علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1396 | دوره:30 | شماره:3 (پیاپی 149) |تعداد مقالات:8

در سال های اخیر، استفاد ه از انواع شناساگرها به ویژه نوع رنگی آن، برای تشخیص زمان رسیدن میوه، تعیین زمان مناسب مصرف و نیز کاهش ضایعات محصولات کشاورزی ضروری شناخته شده است. در این پژوهش، از فیلم پلی اتیلن دارای نانو سیلیکا و محلول پتاسیم پرمنگنات، بسته نشانگر رنگی برای شناسایی گاز اتیلن آزاد شده از محصولات کشاورزی تهیه شد. بدین منظور، آمیخته هایی از پلیمر LDPE و دو نوع نانوذرات سیلیکای آب دوست و آب گریز به طور مجزا در مقادیر وزنی 2، 5 و %10 طی فرایند اختلاط مذاب تهیه شدند. سپس آزمون های تراوایی گاز اکسیژن برای بررسی تراوایی فیلم، میکروسکوپی الکترونی پویشی برای بررسی پراکنش نانوذرات، گرماسنجی پویشی تفاضلی برای بررسی تغییرات بلورینگی پلیمر، شاخص جریان مذاب برای بررسی فرایندپذیری و کشش برای بررسی خواص مکانیکی نمونه فیلم ها انجام شد. نتایج تراوایی گاز نشان داد، نمونه دارای %5 وزنی سیلیکای آب دوست ضمن پراکنش مناسب و ایجاد ساختارهای خوشه ای، موجب بیشترین مقدار گازتراوایی (%95) شده است. وجود نانوذرات سیلیکا اثر درخور توجهی بر تغییر درصد بلورینگی پلیمر و نیز خواص مکانیکی فیلم پلیمری نداشت. همچنین، نتایج شاخص جریان مذاب نیز بیانگر محدوده مناسب گرانروی آمیخته حین فرایند تولید فیلم پلیمری بود. با استفاده از فیلم پلی اتیلن با بیشینه تراوایی، نشانگرهای رنگی دارای شناساگر پرمنگنات پتاسیم تثبیت شده در پارچه تهیه شد. عملکرد نشانگرهای رنگی در مجاورت گاز اتیلن در دوره زمانی 10 روز تغییر رنگ محسوسی را نشان می دهد که دوره زمانی مناسب برای مصرف میوه کیوی ارزیابی می شود.

در پژوهش حاضر، اثر شرایط فرایند و اثر متقابل آن ها بر واکنش پذیری کاتالیزور در پلیمرشدن 1-هگزن با استفاده از کاتالیزور زیگلر-ناتا (ZN) تجاری به شکل دی n -بوتیل فتالات- TiCl4/MgCl2 بر اساس طراحی آزمون به روش سطح پاسخ (RSM) بررسی شد. اثر متغیرهای عملیاتی مختلف بر واکنش پذیری کاتالیزور با انجام آزمون های اولیه پلیمرشدن 1- هگزن ارزیابی شد. از میان متغیرهای عملیاتی مختلف سه متغیر شامل غلظت مونومر، دمای پلیمرشدن و نسبت مولی کمک کاتالیزور به کاتالیزور (Al/Ti) به عنوان پارامترهای اصلی موثر بر واکنش پذیری کاتالیزور برای پلیمرشدن 1-هگزن در نظر گرفته شدند. مدل باکس-بنکن با سه پارامتر اصلی در سه سطح پاسخ برای هر پارامتر، به منظور ارتباط بین پارامترها به کار گرفته شد. پس از دست یابی به نتایج تجربی تکرارپذیر، تجزیه و تحلیل آماری داده های آزمون های انجام شده نشان داد، غلظت مونومر و نسبت مولی Al/Ti اثر قابل توجهی بر واکنش پذیری کاتالیزور دارد. نتایج تجربی نشان داد، در دمای محیط با افزایش غلظت مونومر از مقدار 80.0 mmol به مقدار 239.9 mmol، واکنش پذیری کاتالیزور ZN مطالعه شده از 75.21 gpoly (1-hexene)/gcat به مقدار 265.1 gpoly (1-hexene)/gcat رسید. همچنین، با افزایش نسبت مولی Al/Ti از مقدار 45.9 به 136.8، واکنش پذیری کاتالیزور از 143.5 gpoly (1-hexene)/gcat به 265.1 gpoly (1-hexene)/gcat افزایش یافت. بیشینه واکنش پذیری کاتالیزور در دمای پلیمرشدن حدود 25oC به دست آمد و با افزایش دمای پلیمرشدن واکنش پذیری کاتالیزور کاهش یافت. بر اساس روش RSM، بهترین شرایط پلیمرشدن برای دست یابی به بیشترین محصول دهی کاتالیزور مطالعه شده در دمای پلیمرشدن حدود 35oC و نسبت مولی Al/Ti برابر 136.8 و غلظت مونومر برابر با 239.9 mmol به دست آمد.

نانولوله های کربن (CNT) دسته جدیدی از نانومواد هستند که به دلیل خواص منحصربه فرد آن ها مثل خواص الکتریکی و مکانیکی در کاربردهای مختلف اساسی مورد توجه واقع شده اند. هیدروژل های نانوکامپوزیتی، دسته نوینی از هیدروژل ها هستند که ساختار منحصربه فرد و استحکام مکانیکی زیادی دارند. همچنین در صنعت و پژوهش های علمی بسیار مورد توجه قرارگرفته اند. این دسته شامل پلیمر و نانوذرات غیرآلی مثل نانوخاک رس، نانولوله کربن، ذرات آهن و پراکسیدهای گرافن هستند که باید به شکل همگن در ماتریس پلیمری پراکنده شوند. پراکنه آبی نانوکامپوزیتی برپایه پلی (آکریل آمید-کو-آکریلیک اسید) و نانولوله کربن اصلاح شده، به روش پلیمرشدن درجای رادیکالی سنتز شد. آب جایگزین مناسبی به جای حلال های آلی سمی فرمامیدی برای ساخت پراکنه های آبی نانوکامپوزیتی poly (AA-co-AMM)/CNT هستند. خواص رئولوژی نانوکامپوزیت ها، افزایش چشمگیری نسبت به کوپلیمر خالص نشان داد. برای پراکنش بهتر و برهم کنش مناسب نانوذرات با پایه پلیمری، نانولوله های کربن با اسید اصلاح شدند و گروه های هیدروکسیل وکربوکسیل روی آن ها نشانده شد. پس از مرحله اکسایش، از واکنش آمین دار کردن برای نشاندن گروه های آمیدی روی ذرات CNT استفاده شد. واکنش اصلاح سطح ذرات نانولوله کربن با روش های طیف سنجی های زیرقرمز تبدیل فوریه و رامان بررسی شد. برای بررسی پراکنش نانوذرات از طیف سنجی رامان و نیز برای تایید پیوند نانوذرات به پلیمر از طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه استفاده شد. سپس، بررسی رئولوژی شامل رفتار گرانروکشسانی نمونه ها، انتقال سل به ژل، روبش بسامد نوسانی دینامیکی و برش پایا انجام شد. درنهایت، سازوکار افزایش خواص رئولوژی (مدول و گرانروی) بر اساس ریزساختار پراکنش نانوذرات، تشکیل شبکه و نیز برهم کنش های سطحی بین زنجیرهای پلی آکریل آمید و نانوذرات CNT مشخص شد.

انواع درشت مونومرها با شاخه های پلی اتیلن گلیکول از واکنش های استری شدن در شرایط مختلف سنتز شدند. با استفاده از درشت مونومرهای پلی اکسی اتیلن گلیکول آکریلات و متاکریلات سنتز شده با وزن مولکولی شاخه های پلی اتیلن گلیکول 600-3000 g.mol و مونومرهای سدیم آکریلات، سدیم متاکریلات و سدیم مالئات، انواع پلیمرهای چهارتایی به عنوان ابرروان کننده ساخته شد. انواع ابرروان کننده ها از پلیمرشدن رادیکال آزاد در محیط آبی و دمای 65-80oC سنتز شد ند. ساختار ابرروان کننده ها تحت تاثیر غلظت اجزای واکنش و شرایط پلیمرشدن بود. ساختار پلیمرهای چهارتایی سنتز شده با روش های رزونانس مغناطیسی هسته هیدروژن، طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR) و رنگ نگاری ژل تراوایی شناسایی شد. کارایی ابرروان کننده ها با طول زنجیر اصلی، نوع و نسبت مولی مونومرها، نسبت مولی شاخه به یون و اندازه شاخه های متصل به زنجیر اصلی تغییر می کند. عوامل گفته شده روی محدودیت شکل هندسی زنجیر، نحوه جذب و برهم کنش آن با ذرات سیمان اثر دارد. بررسی اثر ساختار ابرروان کننده روی واکنش آبدارشدن سیمان با روش های FTIR، گرماوزن سنجی (TGA) و پراش پرتو X و (XRD) انجام شد. با استفاده از روش FTIR، اثر ساختار ابرروان کننده مانند طول شاخه و نسبت مولی شاخه به یون بر ساختار ژل های کلسیم سیلیکات آبدار، پلی سیلیکات و کلسیم هیدروکسید تولید شده طی هفت روز آبدارشدن سیمان بررسی شد. نتایج XRD نشان داد، ساختار ابرروان کننده روی مقدار فاز آبدار نشده و محصولات آبدارشدن سیمان اثر دارد. با افزایش طول شاخه های پلی اتیلن گلیکول دمای تخریب ژل های کلسیم سیلیکات آبدار و بلورهای کلسیم هیدروکسید کمی افزایش یافت. افزون بر این، اندازه بلورهای کلسیم هیدروکسید با اندازه شاخه ابرروان کننده تغییر یافت.

در این مقاله، قانون تماس بین صفحه ساندویچی با هسته اسفنجی انعطاف پذیر و رویه کامپوزیتی با سمبه نیم کروی صلب با استفاده از روش تحلیلی- تجربی بررسی شد. به طور کلی، رابطه بین تغییرشکل و بار وارد شده به سازه به وسیله جسم خارجی، قانون تماس یا نفوذ نامیده می شود. در سازه های ساندویچی با توجه به انعطاف پذیری هسته و تفاوت زیاد مدول کشسانی بین رویه و هسته، به دست آوردن توزیع نیروی حاصل از تماس سمبه پیچیدگی های فراوانی دارد. در روش حاضر، با درنظرگرفتن رابطه توانی بین نیروی وارد شده به سازه و مقدار نفوذ سمبه، به همراه استفاده از نتایج تجربی حاصل از آزمون نفوذ بر سازه ساندویچی، توزیع نیرو محاسبه شده است. با توجه به توزیع نیروی به دست آمده و استفاده از حل مرتبه بالای سازه های ساندویچی، تغییرشکل ورق ساندویچی زیر بارگذاری ایستا (خمش) محاسبه شد. در این حل، رویه ها بر اساس فرض های نظری مرتبه اول برشی و هسته به شکل جسم سه بعدی که می تواند در راستای ضخامت فشرده شود، مدل سازی شدند. در بخش تجربی، ابتدا آزمون نفوذ و سپس آزمون خمش روی نمونه ها انجام شد. در آزمون نفوذ، نمونه ها با قرارگرفتن روی تکیه گاه صلب، بارگذاری شدند تا سازه تغییرشکل کلی نداشته باشد و مقدار جابه جایی نوک سمبه برابر با مقدار نفوذ باشد. در آزمون خمش، شرایط مرزی تکیه گاه ساده درنظر گرفته شد و نیرو به وسیله سمبه ای صلب نیم کروی در وسط ورق وارد شد. نمونه های ساندویچی بررسی شده دارای رویه های از جنس کامپوزیت شیشه-اپوکسی و هسته از جنس اسفنج استیرن-آکریلونیتریل بودند. مقایسه نتایج تحلیلی و تجربی نشان داد، استفاده از توزیع نیروی به دست آمده می تواند موجب افزایش قابل توجه دقت پیش بینی نتایج برای محاسبه تغییرشکل سازه ساندویچی با هسته انعطاف پذیر تحت بارگذاری ایستا شود.

به دلیل کاربرد فراوان پلی اتیلن اکسید (PEO) در صنایع مختلف از جمله صنایع شیمیایی، الکتریکی و دارویی، بررسی و بهینه سازی خواص آن مدنظر پژوهشگران بوده است. بهبود خواص این پلیمر با اصلاحات روی آن انجام می شود. از روش های اصلاح این پلیمر، افزودن نانوذرات طبیعی و تهیه نانوکامپوزیت است. در این پژوهش، نانوکیتین از تعلیق %10 کیتین در آب به کمک ابرآسیاب مکانیکی تهیه و با میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) میانگین قطرنانوالیاف تهیه شده حدود 50nm مشخص شد. نانو کامپوزیت های بر پایه پلی اتیلن اکسید شامل 1، 3 و %5 وزنی نانوکیتین بر اساس روش ریخته گری محلول با استفاده از حلال آب تهیه شدند. نتایج آزمون گرماوزن سنجی (TGA) و تجزیه دینامیکی مکانیکی گرمایی (DMTA) نشان داد، دمای تخریب و مدول ذخیره نانوکامپوزیت ها با افزودن نانوالیاف کیتین افزایش یافت. نتایج ریزنگارهای SEM نیز نشان دهنده تغییر شکل شناسی نمونه ها با افزایش مقدار نانوکیتین است. کاهش قابل توجه بلورینگی پلیمر نیمه بلوری PEO در اثر افزایش نانوکیتین با آزمون پراش پرتو (XRD) X مشاهده شد. همچنین نتایج آزمون پراش پرتو X نشان داد، در مقاد یر کم نانوذرات به دلیل پراکنش یکنواخت نانوالیاف کیتین در بستر پلیمر، پیکی در الگوی پراش مشاهده نمی شود. نتایج آزمون DMTA نمونه های نانوکامپوزیتی افزایش مدول حقیقی (G’) را با افزایش مقدار نانوکیتین نشان داد. همچنین، با افزایش مقدار نانوکیتین در نمونه ضریب اتلاف کاهش نشان داد. بیشترین افزایش در مقاومت گرمایی و خواص گرمامکانیکی نانوکامپوزیت پلی اتیلن اکسید با %5 وزنی نانوکیتین حاصل شد.

قیر ماده راه سازی مهمی بوده که خواص آن بسیار مورد توجه است. اصلاح قیر با پلیمر موجب افزایش عمر روسازی های آسفالت می شود. برای اصلاح خواص مهندسی قیر از روش های فیزیکی و شیمیایی استفاده می شود. از این میان، روش های فیزیکی به دلیل سادگی پرکاربردتر هستند. از روش های فیزیکی اصلاح قیر استفاده از پلیمرهاست. پلی سولفید از پلیمرهایی بوده که به تازگی مورد توجه پژوهشگران این صنعت قرار گرفته است. این پلیمر را می توان از ضایعات سنگین و هیدروکربن های کلردار صنایع پتروشیمی نیز سنتز کرد که افزون بر کاهش هزینه های مربوط به اصلاح قیر، کمک شایانی به حل مشکل انباشتگی این ضایعات می کند. در این پژوهش، از پلیمر پلی سولفید مایع ضایعاتی (waste liquid polysolfide polymer، WLPSP)، به تنهایی و همراه با نانوخاک رس برای اصلاح قیر استفاده شد. مقدار پلیمر اضافه شد ه به قیر 1، 3 و %5 بود. در نمونه هایی که دارای پلیمر و نانوخاک رس بودند، مقدار نانوخاک رس ثابت و %2 بود. پلیمر WLPSP موجب افزایش دمای نرمی و کاهش درجه نفوذ قیر می شود که این موضوع خواص قیر را در دمای زیاد بهبود می بخشد. این آثار برای تمام نمونه های قیر پلیمری و آمیخته های قیر-پلیمر-نانوخاک رس و قیر-نانوخاک رس مشاهده شد. نمونه های اصلاح شده با نانوخاک رس و پلیمر و نانوخاک رس به تنهایی کاهش بیشتر درجه نفوذ را نشان دادند. با افزایش WLPSP به قیر، شاخص نفوذپذیری قیر افزایش یافت که نشان دهنده کاهش حساسیت گرمایی قیرهای پلیمری و آمیخته های قیر-پلیمر-نانوخاک رس حاصل است.