فهرست مطالب

علوم و تکنولوژی پلیمر - سال بیست و نهم شماره 6 (پیاپی 146، بهمن و اسفند 1395)

دو ماهنامه علوم و تکنولوژی پلیمر
سال بیست و نهم شماره 6 (پیاپی 146، بهمن و اسفند 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/12/21
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حسین قاسم زاده محمدی*، عطیه کشاورز قاسمی صفحات 495-504
    رهایش کنترل شده داروها موجب کاهش اثرهای نامطلوب تغییرات غلظت دارو در بدن می شود. در سال های اخیر، حوزه سامانه های دارورسانی با توسعه سنتز انواع هیدروژل ها گسترش زیادی یافته است. در پژوهش حاضر، سامانه دارورسانی حساس به pH برپایه نشاسته، آکریلیک اسید و نانوحامل بتا-سیکلودکسترین طراحی و رهایش کنترل شده ایندومتاسین از این سامانه بررسی شد. این هیدروژل ها با پلیمرشدن پیوندی آکریلیک اسید (AA) روی نشاسته و بتا-سیکلودکسترین با روش پلیمرشدن رادیکالی تهیه شدند. سیکلودکسترین ها می توانند کمپلکس های محلول در آب با بسیاری از داروهای چربی دوست نامحلول در آب ایجاد کنند. در محلول آبی، مولکول های داروی قرار گرفته در حفره مرکزی سیکلودکسترین در تعادل پویا با مولکول های آزاد دارو هستند. برهم کنش دارو با پلیمر، به کمک طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR) و تجزیه گرماوزن سنجی (TGA) و شکل شناسی نمونه ها با میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) بررسی شد. نتایج نشان داد، هیدروژل های تهیه شده تخلخل خوبی دارند و می توانند سطح تماس زیادی را برای بارگذاری و رهایش دارو ایجاد کنند. بررسی رهایش دارو در شرایط فیزیولوژی بافر فسفات در pH برابر با 2 و 8 بررسی شد. هیدروژل سنتز شده در محیط بازی (شبیه pH محیط روده بزرگ) ایندومتاسین را رها می کند، ولی در محیط اسیدی (شبیه pH محیط معده) هیچ دارویی رها نمی شود. با افزایش مقدار نانوحامل بتا-سیکلودکسترین، بارگذاری و رهایش دارو بیشتر می شود که به دلیل برهم کنش و ایجاد تعادلی پویا میان داروی بارگذاری شده و بتا-سیکلودکسترین است. مطالعه حاضر نشان می دهد، این هیدروژل ها می توانند به عنوان بستر مناسب برای رهایش کنترل شده دارو به کار روند.
    کلیدواژگان: دارورسانی، هیدروژل، نشاسته، بتا-سیکلودکسترین، آکریلیک اسید
  • محمود اسماعیلی پور، علی کارگری*، حمیدرضا سنایی پور صفحات 505-517
    در پژهش حاضر، غشای دولایه کامپوزیتی به روش پوشش دهی، به وسیله ماتریمید 5218 به عنوان لایه گزینشی بر غشای نامتقارن متخلخل پلی وینیلیدن فلوئورید به عنوان زیرلایه ساخته شد. اثر شبکه ای کردن شیمیایی ماتریمید به کمک اتیلن دی آمین بر خواص انتقال گاز خالص در غشا بررسی شد. آزمون تراوایی گازهای هیدروژن و نیتروژن در غشاهای مدنظر در دمای °25 و فشار 2 تا 8bar انجام شد. میکروسکوپی الکترونی پویشی برای مشاهدات شکل شناسی غشا به کار گرفته شد. غشای ماتریمید پیش و پس از شبکه ای شدن به وسیله طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه، پراش پرتو X و اندازه گیری چگالی بررسی شد. نتایج طیف سنجی زیرقرمز نشان داد، در اثر شبکه ای شدن، گروه های ایمیدی زنجیرهای ماتریمید به گروه های آمیدی تبدیل می شوند. نتایج پراش پرتو X نشان داد، پس از شبکه ای شدن فاصله بین زنجیرهای پلیمر کاهش می یابد. به کمک اندازه گیری چگالی و محاسبه حجم آزاد جزئی لایه گزینشی غشاها نشان داده شد، در اثر واکنش شبکه ای شدن، چگالی افزایش و حجم آزاد جزئی کاهش می یابد. همچنین، با افزایش غلظت عامل شبکه ای کننده پلیمر، تراوایی گازها در غشا به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد که می تواند ناشی از کاهش ضریب نفوذ گازها در اثر تراکم زنجیرهای پلیمر بوده و نشان داده شد، این کاهش تراوایی، برای نیتروژن بیشتر از هیدروژن است. بر اثر اصلاح غشا به کمک شبکه ای کردن، گزینش پذیری H2/N2 در فشار bar 2 از 56/5 برای غشای ماتریمید خالص به 79/4 برای غشای کامپوزیتی شبکه ای شده با %12 وزنی اتیلن دی آمین، افزایش یافت. اثر فشار بر تراوایی غشاها بررسی شد و نتیجه آن با کاهش تراوایی گازهای دارای انحلال پذیری کم در اثر ازدیاد فشار گاز در پلیمرهای شیشه ای مطابقت داشت. همچنین با افزایش فشار، گزینش پذیری H2/N2 برای غشاهای دارای مقادیر کم اتیلن دی آمین (%4-0) روند کاهشی دارد و سپس در مقدار %8 ثابت می شود. در نهایت، با افزایش اتیلن دی آمین به %12 وزنی گزینش پذیری تقریبا روند افزایشی دارد.
    کلیدواژگان: غشای کامپوزیتی، شبکه ای کردن، ماتریمید، جداسازی گاز، هیدروژن
  • مریم مشایخی، حمید میرزاده *، شاداب باقری خولنجانی صفحات 519-529
    کیتوسان پلیمری طبیعی است که از واکنش استیل زدایی کیتین تهیه می شود و به دلیل داشتن خواص ضدباکتری و قابلیت بهبود زخم، به وفور در مهندسی بافت مورد توجه قرار گرفته است. ریسندگی محلول اسیدی کیتوسان با روش الکتروریسی، از متداول ترین روش های ساخت داربست های سه بعدی از این پلیمر است. با وجود مطالعات فراوان درباره بررسی شکل شناسی الیاف حاصل از الکتروریسی محلول کیتوسان، اثر عوامل مختلف بر چگونگی خنثی سازی و پایدارسازی این الیاف به خوبی بررسی نشده است. از این رو، در پژوهش حاضر برای بررسی اثر ترکیب های خنثی کننده و شبکه ای کننده بر شکل شناسی الیاف حاصل از الکتروریسی، به ترتیب از محلول آبی نمک های سدیم کربنات و پتاسیم کربنات و عوامل شبکه ای کننده گلوتارآلدهید و جنیپین استفاده شد. برای بررسی ساختار شیمیایی الیاف کیتوسان پس از فرایندهای خنثی سازی و پایدارسازی از روش طیف سنجی زیرقرمز (FTIR) استفاده شد. روش میکروسکوپ پویشی الکترونی (SEM) نیز برای بررسی اثر هر یک از عوامل یادشده بر شکل شناسی داربست ها به کار گرفته شد. طبق تصاویر میکروسکوپی، الیاف به دست آمده از الکتروریسی محلول کیتوسان با غلظت %4 وزنی در مخلوط حلال های تری فلوئورواستیک اسید (TFA) و دی کلرومتان (DCM) شکل شناسی خوبی نشان می دهند. پس از این مرحله، روش های مختلف خنثی سازی و پایدارسازی الیاف تهیه شده بررسی شد. بدین منظور، از محلول های آبی با غلظت 1 مولار سدیم کربنات (Na2CO3) و پتاسیم کربنات (K2CO3) به عنوان عامل خنثی کننده و از دو ترکیب گلوتارآلدهید و جنیپین به عنوان عامل شبکه ای کننده استفاده شد. نتایج SEM نشان داد، الیاف شبکه ای شده با استفاده از ترکیب جنیپین، شکل شناسی همگن تر و منظم تری دارند.
    کلیدواژگان: کیتوسان، الکتروریسی، خنثی سازی، عامل شبکه سازی، نانوالیاف
  • فتح الله طاهری بهروز *، حسین صالحی مقدم صفحات 531-541
    از آنجا که شناسایی خواص برشی داخل صفحه ای، برای طراحی ساختارهای کامپوزیتی ضروری است. روش های متعددی برای انجام آزمون برش روی مواد کامپوزیتی ارائه شده است. برش ریلی نمونه دارای شکاف Vشکل، جدیدترین آزمونی است که برای برش مواد کامپوزیتی ارائه و در سال 2005 به عنوان استاندارد معرفی شده است. در این پژوهش، با مدل سازی عددی این آزمون در نرم افزار اجزای محدود، ضمن بررسی وضعیت نمونه تحت آزمون استاندارد، اثر چند مورد از خطاهای معمول حین آزمون، مانند عدم هم محوری، تغییر در شرایط مرزی نمونه در اثر لغزش صفحه های نگه دارنده و نیز انحراف در زاویه الیاف بررسی شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، لغزش صفحه های نگه دارنده نسبت به نمونه و در نتیجه بارگذاری لبه ای نمونه، در مقایسه با سایر خطاهای بررسی شده، بیشترین اثرگذاری را روی نتایج دارند. افزون بر این، خطا در راستای قرارگیری الیاف نیز از مسائل مهمی است که باید حین تولید نمونه ها مورد توجه قرار گیرد. انحراف خط سنجش نمونه از محور بارگذاری، کمترین مقدار اثرگذاری را نسبت به سایر خطاهای بررسی شده، روی نتایج دارد. هرچند این خطاها می توانند روی نتایج اثرگذار باشند، اما بررسی ها نشان داد، اثرگذاری آن ها قابل توجه نیست. در نهایت، خواص برشی داخل صفحه ای نمونه هایی از جنس شیشه-اپوکسی به کمک آزمون استخراج شد. مدول برشی نمونه دارای شکاف Vشکل تقریبا با مدول برشی به دست آمده از آزمون سه ریلی یکسان است، ولی استحکام برشی حدودا %36 افزایش نسبت به روش سه ریلی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت پلیمری، خواص برشی داخل صفحه ای، آزمون برش کامپوزیت ها، برش ریلی نمونه با شکافV، تحلیل اجزای محدود
  • یونس جعفرزاده *، مهدی میرزا بابایی، محمد جواد شهبازی، برهان غفرانی، عرفان اسمعیلی، نیما رضایی، میثم مرادی صفحات 543-558
    در پژوهش حاضر، غشاهای متخلخل PVDF محتوی نانو ذرات TiO2 به روش جدایی فاز با القای ضدحلال ساخته شد. ساختار غشاها با استفاده از روش های FESEM ،EDX، اندازه گیری زاویه تماس، آزمون شار آب خالص و تعیین شعاع متوسط حفره ها شناسایی شد. نتایج نشان داد، تمام غشاها ساختار نامتقارن همراه با درشت حفره ها دارند و وجود نانوذرات TiO2 باعث افزایش اندازه حفره ها می شود. افزون بر این مشخص شد، مقدار شار آب خالص عبوری از غشاها با افزایش مقدار نانوذرات TiO2 افزایش می یابد، به طوری که مقدار آن از حدود 41kg/m2h برای غشای %1 وزنی TiO2 به 162kg/m2h در غشای محتوی %5 وزنی می رسد. همچنین مشخص شد، اندازه زاویه تماس غشاها از حدود °100 برای غشای %1 وزنی TiO2به °69 برای غشای محتوی %5 وزنی کاهش می یابد که نشانگر افزایش آبدوستی غشاها با افزایش مقدار نانوذرات TiO2 است. همچنین، گرفتگی غشاها در فیلترکردن محلول %1 هیومیک اسید مطالعه شد. نتایج نشان داد، وجود نانوذرات TiO2 باعث افزایش مقاومت در برابر گرفتگی غشاها می شود. نتایج مربوط به مدل سازی گرفتگی غشاها با استفاده از مدل های کلاسیک نشان داد، سازوکار گرفتگی غشا های 2 و 5% وزنی TiO2 از نوع گرفتگی متوسط است، در حالی که سازوکار غالب در سایر غشاها از نوع تشکیل کیک است. افزون بر این، تحلیل گرفتگی غشاها با استفاده از مدل های مرکب نشان داد، مدل فیلترکردن کیک-گرفتگی متوسط برای تمام غشاها داده های حجم-زمان را با کمترین خطای ممکن نسبت به سایر مدل های مرکب برازش می کند. در نهایت مشخص شد، مقدار پس زنی هیومیک اسید با افزایش مقدار TiO2 ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: غشا، پلی وینیلیدن فلوئورید، تیتانیم دی اکسید، جدایی فاز با القای ضد حلال، ساز و کار گرفتگی
  • نسرین عطاری، رضا یگانی *، یونس جعفرزاده صفحات 559-570
    در پژوهش حاضر، اثر غلظت نرمال متیل پیرولیدون (NMP) بر سیال نافذ و دمای حمام انعقاد در ساختار و عملکرد غشاهای الیاف نازک توخالی پلی سولفون (PSf) بررسی شد. برای تعیین مشخصات غشاهای تهیه شده از روش های گوناگون از جمله میکروسکوپی الکترونی پویشی، آزمون استحکام مکانیکی و آزمون تراوایی آب خالص و آزمون تعیین شعاع متوسط حفره ها استفاده شد. برای مطالعه عملکرد غشاها، جداسازی محلول پروتئین کلاژن با غلظت 1g/L بررسی شد. نتایج به دست آمده نشان داد، در دمای ثابت حمام انعقاد با افزایش غلظت NMP در سیال نافذ، تراکم حفره های انگشتی در ناحیه نزدیک به دیواره داخلی غشا کاهش و منطقه متخلخل و اسفنجی در شعاع بیشتری از سطح مقطع غشا پیشروی کرده است. همچنین، بر تعداد حفره های سطحی در سطح درونی غشا افزوده شده و شعاع متوسط حفره ها افزایش یافته است. افزون بر این مشخص شد، در شرایط گفته شده مقدار تراوایی آب خالص و استحکام مکانیکی غشاها به ترتیب بیش از 160 و %44 افزایش یافت. افزون بر این، در ترکیب %40 وزنی NMP در سیال نافذ، با افزایش دمای حمام انعقاد از 30 تا 50 درجه سلسیوس، تراوایی آب خالص بیش از %92 افزایش یافته ولی در مقابل استحکام مکانیکی به مقدار %32 کاهش یافت. در نهایت مشخص شد، مقدار پس زنی پروتئین کلاژن با افزایش مقدار حلال NMP در سیال نافذ و دمای ثابت حمام انعقاد و همچنین با افزایش دمای حمام انعقاد در مقدار ثابت NMP در سیال نافذ کاهش می یابد
    کلیدواژگان: پلی سولفون، غشای الیاف نازک تو خالی، جدایی فاز با القای ضد حلال، میکروفیلتر کردن، کلاژن
  • فرود عباسی سورکی*، مستو بوسمینا، فرشید ضیایی صفحات 571-582
    در این پژوهش، اثر مقدار زیاد سازگارکننده بر تغییرات شکل شناسی فاز پراکنده در آمیخته امتزاج ناپذیر نمونه سیال در دمای محیط، که در برابر تنش برشی قرار گرفته، به شکل برخط بررسی شده است. برای بررسی دقیق تر تغییرات فاز پراکنده، این فاز به شکل قطره انتخاب شد. از پلی ایزوبوتیلن و پلی دی متیل سیلوکسان به ترتیب به عنوان فازهای پیوسته و پراکنده استفاده شد. بررسی با سه گرانروی متفاوت از پلی دی متیل سیلوکسان انجام شد، به گونه ای که نسبت گرانروی فاز پراکنده به پیوسته در دمای محیط محدوده تقریبا گسترده ای (0/04 تا 2/3) را می پوشاند. هر دو پلیمر در محدوده بررسی شده دارای رفتار نیوتنی بودند و هیچ تنش نرمالی را در این محدوده نشان ندادند. سازگارکننده کوپلیمر دوقطعه ای متناسب با سامانه انتخاب شده متشکل از یک قطعه پلی ایزوبوتیلن و یک قطعه پلی دی متیل سیلوکسان با وزن مولکولی نزدیک به هم بود. ابزار به کار رفته برای اعمال تنش از دو استوانه هم مرکز تشکیل شده بود که سرعت هر یک به طور مستقل قابل کنترل بود. نتایج به دست آمده نشان داد، رفتار آمیخته بدون سازگارکننده دقیقا مشابه نتایج به دست آمده توسط پژوهشگران پیشین است. شکست قطره کاملا متقارن و تعداد قطره های ایجاد شده در اثر شکست، فرد است. افزودن سازگارکننده به شدت روی تغییرات شکل شناسی آمیخته اثرگذار است. تغییرشکل قطره ها پس از افزودن عامل اصلاح کننده سطحی به مقدار زیاد، با تغییرشکل آن ها در حالت بدون سازگارکننده کاملا متفاوت است. در این میان نسبت گرانروی فاز پراکنده به پیوسته نیز عاملی بسیار اثرگذار بر تغییرشکل قطره ها در اثر اعمال تنش است.
    کلیدواژگان: شکل شناسی، فاز پراکنده، فاز پیوسته، سازگار کننده، قطره
|
  • Hossein Ghasemzadeh Mohammadi *, Atieh Keshavarz Ghasemi Pages 495-504
    Controlled release of drugs can reduce the undesired effects of drug level fluctuations, and diminish the side effects as well as improve the therapeutic outcome of the drugs. In recent year, the scope of the drug delivery systems has been greatly expanded by the development of various hydrogels. The present work has focused on the design of a pH sensitive drug delivery system (DDS) based on starch, acrylic acid (AA) and β-cyclodextrins for controlled delivery of indomethacin. The hydrogels were prepared via graft polymerization of acrylic acid (AA) onto starch and β-cyclodextrins backbones by a free radical polymerization technique. Cyclodextrins are able to form water-soluble complexes with many lipophilic water-insoluble drugs. In aqueous solutions, the drug molecules located in the central cavity of the cyclodextrin are in a dynamic equilibrium with free drug molecules. The interaction of drug with the polymer was evidenced by FTIR spectroscopy and thermal gravimetric analysis (TGA). The morphology of the samples was examined by scanning electron microscopy (SEM). The results showed that the hydrogels have good porosity and provided high surface area for the loading and release of drugs. Drug release behavior was carried out at physiological conditions of phosphate buffer, pH 8. In basic pH (like the intestine medium) the hydrogels released the indomethacin, but in acidic pH (like the stomach medium) there was no tendency to drug release. By increasing the amount of cyclodextrin, the rate of drug loading and release increased due to the dynamic equilibrium and interaction between the loaded drug and the cyclodextrin. This study has demonstrated that the hydrogel matrices are potentially suitable for controlled-release systems.
    Keywords: Drug delivery, hydrogel, starch, ?-cyclodextrin, acrylic acid
  • Mahmood Esmaeilipur, Ali Kargari *, Hamidreza Sanaeepur Pages 505-517
    A double layer composite membrane was fabricated by matrimid 5218 as a selective layer on polyvinylidene fluoride (PVDF), a porous asymmetric membrane, as a sublayer. The effect of chemical cross-linking of Matrimid 5218 by ethylenediamine (EDA) was investigated on gas transport properties of the corresponding membrane. The permeability levels of hydrogen (H2) and nitrogen (N2) were measured through the fabricated composite membranes at 25°C under pressure range of 2-8 bar. Scanning electron microscopy (SEM) was used for morphological observations of the composite membranes. The Matrimid membranes before and after cross-linking modification were characterized by the Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, X-ray diffraction (XRD) and density measurement. The FTIR results showed the conversion of imide functional groups into amide through the crosslinking reaction in Matrimid. The XRD results demonstrated a reduction in d-spacing between the polymer chains through cross-linking reaction. Measuring the density of each membrane's partial selective layer and calculating the corresponding fractional free volume revealed an increase in the density and reduced free volumes in Matrimid through the cross-linking reaction. Moreover, by increasing the EDA concentration, the gas permeability in each membrane decreased significantly for nitrogen compared to hydrogen which could be related to lower gas diffusivity through chain packing due to cross-linking of the polymer. The H2/N2 selectivity at 2 bar increased through the cross-linking modification from 56.5 for the pure Matrimid to 79.4 for the composite membrane containing 12 wt% EDA. The effect of pressure on gas permeability through the composite membranes was investigated and the results found to be in agreement with the behavior of less soluble gases in the glassy polymers. Moreover, the H2/N2 selectivity decreased first at low EDA content (0-4 wt%), before reaching a constant value at 8 wt% EDA and finally increasing by 12 wt% EDA content.
    Keywords: composite membrane, cross-linking, Matrimid, gas separation, hydrogen
  • Maryam Mashayekhi, Hamid Mirzadeh *, Shadab Bagheri, Khoulenjani Pages 519-529
    Chitosan, a natural polymer derived from chitin by deacetylation process of chitin, has gained an enormous interest in tissue engineering due to its unique features such as antibacterial activity and wound healing properties. Electrospinning of acidified chitosan solution is one of the most widely-used approaches in fabrication of 3D scaffolds. Although there are some reports addressing morphology tailoring of the chitosan nanofibers through solution electrospinning, there is no comparative report concerning the neutralization and stabilization conditions of chitosan electrospun fibers. Therefore, this article compares the effects of different neutralizing agents such as aqueous solutions of sodium carbonate (Na2CO3) and potassium carbonate (K2CO3), and crosslinking reagents including glutaraldehyde (GA) and genipin on morphology of electrospun chitosan fibers. After neutralization and stabilization processes, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) was employed to investigate the morphology of fibers. Furthermore, the influence of the aforementioned parameters on stability of fibers was probed using scanning electron microscopy. SEM images illustrated that the scaffold resulting from electrospinning of 4 wt% chitosan solution in a mixture of trifluoroacetic acid (TFA) and dichloromethane (DCM) possessed a well-formed nanofibrous structure. Afterwards, different methods for neutralization and stabilization of the electrospun chitosan nanofiber mats were performed. In this respect, aqueous solutions of both Na2CO3 and K2CO3 salts (1M) were employed as neutralization agents and GA and genipin were used as two different crosslinking agents. Based on SEM analysis, the chitosan fibers, crosslinked with genipin, showed better morphology than a scaffold which was crosslinked with glutaraldehyde
    Keywords: chitosan, electrospinning, neutralization, crosslinking agent, nanofibers
  • Fathollah Taheri Behrooz *, Hosein Salehi Moghaddam Pages 531-541
    Since characterization of in-plane shear properties of composite materials is necessary for designing composite structures, there are many methods for shear testing of composite materials. V-notched rail (VNR) shear test method is the latest method published as ASTM D7078 in 2005. Strain and stress states of VNR specimens were investigated numerically by adopting a commercial finite element software. The effect of measurement errors on the results was also analyzed. Although, the experimental programs were implemented based on standard considerations, the possibility of some errors was unavoidable. The sources of errors originated from misalignment of the specimen with respect to the loading axis, application of end loading instead of face loading and fiber misalignment. According to the obtained results, slipping of the specimen within the fixture grip plates had the most important effect on the results in comparison to two other error sources. In addition, fiber misalignment was another important source of erroneous results which needed to be considered during testing. Misalignment of the specimen with respect to loading axis showed the least effect on the shear properties of the specimens compared to others. Some other errors also affected the stress state of the specimen. However, our investigations showed that their effect on the shear properties was negligible. Finally, glass/epoxy specimens were evaluated experimentally by V-notched rail shear test method. Shear modulus of the V-notched specimens was almost equal with the modulus of three rail specimens. However, the shear strength measured by the V-notched rail shear test method was approximately 36% higher than that measured by the three rail test method.
    Keywords: polymer composite, in-plane shear properties, shear testing of composites, V-notched rail shear test, finite element analysis
  • Yoones Jafarzadeh *, Mehdi Mirzababaei, Mohammad Javad Shahbazi, Borhan Ghofrani, Erfan Esmaeili, Nima Rezaei, Meysam Moradi Pages 543-558
    Titanium dioxide (TiO2)-embedded polyvinylidene fluoride (PVDF) mixed matrix membranes were prepared through a nonsolvent induced phase separation (NIPS) method. The structure of the membranes was characterized by FESEM, EDX, water drop contact angle measurement, pure water flux and mean pore radius analysis. The results showed that the prepared membranes had asymmetric structures with macro-voids and the presence of TiO2 nanoparticles increased the size of macro-voids. Moreover, pure water flux increased from 41 kg/m2h to 162 kg/m2h the content of TiO2 nanoparticles increased from 1 wt% to 5 wt% as embedded membrane. The contact angle dropped from 100° for 1 wt% TiO2- embedded membrane to 69° for 5 wt% TiO2-embedded membrane, showing that the hydrophilicity of membranes increased by addition of inorganic TiO2 nanoparticles. The fouling behavior oftheprepared mixed matrix membranes was studied in filtration process of 1% humic acid solution. The results showed that fouling resistance of the membranes increased with higher content of TiO2 nanoparticles. The results of classic fouling modeling of membranes showed that for 2 and 5 wt% TiO2-embedded membranes the best fit of the data occurred with the intermediate blockage model whereas cake formation model was the dominant mechanism for other membranes. Moreover, the analysis of fouling mechanisms by combined models showed that cake filtration-intermediate blockage model was in good agreement with the experimental data for all membranes. Finally, the results showed that the rejection of membranes increased with the addition of TiO2 nanoparticles, and then decreased.
    Keywords: membrane, polyvinylidene fluoride, titanium dioxide, nonsolvent induced phase, separation, fouling mechanism
  • Nasrin Attari, Reza Yegani *, Yoones Jafarzadeh Pages 559-570
    The effects of N-methylpyrrolidone (NMP) concentration contained in bore fluid and coagulation bath temperature were studied with respect to the structure as well as the performance of the polysulfone hollow fiber membranes. In order to determine the structural characteristics of prepared membranes, a set of analyses including scanning electron microscopy (SEM), mechanical strength test, pure water permeability and mean pore radius of surface pores were used and separation of 1 g/L solution of collagen protein was studied to determine the performance of the membranes. The obtained results from SEM analysis showed that at constant coagulation bath temperature, the increase in NMP concentration in bore fluid increased the number of pores in the inner surface of membranes, decreased the formation of finger-like voids and increased the mean pore radius of the pores and also sponge-like pores near the inner radius of hollow fiber membranes. Moreover, pure water permeability and mechanical strength of the prepared membranes increased about 160% and 44%, respectively with increases in the content of NMP in bore fluid. In addition, at constant NMP content of 40% in bore fluid, pure water permeability increased by above 92% as the coagulation bath temperature increased from 30°C to 50°C, whereas the mechanical strength decreased by 32%. Finally, it was revealed that the rejection of the prepared membranes in the separation of collagen protein solution decreased by increasing NMP content in the bore fluid at constant coagulation bath temperature and also deacreased by increasing coagulation bath temperature at constant NMP content in the bore fluid.
    Keywords: Polysulfone, hollow fiber membrane, non, solvent induced phase separation, microfiltration, collagen
  • Foroud Abbassi Sourki *, Mosto Bousmina, Farshid Ziaee Pages 571-582
    This study focuses on the online morphology development of a typical immiscible polymer blend subjected to a shear flow field in the presence of the high percentage of an interfacial modifier. The blend components were fluid at room temperature. To follow the details of the morphology development more closely, a drop-in-matrix structure was selected. The matrix and the dispersed phases were polyisobutylene (PIB) and polydimethylsiloxane (PDMS) of various viscosities, respectively. The selected three viscosities of PDMS generated a wide range of viscosity ratios, i.e., 0.04 to 2.3, at room temperature. Both polymers exhibited Newtonian behavior over the investigated shear rate range and no normal forces were observed. The interfacial modifier was a diblock copolymer including PIB and PDMS blocks with close molecular weight. The shear flow field was made using a coaxial cylinders system. The velocity of each cylinder was controlled separately. The results obtained for the blend system in the absence of an interfacial modifier were similar to the observations of previous researchers. A symmetrical breakup was observed for clean drops with the odd number of the resulting breakup droplets. The addition of the interfacial modifier drastically influenced the blend morphology development. The deformation of the compatibilized drops was considerably different from the deformation observed for the corresponding clean counterparts. The breakup was no longer symmetrical and predictable. The viscosity ratio played a determining role in morphology development of the compatibilized drop. The deformation and breakup of the drops at low and high viscosity ratios were not similar. While the low viscosity ratio of the compatibilized drops demonstrated tip-streaming at low shear rates and the high viscosity ratio of the drops showed end-pinching.
    Keywords: morphology, dispersed phase, continuous phase, compatibilizer, drop