شیشهای (Tg) در ساختارهای آمورف پدیدار میشود [96]
برای آزمون DSC اطلاعات بر حسب بر روی محور عرضها، در برابر دما ترسیم شده است. مزیت اصلی استفاده از آزمون DSC این است که مساحت پیکهای ترموگرام ارتباط مستقیمی با تغییرات آنتالپی نمونه دارد. در این آزمون، تحولات ما گرماگیر بوده و در پائین خط اصلی قرار گرفتهاند. در شکلهای (3-7) و (3-8) ترموگرامهای مربوط به ماتریس پلیمری Starch/PVA و نانوکامپوزیت (5%) Starch/PVA/CdS نشان داده شدهاند.

71

شکل (3-7)- آزمون DSC. ترموگرام مربوط به ماتریس پلیمری Starch/PVA

شکل (3-8)- آزمون DSC. ترموگرام مربوط به نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS (5%)
72
با توجه به اطلاعاتی که ترموگرامها و دادههای جدول (3-2) نشان میدهند میتوان متوجه شد که دمای ذوب (Tm) با افزودن نانوذرات CdS به ماتریس پلیمری بیشتر از کامپوزیت پلیمری شده است و همچنین با توجه به همان اطلاعات ترموگرام، مشاهده شده که ابتدای شیب منحنی برای نمونه نانوکامپوزیتی بیشتر از کامپوزیت خالص شده که نشان می-دهد نمونهی نانوکامپوزیتی دیرتر شروع به ذوب شدن کرده و میتوان اینگونه استنباط کرد که اضافه شدن نانوذره به ماتریس پلیمری و قرار گرفتن آنها در بین زنجیرههای پلیمری باعث کاهش حرکت زنجیرههای پلیمری شده و مانع نفوذ حرارت و اکسیژن به پلیمر شده و باعث کاهش سرعت سوختن و بخار شدن اجزا پلیمر میشوند و همین مسئله باعث افزایش مقاومت حرارتی نمونه نسبت به کامپوزیت خالص شده است.

جدول (3-2)- دادههای مربوط به آزمون کالریمتری روبشی تفاضلی (DSC)

Onset نمونه

دمای ذوب نمونه

دمای انتقال شیشهای

نمونه مورد بررسی

1/234

848457/0

8/318

9/234

Starch/PVA

283

78225/1

2/322

4/285

Starch/PVA/CdS (5%)

همانطور که ترموگرامها و دادههای جدول نشان میدهند، دمای انتقال شیشهای (Tg ) با افزودن نانوذرات CdS افزایش یافته است. افزایش Tg احتمالاٌ به دلیل واکنشهای بین پلیمر

73
و نانوذره و چگالی بالای اتصالات عرضی است که تحرک زنجیره پلیمری را با تشکیل یک پوستهی پلیمری ثابت و بیتحرک در اطراف نانوذرات CdS کاهش میدهد و از این بابت استحکام زنجیرههای درون ماتریس پلیمر را افزایش میدهد.

3-5-3- نتایج جذب نور مرئی- فرابنفش
شکلهای زیر طیف UV-Vis از نانوکامپوزیتهای تهیه شده با درصدهای مختلف از نانوذرات CdS را در ناحیه nm800-300 نشان میدهد.

شکل (3-9)- طیف UV-Vis مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل در محدوده 300 تا 800 نانومتر

74

شکل (3-10)- طیف UV-Vis مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 1% کادمیوم سولفید در محدوده 300 تا 800 نانومتر

شکل (3-11)- طیف UV-Vis مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 3% کادمیوم سولفید در محدوده 300 تا 800 نانومتر
75

شکل (3-12)- طیف UV-Vis مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 5% کادمیوم سولفید در محدوده 300 تا 800 نانومتر

همانطور که در شکلهای بالا مشاهده میشود، در تمامی فیلمهای مربوط به نانوکامپوزیت، پیک حدوداٌ در ناحیهی nm450 دیده میشود که یک جابهجایی حدود nm65 را به سمت طول موج آبی، نسبت به CdS تودهای که در nm 515 جذب دارد را نشان میدهد. که این جابهجایی به سمت طول موج آبی به دلیل اثر کوانتومی نانوذرات CdS میباشد.همچنین ملاحظه میشود که با افزایش درصد نانوذره شدت پیک بیشتر شده و درصد جذب افزایش یافته است.
ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی نانوذرات نیمه هادی تنها به سایز ذرات بستگی دارد. هنگامی که سایز ذرات نیمه هادی تا مقیاس نانومتر کاهش پیدا میکند، باند گپ نیمه هادی افزایش مییابد و باعث به وجود آمدن یک جابهجایی به سمت طول موج آبی در طیف UV-Vis میشود. باند گپ مربوط به نمونهها و مقدار جابهجایی آنها نسبت به باند گپ CdS تودهای (eV42/2) در جدول (3-3) نشان داده شده است.
76

شکل (3-13)- باند گپ مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 1% کادمیوم سولفید

شکل (3-14)- باند گپ مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 3% کادمیوم سولفید

77

شکل (3-15)- باند گپ مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 5% کادمیوم سولفید

جدول (3-3)- دادههای مربوط به باند گپ نمونههای نانوکامپوزیتی
جابهجایی نسبت به باند گپ CdS تودهای
باند گپ
(eV)

نمونه مورد بررسی
06/0
48/2
Starch/PVA/CdS(1%)

12/0
54/2
Starch/PVA/CdS(3%)

2/0
62/2
Starch/PVA/CdS(5%)

3-5-4- نتایج آزمون جذب آب
در این پژوهش، آزمون جذب آب بر روی تمام نمونههای تولید شده انجام شد و اثر افزایش نانوذرات CdS برروی جذب آب بررسی شد. تغییرات میزان درجهی جذب آب توسط کامپوزیت خالص Starch/PVA و نانوکامپوزیتهای Starch/PVA/CdS با زمان اندازه
78
گیری شده و در نمودارهای زیر نشان داده شده است.

شکل (3-16)- بررسی اثر زمان بر روی وزن نمونه آبدار فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل

شکل (3-17)- بررسی اثر زمان بر روی وزن نمونه آبدار فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 1% کادمیوم سولفید
79

شکل (3-18)- بررسی اثر زمان بر روی وزن نمونه آبدار فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 3% کادمیوم سولفید

شکل (3-19)- بررسی اثر زمان بر روی وزن نمونه آبدار فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 5% کادمیوم سولفید

80

شکل (3-20)- نمودار جذب آب مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل

شکل (3-21)- نمودار جذب آب مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 1% کادمیوم سولفید

81

شکل (3-22)- نمودار جذب آب مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 3% کادمیوم سولفید

شکل (3-23)- نمودار جذب آب مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 5% کادمیوم سولفید
82
همانطور که در نمودارهای بالا مشاهده میشود، میزان جذب آب توسط نانوکامپوزیتها از کامپوزیت خالص Starch/PVA کمتر است. این تفاوت در میزان جذب را میتوان به حضور نانوذرات CdS در ساختار نانوکامپوزیت نسبت داد. دلیل این است که با افزایش CdS به ماتریس پلیمری، تعداد برهمکنشهای بین مولکولی زیاد شده و بازده اتصالات عرضی افزایش مییابد در نتیجه شکاف میان بافتهای پلیمری کاهش مییابد که باعث کاهش جذب آب میشود. میتوان گفت CdS به عنوان یک تقویت کننده در ماتریس پلیمری عمل میکند.

3-5-5- نتایج آزمون تخریب آنزیمی
یکی از فاکتورهای اصلی کاربرد پلیمرها برای استفاده در صنعت، زیست تخریب پذیری آنها است. به طور کلی، روش معتبر و مرجعی برای تعیین میزان تخریب پذیری پلیمرها وجود ندارد. روش آنزیمی، روش میکروبیولوژی و روش دفن در زیر خاک توسط محققین در سالهای گذشته بررسی شدهاند.
در این پژوهش، آزمون تخریب آنزیمی بر روی تمامی نمونههای تولید شده انجام شد. نتایج این آزمون به صورت نمودار در زیر آورده شده است که اثر افزایش نانوذرات CdS بر روی ماتریس پلیمری را نشان میدهد.

83

شکل (3-24)- نمودار درصد تخریب آنزیمی مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل

شکل (3-25)- نمودار درصد تخریب آنزیمی مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 1% کادمیوم سولفید
84

شکل (3-26)- نمودار درصد تخریب آنزیمی مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 3% کادمیوم سولفید

شکل (3-27)-نمودار درصد تخریب آنزیمی مربوط به فیلم نشاسته/ پلی وینیل الکل/ 5% کادمیوم سولفید
85
همانطور که در نمودارهای بالا مشاهده میشود، افزایش زمان تاًثیر آنزیم بر فیلمهای نشاسته-پلی وینیل الکل، باعث کاهش وزن نمونهها و در نتیجه افزایش درصد تخریب میشود. همچنین دیده میشود که بعد از گذشت 9 ساعت، سرعت تخریب تقریباً ثابت میماند که این را میتوان به متوقف شدن تقریبی فعالیت آنزیم بعد از 9 ساعت ربط داد. و نیز حضور نانوذرات CdS سرعت تخریب نانوکامپوزیتها را کاهش داده است که با افزایش درصد نانوذره اثر منفی بالاتری بر روی سرعت تخریب داشته است. دلیل نتیجهی مشاهده شده این است که حضور نانوذرات در ماتریس پلیمری باعث افزایش سازگاری و امتزاجپذیری میشود و یک ساختار متراکم بین نشاسته و پلی وینیل الکل تشکیل میدهد، در نتیجه سرعت نفوذ آنزیم آمیلاز به درون ماتریس پلیمری کاهش مییابد و از سرعت تخریب کاسته میشود.

86
3-6-نتیجهگیری

همانطور که در فصلهای قبل نیز اشاره شد روش همرسوبی جهت تهیه نانوذرات روشی ساده و ارزان میباشد که در این پژوهش از این روش برای تهیه نانوذرات CdS استفاده شد و نانوذراتی با سایز حدود nm 9 سنتز شد. برای شناسایی و بررسی ساختار نانوذرات از روشهای شناسایی SEM و XRD استفاده شد. سپس برای بهبود خواص مخلوط پلیمری Starch/PVA در این پژوهش به ساخت نانوکامپوزیتهای Starch/PVA/CdS به روش فرآوری محلول، که به عنوان یکی از روشهای ساده آزمایشگاهی است پرداخته شد و با استفاده از روشهای شناسایی SEM و EDX حضور نانوذرات در ماتریس پلیمری ثابت گردید. پس از آن به بررسی خواص نوری، خواص حرارتی، خواص مکانیکی، جذب آب و تخریب آنزیمی نمونهها پرداخته شد. به منظور بررسی خواص مکانیکی از آزمون Tensile، خواص حرارتی از DSC و جذب آب از روش Tea-bag استفاده شد. همانطور که مشاهده شد خواص حرارتی و مکانیکی نسبت به کامپوزیت خالص افزایش یافت ولی جذب آب و تخریب آنزیمی کاهش یافت. با انجام این پژوهش به این مهم دست یافته شد، که با توجه به کاربردهای وسیع پلیوینیل الکل و نشاسته در صنایع مختلف به خصوص در صنعت بستهبندی و ظروف یکبار مصرف و با توجه به نتایج به دست آمده در مورد بهبود خواص نانوکامپوزیت آن نسبت به کامپوزیت خالص، میتوان به طور جدی توسعه و تولید صنعتی این نانوکامپوزیتها را برای استفاده در صنایع مختلف در آیندهای نه چندان دور دنبال کرد.

87

مراجع

فهرست مراجع

[1] http://www.nano.ir
[2] http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html.
[3] S.C. Tjong, Haydn Chen, Mater,Sci & Eng.R, 45 (2004) 1-88.
[4] H.Gleiter, Prog. Mater. Sci, 33 (1989) 223.
[5] L.A. Utracki, Rapra Technology Limited, UK 8, (2008), pp.1597-1615.
[6] E. Serrano, G. Rus, J. Martnez, Energy Rev, 13 (2009) 2373-2384.
[7] S. H. Wu, F. Y. Wang, Mater. Let, 49, 33 (2001) 359-362.
[8] D. Porter, E. Metcalfe, Fire Mater, 45 (2000) 45-55.
[9] M. P. Stevens, Polymer Chemistry an Introduction, Oxford University Press, (1990) pp.401-423.
[10] P. C. Lebron, Z. Wang, T. J. Pinnavaia, Appl.Clay. Sci, 45, 26 (2004) 9011-9018.
[11] http://www.polypedia.ir
[12] http://www.polymerization.persian blog.ir
[13] G. Schmitdt, K.J. Klabunde, Nanoscale Materials in Chemistry, John Wiley & Sons, New York, (2001), pp. 23-24.
[14] M. Menzel, V. Sepelak and K. D. Becker, Mechanochemical
89
reduction of nickel ferrite, Solid State Ionics, (2001), pp.663-669.
[15] Charles P. Poole, Jr. Frank J. Owens, Introduction to nanotechnology, John Wiley & Sons, New York, (2003), p.320.
[16] A. Rabenau, The Role of Hydrothermal Synthesis in Preparative Chemistry, China, (1985), pp.1026–1040.
[17] R. D. Purohit, S. Saha, A. K. Tyagi, Journal of Nuc Mater, 323 (2003) 36-40.
[18] H. G. Jung, H. T. Jung, S. D. Hudson, Polym Bull, 41 (1998) 107.
[19] K. Yauo, A. Usuki, A. Okada, J.

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید