فهرست مطالب

پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر - پیاپی 2 (زمستان 1396)

نشریه پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
پیاپی 2 (زمستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/12/20
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مقاله پژوهشی
  • رضا اسدی*، کیومرث فرهادی، محمدحسین سلطانیانی، محمد غفارزاده صفحات 3-14
    بررسی و تحقیق بر روی پلیمر های پر انرژی برای افزایش خواص مکانیکی، ترمودینامیکی و افزایش قدرت انرژی زایی آن ها، به عنوان بایندر و نرم کننده پر انرژی با ارزش سوختی بالا در تهیه پیشرانه های با دود کم و بدون خطر انفجار بسیار مورد توجه محققین قرار گرفته است. یکی از پلیمرهای پرانرژی، GAP است. در این مقاله از شبیه سازی دینامیک مولکولی برای مقایسه خواص انرژی زایی GAP و GTP استفاده شده است. GTP در اصل شکل اصلاح یافته ی GAP است که در آن گروه عاملی تری آزولیوم متیل نیترات به جای گروه آزید اضافه شده است. خواص مکانیکی پلیمر پرانرژی GAP همیشه موضوعی چالش برانگیز در زمینه ی مواد پرانرژی بوده است. با توجه به خواص حلقه ی تری آزولیوم متیل نیترات، انتظار می رود خواص مکانیکی و ترمودینامیکی پلیمر پرانرژی GTP از GAP بیشتر باشد. با بررسی های به عمل آمده توسط شبیه سازی دینامیک مولکولی، مشخص شد که GTP ماده ای پایدار است و خواص مکانیکی GTP نسبت به GAP مانند مدول یانگ(E) و مدول برشی(G) به ترتیب 27% و 32% کاهش و مدول بالک(K)، ضریب پواسون و نسبت K/G به ترتیب 17%، 42% و 71% افزایش پیدا کرد. همچنین مشخص شد سرعت انفجار، فشار انفجار و اکسیژن بالانس پلیمر پرانرژیGTP نسبت به GAP، به ترتیب 5%، 14% و 21% افزایش یافت. در نتیجه می توان گفت استفاده از GTP به عنوان ماده ی اصلاح شده GAP در کاربردهای نظیر پیشرانه های پاک و عاری از کلر برای تقویت کننده ها و موتورهای با پیشرانه جامد درفضا پیماها و همین طور بخش ایمنی خودروها ( کیسه های هوا ) افقی روشن دارد.
    کلیدواژگان: گلیسیدیل تری آزولیوم متیل نیترات، خواص مکانیکی، خواص انرژی زایی، دینامیک مولکولی
  • حسن ناصح *، محمد ندافی پور میبدی، هادی حسینی اناری، فتح الله امی صفحات 15-24
    هدف از ارائه این مقاله، تحلیل عملکرد شیمیایی بسترهای کاتالیستی پراکسید هیدروژن به دو روش عددی و پارامتری می باشد. عملکرد شیمیایی مناسب بستر کاتالیستی‏، به عنوان یکی از اجزاء اصلی رانشگرها‏ی تک پیشرانه، نقش به سزایی در رسیدن به دو هدف اصلی در طراحی (کمینه سازی وزن و بیشینه سازی ضربه ویژه) ایفا می کند. بنابراین، به منظور بررسی تاثیر قطر گرانول (گوی های) کاتالیستی بر نحوه عملکرد شیمیایی بستر، طول بهینه و میزان افت فشار، شبیه سازی هایی برای بسترهای با قطرهای مختلف گوی های کاتالیستی به قطرهای 4/0 الی 9/0 صورت پذیرفته است. در شبیه سازی ها، پراکسیدهیدروژن 90%، با سرعتی 014/0 متر بر ثانیه به عنوان سیال ورودی تعریف گردیده است. در هر شبیه سازی، تغییرات غلظت اجزاء واکنش در طول بستر کاتالیستی برای ورودی جریان پراکسیدهیدروژن مایع تعیین شده است. محاسبه افت فشار در اثر عبور جریان در طول بستر کاتالیستی، از دیگر فعالیت های این مطالعه است. نتایج این مطالعه حاکی از آنست که با افزایش قطر گوی های کاتالیستی، میزان سطح موثر واکنش کاهش پیداکرده و طول مورد نیاز بستر کاتالیستی جهت تجزیه کامل پیش رانه نیز افزایش می یابد. علاوه بر طول مورد نیاز برای تجزیه کامل پراکسیدهیدروژن، افت فشار ایجادشده در بسترهای کاتالیستی مختلف نیز محاسبه و مورد ارزیابی قرارگرفته است. نتایج بررسی افت فشار بستر کاتالیستی نشان می دهد که در یک سرعت پیش رانه مشخص، در قطر خاصی کمینه افت فشار ایجاد خواهد شد. دلیل این امر برهم کنش تاثیرات میزان سطح واکنش و طول بستر کاتالیستی بر افت فشار ایجادشده در طی فرآیند تجزیه پیش رانه نسبت داده شد. صحه گذاری و تایید نتایج تحلیل با نتایج تجربی صورت پذیرفته است.
    کلیدواژگان: عملکرد شیمیایی، بسترهای کاتالیستی، پراکسیدهیدروژن، رانشگرهای تک پیش رانه فضایی
  • جمال اعلایی*، روشنک فروزانفر، مریم دهستانی، هوشنگ حمیدیان صفحات 25-37
    چگونگی پراکندگی صفحات لایه ای خاک رس در محیطهای آبی، ساختارهای متفاوتی را ایجاد کرده و بر خواص نهایی سوسپاسیون آبی آنها تاثیر می گذارد. از طرف دیگر، حضور الکترولیتهای مختلف در برخی از کاربردهای صنعتی، پایداری سوسپانسیون های خاک رس را تحت تاثیر قرار می دهد. با توجه به کاربرد نانوذرات خاک رس در صنایع مختلف و اهمیت این موضوع، در این پژوهش تاثیر روش تهیه، غلظت نانوذرات، نوع و غلظت محیط الکترولیتی و گذشت زمان بر رفتار پایداری سوسپانسیونهای نانوذرات لاپونیت مطالعه شد. نتایج نشان داد که با تهیه سوسپانسیونها به روش غیر مستقیم، نمونه های پایدارتری بوجود می آید. مشاهده شد که با افزایش غلظت سدیم کلرید، دافعه بین صفحات خاک رس کاهش یافته و میزان جدایی فازی و ناپایداری سوسپانسیونها در غلظت های زیاد این نمک، افزایش می یابد. علاوه بر این، دیده شد که با افزایش غلظت نانوذرات لاپونیت، در همه محیط های الکترولیتی مورد مطالعه ساختار ژل مانند بوجود می آید. در حضور نمک دوظرفیتی کلسیم کلرید اکثر سوسپانسیونها دوفازی و ناپایدار بوده و افزایش غلظت این نمک تاثیر محسوسی بر میزان ناپایداری آنها نداشت. در محیط های الکترولیتی حاوی نمکهای تک ظرفیتی و دوظرفیتی (مورد مطالعه در این پژوهش) غلظت کاتیون کلسیم تعیین کننده نوع رفتار سوسپانسیونهای نانوذرات لاپونیت از نظر پایداری بود.
    کلیدواژگان: سوسپاسیون، نانو ذرات لاپونیت، پایداری، سدیم کلرید، کلسیم کلرید
  • کاملیا زارعی، محسن وفایی سفتی، احمدرضا بهرامیان*، مهسا باغبان صالحی صفحات 39-49
    با توجه به عمر طولانی بسیاری از چاه های نفت و گاز، لزوم انسداد موقت آن ها به منظور عملیات تعمیر چاه بسیار ضروری به نظر می رسد. یکی از روش های نوین، استفاده از مجرابند های ژله ای است. استحکام هیدروژل در شرایط چاه مورد نظر از مهمترین چالش ها در زمینه کاربرد هیدروژل های پلیمری در انسداد موقت چاه به منظور عملیات تعمیر است. در این پژوهش از نانو ذرات سیلیکا به عنوان عامل بهبود استحکام ژل پلیمر های پلیمری و از آزمون های بطری و رئولوژی برای بررسی استحکام آن در شرایط چاه مورد نظر (دما و شوری زیاد) استفاده شد. همچنین خواص استحکامی هیدروژل٬ رفتار تورمی آن در محیط های مختلف آب مقطر، آب سازند، آب شیر و نفت مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شد با افزودن نانوذرات استحکام هیدروژل ازPa521 به حدود Pa26200 افزایش یافت (5000 درصد افزایش). همچنین با افزایش استحکام ژل٬ تورم آن در محیط آبی کاهش قابل ملاحظه ای داشته است. بر اساس نتایج بدست آمده در پژوهش حاضر، نمونه ژل پلیمر حاوی 9% وزنی از نانوذرات سیلیکا با استحکام ساختاری و پایداری حرارتی در دمای C 90 برای انجام مطالعات میدانی معرفی می شود.
    کلیدواژگان: استحکام ژل پلیمری، مدول الاستیک، رئولوژی، نانو ذره، تورم
  • محمد خبیری، سید حسن جعفری، محمدرضا پورحسینی *، حسین علی خنکدار صفحات 51-66
    حضور پرکننده در بستر مواد پلیمری از طریق پدیده های هیدرودینامیک، برهم کنش های بین پرکننده-پلیمر و پرکننده-پرکننده، باعث تغییر خواص مکانیکی، دینامیکی-مکانیکی، رئولوژیکی و حتی رفتار تورمی مواد مرکب لاستیکی می شود. تورم در مواد مرکب لاستیکی علاوه بر تاثیر مستقیم بر زنجیرهای پلیمر، ساختارهای دیگری مانند شبکه ی پرکننده را نیز تحت تاثیر قرار داده بطوری که خواص مکانیکی بطور ناگهانی کاهش یابد. در این تحقیق، مواد مرکب لاستیک نیتریل-سیلیکا در غلظت های مختلفی از نانوسیلیکای اصلاح شده تهیه شد و با آزمون های رئولوژی، مکانیکی، دینامیکی-مکانیکی ساختار مواد مرکب ارزیابی و بررسی شد. همچنین مشخص شد که شبکه ی پرکننده نمونه ای که حاوی مقدار بیش از آستانه اشباع phr13 پرکننده باشد سهم بسزایی در خواص مکانیکی دارد. جهت بررسی اثر تورم بر ساختار سری مواد مرکب تهیه شده، حلال هایی با درجه های مختلفی از حلالیت بکار گرفته شد. خواص مکانیکی مواد مرکب لاستیکی که در هر یک از حلال ها به تورم تعادلی رسیده اند، اندازه گیری شد. افت خواص مکانیکی نمونه های حاوی 4/14، 20 و phr6/25 سیلیکا از حالت خشک نسبت به متورم شده در حلال محتوی 15 درصد تولوئن، بسیار چشمگیر است. تغییرات شدید خواص مکانیکی که در کم ترین تورم به حذف سریع شبکه ی پرکننده نسبت داده می شود. بنابراین کنترل تورم در قطعات لاستیکی مجاور حلال نقش اساسی در عملکرد این قطعات بازی می کند.
    کلیدواژگان: موادمرکب لاستیک نیتریل-نانوسیلیکا، تورم، ساختار شبکه پرکننده، برهمکنش پلیمر-پرکننده
  • ستار قادر*، نگین روشن، محمدرضا رحیم پور صفحات 67-80
    هدف اصلی این تحقیق، ارائه نتایج آزمایشگاهی و مدلی تئوری است که اثر مواد تعلیق شکن در شکسته شدن امولسیون آب در نفت را نشان دهد. به عبارتی گروهی از مواد فعال سطحی در نظر گرفته شده است و نحوه عملکرد آنها به عنوان ماده تعلیق شکن در شکستن امولسیون نفت خام توسط آزمایش بطری بررسی شده است. به همین منظور، با استفاده از شباهت رفتار مواد فعال سطحی در جذب شدن بین دو فاز آب و نفت با فرآیند جذب سطحی مولکول های گاز بر روی سطح جامد، رابطه ای بر اساس خطوط همدمای جذب لانگمویر جهت ارتباط کشش بین سطحی دو فاز آب و نفت در امولسیون به غلظت تعلیق شکن، توسعه داده شده است. سپس بر اساس مدل توسعه داده شده، تابع فرکانس برخورد قطرات در معادلات موازنه جمعیت تصحیح شده است به نحوی که تاثیر مواد تعلیق شکن در به هم چسبیدن قطرات آب لحاظ شود. با توجه به این که مدل توسعه داده شده دارای تعدادی پارامتر تنظیم شدنی است که برای محاسبه آن ها نیاز به داده های تجربی می باشد، گروهی از مواد فعال سطحی در نظر گرفته شده است و نحوه عملکرد آن ها به عنوان ماده تعلیق شکن در شکستن امولسیون نفت خام توسط آزمایش بطری، مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه نتایج تجربی بازده جداسازی آب از نفت خام با نتایج حاصل از شبیه سازی به وسیله معادله موازنه جمعیت، حاکی از این است که مدل توسعه داده شده، به خوبی مقادیر داده های آزمایشگاهی را در غلظت های مختلف پیش بینی می کند.
    کلیدواژگان: ایزوترم لانگمویر، تنش بین سطحی، تعلیق شکن، فرکانس برخورد، معادله موازنه جمعیت
|
  • Reza Asadi *, Kiyomars Farhadi, Mohammad Hosein Soltaniani, Mohammad Ghaffarzadeh Pages 3-14
    Nowadays, investigating and researching on energetic polymers in order to increase mechanical, thermodynamic, and detonational properties of them have been highly regarded. One of these energetic polymers is GAP. In this paper, molecular dynamics simulation has been used to compare the properties of GAP and GTP energetic polymers. GTP, in principle is the modified form of GAP, in which functional group of triazolium methyl nitrate has been added instead of azide. The mechanical properties of GAP is a challenging topic in the field of energetic materials. Due to the attributes of the 3 azoliom methyl nitrate ring, the mechanical and thermodynamic properties of GTP are expected to be higher than GAP. The results obtained by molecular dynamics simulation showed that GTP is a stable material and its mechanical properties such as Young, and shear modulus compared to GTP have been decreased 27% and 32% respectively, and bulk modulus, Poisson coefficient, and K/G ratio compared to GTPhave been increased 17%, 42%, and 71% respectively. It was also found that the detonation speed, detonation pressure, and oxygen balance of energetic polymer compared to GAP, have been increased 5%, 14%, and 21% respectively. As a result, usage of GTP will increase as a modified GAP material in applications such as clean and chlorine-free propellants for the solid propellant rockets and also safety systems of automobiles.
  • Hassan Naseh *, Mohamamd M.N.P. Meibody, Hadi Hosseini Anari, Fathollah Ommi Pages 15-24
    The main aim of this paper is to analysis of chemical performance of hydrogen peroxide based on numerical and parametric methods. The proper chemical function of the catalytic bed, as one of the components of monopropellant thruster, plays a significant role in achieving the two design main goals in (minimizing mass and maximizing the specific impulse). To this end, the effect of catalyst diameter (granules) on the bed chemical performance, optimal length and pressure drop, simulations for beds with different catalytic pellet diameters have been made to 0.4-0.9 cm diameters. Hydrogen peroxide with a concentration of 90% is defined as an inlet fluid at 0.014 m/s in simulations. The calculation of flow pressure drop across the catalyst bed is one of the activities undertaken in this study. The results of this study indicate that with increasing the pellet diameter, the reaction effective surface is reduced and the catalyst bed length is increased for complete decomposition of the propellant. In addition to the required length for complete decomposition of hydrogen peroxide, the pressure drop in various catalyst beds have also been calculated and evaluated. The results of the catalytic bed drop evaluation indicate that at a specific flow rate, a minimum pressure drop will be made in a specific diameter. The reason for this is the interaction of reaction surface and catalyst bed lengths on the pressure drop generated during the propellant decomposition process. Verification and validation of achieved results was conducted by comparing with experimental results.
  • Jamal Aalaie *, Roushanak Foruzanfar, Maryam Dehestani, Hooshang Hamidian Pages 25-37
    Dispersion type of layered clay plated in aqueous media creates different structures and affects the final properties of its suspension. On the other hand, the presence of different electrolytes in some industrial applications affects the stability of clay suspensions. Considering the application of clay nanoparticles in various industries and the importance of this subject, in this research, the effect of preparation method, nanoparticle concentration, type and ionic strength of electrolytic medium and time elapsed on the stability behavior of laponite nanoparticles suspensions were studied. The results showed that preparing of the suspensions indirectly, results in more stable samples. It was observed that with increasing of sodium chloride concentration, the repulsion between the clay plates decreased and the phase separation and instability of the suspensions increased at higher NaCl concentrations. Furthermore, it was seen that in all electrolyte media, gel-like structure develop with increasing of nanoparticle concentration. In presence of bi-valance CaCl2 salt, most of suspensions were unstable and have two phases and increasing of this salt concentration had not significant effect on their stability. In electrolyte media containing mono- and bi- valance salts (studied in this research), concentration of calcium cation determines the type of stability behavior of laponite nanoparticles suspensions.
  • Camellia Zareie, Mohsen Vafaei, Ahmad Reza Bahramian *, Mahsa Baghban Salehi Pages 39-49
    In general, temporary well plugging is essential for repairing of oil and gas wells due to their long life time. One of the newest methods used for this purpose is gel polymer plugging. The strength of the gel in the well conditions is one of the most important challenges in the application of gel polymer in the temporary well plugging in work over operation. In this study, silica nanoparticles were used to improve the strength of polymer hydrogels. The bottle and rheological tests were used to determine the gel strength in desired well conditions (high temperature and high salinity). Also, the gel strength properties and swelling behavior were studied in various conditions such as distilled water, formation water, tap water and oil. It was observed that the strength of the gel increased from 520Pa to about 36kPa (5000% increase) by adding nanoparticles. Also, the gel swelling in the aqueous solution has been significantly reduced. Based on the results obtained in this study, a polymer gel containing 9 wt.% of silica nanoparticles with structural strength and thermal stability at 90 °C was introduced for field studies.
  • Mohammad Khabiri, Seyed Hassan Jafari, Mohammad Reza Pourhossaini *, Hossein Ali Khonakdar Pages 51-66
    Presence of filler in the polymeric materials changes the mechanical, dynamic-mechanical, rheological properties and even the swelling behavior of rubber composite due to mechanisms such as hydrodynamics, polymer-filler and filler-filler interactions. Swelling in rubber composites directly affects the polymer chains, also can affect indirectly other structures in composites such as the filler network and reduce mechanical properties suddenly. In this study, the nitrile rubber-nanosilica composite containing different concentrations of modified nanosilica was prepared and the composite structure was studied through rheological, mechanical, dynamic-mechanical tests. Also it was found that the filler network containing over percolation threshold 13phr of filler concentration has a significant contribution to the mechanical properties of composites. To determine the swelling effect on the prepared composite structure, with different degrees of solubility were used. The mechanical properties of the samples were measured in equilibrium swelling state for each of the solvents The decrement of the mechanical properties between the dry samples and swelled ones containing 14.4, 20 and phr 6.25 silica in solvent with 15% toluene is significant. These intensive changes in mechanical properties that happen at the low degree of swelling are attributed to the removal of the filler network. Therefore, controlling the swelling of rubber parts in adjacent to the solvent, plays the fundamental role in their performance.
  • Sattar Ghader *, Negin Roshan, Mohammad Reza Rahimpour Pages 67-80
    The main purpose of this research is experimental and theoretical study on demulsifying components effect on demulsification rate of water-in-oil emulsions. In other words, some surfactants is considered and their function as a demulsifier in breaking crude oil emulsions has been investigated by bottle test. To develop a theoretical model to take into account the effect of demulsifier agent on demulsification rate of water-in-oil emulsion. Considering similarity between gas adsorption, and agent adsorption on the water-oil interface, a Langmuir isotherm based model is developed to correlate interfacial tension of water and oil phases to demulsifier concentration. Based on the proposed correlation, the collision frequency function in population balance equation is modified to account the effect of demulsifier agent on water droplets coalescence. The proposed model consists of some adjustable parameters that need to be fitted with experimental data. Therefore, a group of surface-active compounds are supplied and their demulsification capability is investigated through bottle test method. The experimental demulsification results are compared with population balance simulation results and it is apperared that the developed model could appropriately reproduce experimental data at different agent concentrations.
    Keywords: Langmuir isotherm, Interfacial tension, Demulsifier, Collision frequency, Population balance equation