تغییرات شیمیایی برگشت ناپذیری را انجام میدهند [10].
در یک دستهبندی دیگر از نظر ساختاری، پلیمرها به دو دسته کلی هموپلیمر و کوپلیمر تقسیمبندی میشوند. اگر تنها یک نوع واحد تکرار شونده (مونومر) در تشکیل زنجیر پلیمری شرکت داشته باشند به آن ترکیب هموپلیمر گفته میشود. اما اگر مونومر دیگری نیز در تشکیل زنجیر پلیمری نقش داشته باشد به ترکیب حاصل کوپلیمر میگویند [11].

3
در یک تقسیمبندی متفاوت، پلیمرها از نظر ساختار به چهار دسته اصلی تقسیم میشوند:
1- پلیمرهای خطی: که در آن زنجیر های طویل و انعطافپذیر با نیروهای واندروالس یا توسط پیوندهای هیدروژنی در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند.
2- پلیمرهای شاخهای: در این ساختار زنجیرهای پلیمری دارای ساختار شاخهای هستند که در آن مقدار به هم فشردگی و دانسیته زنجیرها نسبت به پلیمر خطی بسیار کمتر است.
3- پلیمرهای با اتصالات عرضی: در این ساختار زنجیرهای پلیمری توسط پیوندهای عرضی به یکدیگر متصل شدهاند، این پیوندهای عرضی هم میتوانند در طی زمان سنتز ایجاد شوند وهم میتوانند در طی یک فرآیند مجزا در پلیمر به وجود آیند. مانند اضافه کردن ناخالصیهایی که باعث متصل شدن زنجیرها میشوند، از جمله معروفترین این ناخالصیها میتوان به ترکیبات دوعاملی، دی اسیدها، دی آمینها، آمینو اسیدها و انیدریدها اشاره کرد.
4- پلیمرهای شبکهای: زمانی که از مونومرهای سه عاملی برای سنتز استفاده شود نتیجه پلیمریزاسیون ساختار شبکهای و سه بعدی خواهد بود. این پلیمرها دارای خواص ترموست هستند.
از نظر میزان استحکام این پلیمرها با یکدیگر کاملاً متفاوت هستند. از آنجا که در پلیمرهای خطی، زنجیرهای پلیمری تنها با نیروهای ضعیف واندروالسی در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند کمترین استحکام را از خود نشان میدهند. پلیمرهای عرضی به خاطر نیروهای کووالانسی عرضی استحکام بالاتری را از خود نشان میدهند. پلیمرهای شبکهای به دلیل اتصالات و پیوندهای کووالانسی گوناگون بالاترین میزان استحکام را نسبت به سه گروه دیگر دارد [12].

4
1-3-روشهای سنتز نانوذرات
در مقابل این خواص منحصر به فرد، مشکلات فرایندی قابل توجهی در ساخت نانوکامپوزیتها وجود دارد:
1-عدم توزیع یکنواخت فاز دوم در زمینه نانوکامپوزیتها، خواص مکانیکی نانوکامپوزیتها را کاهش میدهد.
2-تجمع ذرات پودر بسیار ریز در نانوکامپوزیتها، موجب افزایش انرژی سطحی آنها شده و کاهش خواص مکانیکی نانوکامپوزیتها را به دنبال دارد.
3-استفاده از مواد شیمیایی گرانقیمت برای توزیع یکنواخت فاز دوم در داخل فاز زمینه و جلوگیری از به هم چسبیدن ذرات پودر نانوکامپوزیتی و ساخت نانوکامپوزیتهایی با ریزساختاری همگن و خواص مکانیکی بالا، باعث غیر اقتصادی شدن و همچنین پیچیدهتر شدن فرایند میگردد [44].

15
1-9-روشهای تهیه نانوکامپوزیتها
به طور کلی پنج روش برای تولید نانوکامپوزیتها وجود دارد که از بین این روشها، سه روش که شامل مخلوطسازی مستقیم27، فرآوری محلول و پلیمریزاسیون درجا28 بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند [46].
1-9-1-مخلوطسازی مستقیم
در این روش ابتدا نانوذرات تهیه شده به صورت سوسپانسیون در یک حلال حل شده و سپس به محلول پلیمری اضافه میشود و مخلوط حاصل توسط یک پرس هیدرولیک در یک قالب اکسترود میشود و در نهایت صفحات نازک به دست میآیند [47]. در این روش انتخاب بستر پلیمری، انتخاب نوع ذرات و سازگاری این دو گونه با یکدیگر و نحوهی توزیع ذرات از نکات حائز اهمیتی است که بایستی بر آن فائق آمد و معمولاٌ برای تولید نانوکامپوزیتهای زمینه پلیمری حاوی نانوالیاف کربنی از این روش استفاده میشود. محدودیت این روش میزان فاز تقویتکننده و یا همان مواد پرکننده است. از دیگر محدودیتهای این روش میتوان به آگلومره شدن (به هم چسبیدن) ذرات اشاره کرد [48].
1-9-2-فرآوری محلول
با استفاده از این روش میتوان بر بعضی از محدودیتهای روش مخلوطسازی مستقیم غلبه کرد، ضمن آن که میتوان میزان آگلومراسیون و کلوخهای شدن نانوذرات در ماده پلیمری را کاهش داد. در این روش به دو صورت میتوان نانوکامپوزیتهای پلیمری را تولید کرد. اگر مادهی زمینه پلیمری و نانوذرات تقویتکنندهی آن در یکدیگر قابل حل شدن باشند، محلول حاصل را میتوان در یک قالب ریختهگری کرده و نانوکامپوزیت تولید نمود. در غیر این صورت مخلوط مواد نانوکامپوزیت در یک حلال حل شده و در نهایت با تبخیر حلال، نانوکامپوزیت مورد نظر به دست میآید [49]. مزیت اصلی این روش، امکان سنتز نانوکامپوزیتهای بر پایه پلیمرهای با قطبیت کم یا غیرقطبی میباشد. در هر حال، این روش به علت مصرف بالای حلال برای مصارف صنعتی مشکلات زیادی را فراهم میسازد [25].
1-9-3-پلیمریزاسیون درجا
از این روش اولین بار برای سنتز پلیآمید 6 استفاده شد. در این روش پلیمریزاسیون بستر پلیمری در حضور نانوذرات انجام میشود و منومر در حین رشد، ذرات پرکننده را در برمیگیرد. نکتهی کلیدی در این روش نحوهی توزیع ذرات نانو در مونومر است. با کنترل پیوند بین ذرات نانو و ماده زمینه، میتوان توزیع مورد نظر را به دست آورد. بسیاری از نانوکامپوزیتهای زمینه پلیمری را میتوان با این روش تولید کرد [50]. به طور مثال نانوکامپوزیتهای حاوی نانولایههای گرافیت که دارای هدایت الکتریکی بالا و نفوذپذیری کمی هستند، از این روش تولید میشوند. برای تولید این نانوکامپوزیتها ابتدا با امواج مافوق صوت لایههای گرافیت در مونومر به صورت یکنواخت توزیع میشوند و در نهایت با پلیمریزاسیون درجا نانوکامپوزیت به دست میآید [51].
نکتهای که در روشهای تولید نانوکامپوزیتهای پلیمری اهمیت دارد و آن را از یکدیگر متمایز میکند، توزیع مناسب مادهی پرکننده است با اصلاح سطحی میتوان این توزیع را به شکل یکنواخت به گونهای انجام داد که از آگلومراسیون اجزای نانومتری مادهی پرکننده جلوگیری شود و توزیع مناسب فاز تقویتکننده فراهم گردد. در واقع نکته مهم در تمام این فرایندها، اصلاح فصل مشترک بین پلیمر و نانوذره میباشد. استفاده از فرایندهای سطحی سبب توزیع یکنواخت فاز تقویتکننده در بستر پلیمری شده و افزایش مدول و استحکام نانوکامپوزیت را به دنبال خواهد داشت. پیشرفت روش پلیمریزاسیون درجا به قطبیت مولکولهای مونومر وابسته است [55-52].
1-9-4-روش سل-ژل29
تهیه نانوکامپوزیتهای پلیمری با استفاده از روش سل-ژل در دهههای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. با استفاده از این روش میتوان اکسیدهای فلزی را در مقیاس نانو در یک ماتریس پلیمری به صورت هموژن پراکنده نمود. این روش در واقع تهیه ماتریس مهمان با ترکیبات پیچیده میباشد، به این صورت که سیلیکات در محلول آبی حاوی پلیمر و مواد لازم برای شکلگیری ساختار سیلیکاتی پراکنده میشود [56]. انعطافپذیری این روش باعث شده که در آن بتوان اندازه خلل و فرج، مساحت سطح، دانسیته، ثابت دیالکتریک، شاخص انکسار و ترکیب شیمیایی ماتریس مهمان را تنظیم کرد. به طوری که ژل به دست آمده خواص ایدهآل را برای کاربردهای مورد نظر دارا میباشد. روش سل-ژل از بهترین روشها برای افزایش برهمکنش بین سطحی، توسط سنتز مواد، با درجه بالای اختلاط، یا نفوذ بین دو فاز غیر مشابه و در نتیجه پهن کردن ناحیه بین سطحی میباشد. این روش معایب جدی و آشکاری نیز دارد، اول اینکه تهیه کانیهای خاک رس به طور کلی به دمای بالایی نیاز دارد که این دما باعث تخریب و تجزیه پلیمر میشود، (به جز سنتز کانی نوع هکتوریت که در شرایط متوسط نیز قابل اجراست). یکی دیگر از مشکلات این روش تمایل لایههای سیلیکاتی در حال رشد به متراکم شدن است.بنابراین این تکنیک کمتر برای سنتز سیلیکاتهای لایهای مورد استفاده قرار میگیرد.با وجود این چندین محقق توانستهاند از این روش به طرز موفقیتآمیزی استفاده کنند [57].
1-9-5-سنتز با استفاده از تمپلیتها30
روش دیگر گزارش شده برای ساخت نانوکامپوزیتهای سیلیکات لایهای روش سنتز با استفاده از تمپلیتها میباشد. این روش کریستالیزاسیون هیدروترمال لایههای خاک رس در یک بستر پلیمری آبی ژل مانند است که پلیمر غالباٌ به عنوان قالبی برای تشکیل لایهها عمل میکند. این روش مخصوصاٌ با پلیمرهای محلول در آب سازگار است ولی در مورد پلیمرهایی مانند پلی وینیل پیرولیدون، پلی اکریلونیتریل و پلیآنیلین نیز به کار رفته است. حضور پلیمر در میان لایههای در حال رشد خاک رس باعث تعادل میان بارهای منفی لایههای خاک رس و کاتیونهای زنجیرهای پلیمری میشود. باید به این نکته توجه شود که ابعاد لایههای به دست آمده در این روش به دلایل سینتیکی قابل رقابت با سیلیکاتهای لایهای طبیعی نیست. به عبارت دقیقتر طول متوسط لایههای خاک رس در این روش کوچکتر است و در بهترین حالت به حدود یک سوم طول لایههای خاک رس طبیعی میرسد [58].
1-10-ضرورت توجه به نانوکامپوزیتهای پلیمری
نانوکامپوزیتها به دلیل کارآیی بهتر و وزن کمتر، جایگزین خوبی برای کامپوزیتهای معمولی هستند.
با توجه به حجم گسترده استفاده از کامپوزیتهای معمولی در داخل کشور و با عنایت به حجم بالای تولید پلیمرها در سالهای آتی از سوی شرکت ملی صنایع پتروشیمی و لزوم افزایش کاربردی این پلیمرها، تولید نانوکامپوزیتهای پلیمری یکی از مناسبترین راههای پاسخگویی به نیاز بازار و بهبود خواص و گسترش دامنه کاربرد پلیمرهای داخلی است [31].
با توجه به خواص برتر نانوکامپوزیتهای پلیمری در مقایسه با کامپوزیتهای معمولی پلیمری و با عنایت به روند نزولی قیمت جهانی نانوذرات و در نتیجه امکان رقابت این محصولات از نظر قیمت، انتظار میرود با تولید نانوکامپوزیتها در داخل کشور میتوان آنها را جایگزین بخش عمدهای از کامپوزیتهای معمولی پلیمری کرد [59].

1-11-کاربردهای نانوکامپوزیتها
کاربرد نانوکامپوزیتها در تهیه بخشهای خارجی خودرو بر پایه اولفینهای گرمانرم نظیر پروپیلن، در فیلمهای بستهبندی نایلونی، در بطریهای نگهداری مواد نوشیدنی، در لولههای پلیمری و در پوششهای کابل و سیم و غیره در حال گسترش است.
اخیراٌ جنرال موتورز تهیه اولین قطعات نانوکامپوزیت پلیاولفینی را که حاوی تنها 2/5 درصد پرکننده معدنی است، گزارش کرده است. این محصول از لحاظ سفتی معادل اولفین گرمانرم حاوی ده برابر پرکننده تالک است و موجب 20 درصد صرفهجویی در وزن میشود. شرکت آرگون، خواص عبوردهی نانوکامپوزیتهای استفاده شده در بستهبندی را تا حدود 2500 درصد اصلاح میکند. یک نوع جدید از این مواد مومهای از جنس نانوکامپوزیت است که میتواند به خوبی کاغذ، جهت روکش تجهیزات استفاده گردد [50].
19
نانوکامپوزیتهای پلیمری قابلیت استفاده در صنایع شیمیایی، خودروسازی، ساختمان سازی، نظامی، پزشکی، لوازم خانگی، ورزشی، کشاورزی و الکترونیکی، تهیه الیاف وفیلمها، مهندسی بافت، ضد حریق کردن پلاستیکها، سامانههای انتقال دارو را داشته و استفاده از آنها در این صنایع، کاهش مصرف سوخت و انرژی، افزایش مقاومت و ایمنی در برابر زلزله و آتشسوزی، افزایش عمر سازهها، کاهش خسارات ناشی از زمان نگهداری مواد غذایی و محصولات کشاورزی، کاهش خسارات ناشی از خوردگی و به طور خلاصه، استفاده بهینه از منابع موجود را میتواند به همراه داشته باشد [50].
استفاده از نانوکامپوزیتهای پلیمری با داشتن خواص حرارتی بالا، مقاومت در برابر آتشگیری، استحکام بالا، خواص ضد لکه، قابلیت رنگرزی الیاف در صنایع نساجی بسیار کاربردی هستند و همچنین سبک بودن الیاف تهیه شده با نانوکامپوزیتهای پلیمری در مقایسه با الیاف معمولی، مقاومت کمتر در مقابل نفوذ رطوبت و….

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید