مجاورت آغازگرهای مختلف شامل هیدروژن پراکسید (H2O2)-کلسیم کلرید (CaCl2)، هیدروژن پراکسید-آهن (II) کلرید (FeCl2)، آمونیوم پرسولفات (APS)، پتاسیم پرسولفات (KPS)، پتاسیم پرسولفات-آمونیوم آهن (II) سولفات 6 آبه (AFS. 6H2O) و سریک آمونیوم نیترات (CAN)-نیتریک اسید (HNO3) بررسی شد. سپس، کوپلیمرهای پیوندی با روش های طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه و رزونانس مغناطیسی هسته پروتون شناسایی شدند. بیشترین و کمترین درصد تبدیل مونومر با استفاده از آغازگرهای مختلف در گروه کوپلیمرهای سنتزی روی لیگنین، به ترتیب مربوط به سامانه های آمونیوم پرسولفات با مقدار %94. 32 و پتاسیم پرسولفات با مقدار %77. 83 بود. از میان انواع آغازگرهای استفاده شده فقط سامانه اکسایش-کاهش هیدروژن پراکسید-کلسیم کلرید در دمای 30 درجه سلسیوس به بازده پیوندزنی %100 و بدون تشکیل هیچ گونه زنجیر هوموپلیمر آزاد منجر شد، درحالی که در مجاورت سایر سامانه ها، زنجیرهای هوموپلیمر آزاد نیز افزون بر زنجیرهای کوپلیمر پیوندی تشکیل شدند. نتایج نشان داد، در مجاورت سامانه CAN/HNO3، واکنش پیش نمی رود.

عایق های گرمایی برای بهینه سازی مصرف انرژی و کاهش اتلاف گرمایی در خور توجه هستند. استفاده از عایق های سبک سبب کاهش وزن و بهبود کارایی محصول نهایی می شود. یکی از رویکردها برای دست یابی به عایق سبک، ساخت نانوکامپوزیت هایی با چگالی کم و خواص عایقی مناسب است. چوب پنبه، ماده ای سلولوزی با سلول های میکرونی است که کاربرد گسترده ای در عایق های گرمایی سبک دارد. به دلیل وجود ساختار متخلخل در چوب پنبه، این ماده به عنوان یکی از بهترین عایق های گرمایی استفاده می شود که چگالی و رسانندگی گرمایی کمی دارد. تلاش های بسیاری برای کاهش هرچند ناچیز رسانندگی گرمایی آن انجام شده است. در این پژوهش، برای بهبود عملکرد گرمایی و فداشوندگی کامپوزیت سیلیکون-چوب پنبه، از ایروژل نووالاک با ساختار متخلخل سلول باز نانومتری و چگالی، رسانندگی گرمایی و نفوذ گرمایی بسیار کم استفاده شده است. وجود ایروژل نووالاک در حفره های میکرونی چوب پنبه و پرکردن آن ها، سبب افزایش نسبی چگالی کامپوزیت، حذف انتقال گرمای جابه جایی هوا در سلول های چوب پنبه، کاهش چشمگیر رسانندگی گرمایی و نفوذ گرمایی چوب پنبه می شود. رسانندگی گرمایی بسیار کم ایروژل، دست یابی به کامپوزیتی با رسانندگی گرمایی و چگالی کم را ممکن ساخته است، به طوری که وجود ایروژل در کامپوزیت سیلیکون-چوب پنبه سبب کاهش %39 رسانندگی گرمایی و %45 نفوذ گرمایی کامپوزیت نسبت به کامپوزیت بدون ایروژل شده است. با وجود ایروژل، پایداری گرمایی و مقاومت گرمایی کامپوزیت افزایش و پایداری زغال تشکیل شده بهبود یافته است. همچنین، وجود ایروژل در حفره های چوب پنبه و اعمال پوشش نهایی رزول-گرافن اکسید روی سطح نمونه، سبب بهبود رفتار فداشوندگی کامپوزیت سیلیکون-چوب پنبه-ایروژل و کاهش %55 دمای پشت کامپوزیت فداشونده نسبت به نمونه بدون ایروژل شد.

در این مطالعه، اثر نانوسلولوز آب گریز بر رفتار فازی آمیخته پلی استیرن (PS)-پلی وینیل متیل اتر (PVME) در ترکیب درصدهای دور از ناحیه بحرانی بررسی شده است. بدین منظور، آمیخته های خالص PS/PVME با ترکیب درصدهای 90/10 و 60/40 با %2 نانوذرات بررسی شدند. برای مطالعه اثر نانوذرات بر دمای جدایی فاز، از آزمون پویش دمای مدول دخیره (از ناحیه تک فاز تا دماهای بیشتر از جدایی فاز) استفاده شد. برای مشاهده تغییرات شکل شناسی حین جدایی فاز نمونه ها از تصاویر میکروسکوپی نوری استفاده شد. تصاویر TEM نشان می دهد، حین جدایی فاز، نانوسلولوز آب گریز در فاز غنی از PS قرار گرفته که این موضوع با پیش بینی رابطه ترمودینامیکی پارامتر ترشدگی سازگار است. برای آمیخته 90/10 PS/PVME جدایی فاز گرانروکشسان کنترل کننده جدایی فاز است. وجود نانوذرات باعث شد تا در دماهای زیاد، شبکه ایجاد شده از فاز پلی استیرن پایدار باشد. جدایی فاز برای آمیخته 60/40 PS/PVME طبق سازوکار هسته گذاری و رشد است و با ادامه جدایی فاز اندازه قطره ها به طور شایان توجهی بزرگ تر شده و توزیع پهنی از اندازه قطره ها مشاهده می شود. افزایش دما موجب بیشترشدن بی تقارنی دینامیکی شده و در نتیجه در دماهای بیشتر تغییر سازوکار جدایی فاز از هسته گذاری و رشد به جدایی فاز گرانروکشسان مشاهده می شود. وجود نانوذرات در فاز پلی استیرن هم راستا با افزایش دما موجب افزایش بی تقارنی دینامیکی شده و در نتیجه از دماهای کمتر جدایی فاز طبق سازوکار گرانروکشسان مشاهده می شود.

هدف از انجام این پژوهش، بررسی اثر مقدار عامل پخت بنزوئیل پراکسید بر خواص فیزیکی و مکانیکی پوشش ترافیکی دوجزئی برپایه پلیمر متیل متاکریلات بود. بدین منظور و برای رسیدن به مقدار مناسب و بهینه از عامل پخت، نمونه های پوشش ترافیکی دوجزئی با مقادیر مختلف عامل پخت بنزوئیل پراکسید شامل 0. 4، 0. 8، 1، 1. 2، 1. 4، 1. 6 و %2 وزنی نسبت به جزء اول تهیه شد. سپس، خواص نمونه های مختلف با انجام آزمون های تعیین زمان خشک شدن ترافیکی، سختی سنجی، مقاومت در برابر شرایط جوی شتاب یافته، استحکام کششی و خواص دینامیکی مکانیکی بررسی شد. نتایج آزمون های فیزیکی مکانیکی مختلف نشان داد، مقدار بنزوئیل پراکسید بر خواص فیزیکی، مکانیکی و گرمایی پوشش ترافیکی دوجزئی حاصل اثر دارد، به نحوی که در مقادیر کم از عامل پخت (0. 4 درصد وزنی)، خواص پوشش به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد و با افزایش مقدار عامل پخت و رسیدن به مقدار بهینه، تغییرات خواص نهایی پوشش شایان توجه نیست. این موضوع را می توان به واکنش رادیکالی پلیمرشدن رزین متیل متاکریلات با وجود عامل پخت بنزوئیل پراکسید نسبت داد. از سوی دیگر، با افزایش مقدار عامل پخت به مقدار %2 وزنی، به دلیل وجود ترکیبات واکنش نداده عامل پخت و نرم کننده محتوی آن، برخی دیگر از خواص مانند ثبات جوی و خواص مکانیکی کاهش می یابد. با توجه به نتایج آزمون های مختلف، محدوده بهینه برای مقدار عامل پخت پراکسیدی برای دست یابی به خواص مناسب از نظر زمان خشک شدن و خواص فیزیکی و مکانیکی نهایی، بین %1. 2 تا %1. 6 وزنی به دست آمد.

کربوکسی متیل سلولوز یکی از پلیمرهای پلی ساکاریدی با قابلیت تولید فیلم های شفاف و خواص بازدارندگی و مکانیکی نسبتاً خوب بوده که در سطح گسترده ای از پژوهش ها در زمینه بسته بندی مواد غذایی استفاده شده است. در این پژوهش، نانوذرات خاک رس نوع مونت موریلونت و کلویزیت 30B به حالت خالص و اصلاح شده با فلزات نقره و مس برای بهبود خواص عملکردی فیلم نانوزیست کامپوزیتی کربوکسی متیل سلولوز استفاده شدند. مشاهده شد، وجود این نانوذرات باعث افزایش جذب نور UV در فیلم ها، کاهش نفوذپذیری بخار آب و افزایش استحکام مکانیکی فیلم ها می شود. نتایج آزمون XRD نشان داد، نقره به طور مؤثری در فضای بین لایه ای مونت موریلونیت قرار گرفته است، زیرا فاصله بین لایه ای از 1. 841nm برای خاک رس نوع کلویزیت 30B به 1. 855nm در خاک رس نوع کلویزیت 30B اصلاح شده با نقره افزایش یافته است. نتایج حاصل از تصاویر SEM نشان داد، در حالت کلی نانوذرات خاک رس نوع کلویزیت 30B نسبت به خاک رس سدیم مونت موریلونیت سازگاری بهتری با فیلم کربوکسی متیل سلولوز دارند. همچنین نتیجه گرفته شد، نانوذرات خاک رس اصلاح شده با مس در تهیه فیلم های نانوزیست کامپوزیت سازگارتر از خاک رس اصلاح شده با نقره هستند. خاصیت ضدمیکروبی نانوذرات نامبرده نیز در برابر دو باکتری استافیلوکوکوس اورئوس و اشرشیاکلی بررسی شد. از نتایج آزمون میکروبی مربوط به نمونه های فیلمی کربوکسی متیل سلولوز دارای انواع نانوذرات خاک رس مشخص شد، فیلم دارای %4 وزنی کلویزیت 30B اصلاح شده با نقره بیشترین اثر ضد میکروبی را علیه باکتری های استافیلوکوکوس اورئوس و اشرشیاکلی نشان می دهد.