فهرست مطالب

علوم و تکنولوژی پلیمر - سال سی و ششم شماره 1 (پیاپی 183، فروردین و اردیبهشت 1402)

دو ماهنامه علوم و تکنولوژی پلیمر
سال سی و ششم شماره 1 (پیاپی 183، فروردین و اردیبهشت 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/05/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • عباس محمدی*، زهرا شاه سنایی، علیرضا فتاحی صفحات 3-22

    امروزه توجه به پلی یورتان ها به دلیل سنتز آسان، مواد اولیه در دسترس، خواص مکانیکی مطلوب، زیست سازگاری و امکان ارایه محصولات متفاوت به شکل پلی یورتان های آب پایه، اسفنج، هیدروژل و چسب در حال افزایش است. کیتوسان پلیمری طبیعی بوده که از استیل زدایی کیتین استخراج می شود و دارای واحد های گلوکوزآمین و N-استیل گلوکوزآمین است. این پلیمر طبیعی غیرسمی، خواص بسیار مفیدی نظیر فعالیت ضدمیکروبی، زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری و آثار ترمیم و بازسازی بافت را دارد. از ضعف های کیتوسان می توان به حل پذیری و فرایندپذیری ضعیف به دلیل تعدد پیوندهای هیدروژنی درون و بین مولکولی قوی آن اشاره کرد. از این رو، به طور عمده از کیتوسان به صورت اصلاح شده یا در ترکیب با سایر پلیمر ها در کاربرد های گوناگون استفاده شده است. ترکیب پلیمر های سنتزی با پلیمر های طبیعی از اهمیت ویژه ای برخوردار است، زیرا پلیمرهای طبیعی مانند کیتوسان می توانند برخی از خواص مانند زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری، سمیت کم، زنده مانی یاخته ای زیاد و رشد ذاتی بافت را نشان دهند، در حالی که پلیمرهای سنتزی ویژگی های دیگری مانند فرایندپذیری مطلوب، خواص فیزیکی و مکانیکی و پایداری شیمیایی و گرمایی مناسب را دارند. اخیرا از کیتوسان به منظور بهبود در خواص مکانیکی، پایداری گرمایی، زیست تخریب پذیری، خاصیت ضدمیکروبی و فعالیت زیستی در ترکیب با پلی یورتان ها استفاده شده است. طی این مطالعات، محصولاتی گوناگون مانند کامپوزیت، الاستومر، الیاف، اسفنج، داربست و هیدروژل برای کاربرد های مختلف تهیه شده است. در این مقاله، پلی یورتان های دارای کیتوسان و روش های سنتز آن ها برای کاربردهای مختلف مرور شده است. محصولات تهیه شده در این مطالعات برای کاربرد های متنوع نظیر اصلاح پارچه ها، تهیه پوشش های ضدباکتری، زخم پوش ها، داربست های مهندسی بافت، ، الیاف، هیدروژل و اسفنج پیشنهاد شده است.

    کلیدواژگان: پلی یورتان، کیتوسان، خواص، سنتز، کاربرد
  • سحر عبدالهی باغبان*، رهی راد صفحات 23-46

    امروزه کاهش استفاده از ترکیبات آلی فرار یکی از مهم ترین موضوعات مطرح برای حفاظت از محیط زیست است. پوشش های پودری از دهه 1950 میلادی با توجه به دوستداری محیط زیست و عملکرد عالی، به طور گسترده در حوزه پوشش دهی سطوح فلزی، به ویژه خطوط لوله و لوازم خانگی و اداری استفاده شده اند. این نوع پوشش ها، نوعی پوشش جامد و بدون حلال هستند که به حالت پودر با روش های مختلف مانند الکتروستاتیک یا بستر سیالی روی سطح اعمال شده و سپس با گرما پخت می شوند. در این مطالعه، ابتدا تاریخچه روند توسعه پوشش های پودری شرح داده شده است، سپس انواع پوشش های پودری، روش ها و فرایند تولید آن ها بیان شده و در ادامه روند پژوهشی درحال انجام در زمینه این نوع از پوشش ها با تاکید بر نوع و مشخصات رزین های مصرفی در این صنعت، گزارش شده است. همچنین با توجه به اهمیت رزین های پودری در فرمول بندی رنگ پودری، عملکرد انواع رزین های گرمانرم و گرماسخت استفاده شده در این سامانه های پوششی پودری از جمله پلی پروپیلن، پلی اتیلن، پلی (وینیل کلرید)، فلویوروپلی اتیلن، نایلون، اپوکسی، پلی استر، پلی یورتان، آکریلیک، سلولوز استات بوتیرات و رزین های بازیافتی با یکدیگر مقایسه شده اند. افزون بر این، نحوه اعمال و تشکیل فیلم در پوشش های الکتروستاتیک و عوامل اثرگذار بر آن ها به طور کامل بررسی شده است. برخی از چالش ها و معضلات این صنعت بزرگ نیز در راستای ارتقا کیفیت و بهبود روش های اعمال و پخت معرفی شده اند. در نهایت، رویکردهای فنی نوین، با هدف صرفه جویی در مصرف انرژی و زیست سازگاری بیشتر محصولات پودری، مانند استفاده از فناوری پخت زیرقرمز، سامانه های تابش پز با پرتو فرابنفش یا قابلیت پوشش دهی سطوح حساس به دما با استفاده از پوشش پودری، بیان شده اند.

    کلیدواژگان: پوشش پودری، رزین گرمانرم وگرماسخت، پاشش الکتروستاتیک، پلی استر، اپوکسی
  • زینب عاقلی نژاد، مسلم توکل*، محبوبه محمودی، مریم دهقان نیری صفحات 47-60

    فرضیه: 

    در سال های اخیر، به دلیل تشابه مشخصه های داربست های هیدروژلی با ماتریس برون یاخته ای بافت های مختلف، توجه به تهیه و ارزیابی آن ها در مهندسی بافت رشد فزاینده ای داشته است. از میان روش های مختلف تهیه هیدروژل، استفاده از تابش یوننده دارای چند برتری است، زیرا به واکنشگرهای شیمیایی نیاز ندارد و محصول می تواند به شکل نهایی تابش دهی شده و هم زمان با شبکه ای شدن با تابش دهی سترون شود. در این پژوهش، اصلاح شیمیایی با گلیسیدیل متاکریلات و آمیخته سازی فیزیکی با پلی(وینیل الکل) برای تهیه داربست های هیدروژلی بر پایه پلی ساکاریدها، کتیرا و کربوکسی متیل کیتوسان به کمک تابش باریکه الکترون، ارزیابی شد. 

    روش ها

    برای تهیه داربست هیدروژلی، ابتدا پلیمرهای طبیعی کتیرا و کربوکسی متیل کیتوسان با گلیسیدیل متاکریلات عامل دار شدند و در ادامه محلول های آمیخته ای پلیمرهای اصلاح شده و پلی(وینیل الکل)، در معرض باریکه الکترون قرار گرفتند. سپس شکل شناسی، محتوای ژل، رفتار تورمی، استحکام فشاری، خواص ریولوژیکی و زیست سازگاری هیدروژل ها بررسی شد.

    یافته ها

    کتیرای عامل دارشده با گلیسیدیل متاکریلات و کربوکسی متیل کیتوسان در محلول آبی و در معرض باریکه الکترون شبکه ای شدند. آمیخته سازی پلی (وینیل الکل) با پلیمرهای اصلاح شده، موجب تشکیل شبکه پلیمری درهم نفوذی با استحکام فشاری، مدول ذخیره و مقدار تورم افزایش یافته شد. محتوای ژل هیدروژل ها بسته به دز تابش دهی و ترکیب درصد پلیمرها در  حدوده %65 تا %98 متغیر بود. در آزمون های استحکام فشاری و ریولوژی، هیدروژل ها رفتار گران روکشسان و خاصیت بازیابی کشسانی مناسبی نشان دادند. استحکام فشاری هیدروژل های تولیدشده از آمیخته فیزیکی پلیمرها در محدوده  1414kPa-1200بود. زنده مانی یاخته های مزانشیمی انسانی تماس یافته با عصاره هیدروژل، پس از 24 و 72h  گرم خانه گذاری بیش تر از %85 بود. با توجه به این نتایج، هیدروژل های شبکه پلیمری درهم نفوذی تولیدشده در این مطالعه می توانند به عنوان گزینه امیدوارکننده برای ارزیابی بیشتر به ویژه مهندسی بافت غضروف پیشنهاد شوند.

    کلیدواژگان: پلی وینیل الکل، کتیرا، کربوکسی متیل کیتوزان، داربست هیدروژلی، پرتو الکترونی
  • حسین بوهندی*، مژده اشکانی، محمدرضا رستمی درونکلا، کوروش کبیری، مجید غیاث صفحات 61-72

    فرضیه: 

    پلیمرهای ابرجاذب مواد اصلاح کننده با کاربردهای گسترده هستند. یکی از کاربردهای این مواد در صنعت تولید بتن است. استفاده از این مواد برای آبدهی به مواد سیمانی و پخت آن ها بیش از یک دهه است که مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. استفاده از ابرجاذب ها در بتن روش ارزشمندی است، برای مناطقی که عمل آوری معمولی بسیار دشوار باشد، مانند شرایط آب و هوایی ناپایدار که می تواند به تبخیر بیش از حد و یخ زدگی منجر شود و باعث صرفه جویی در مصرف آب نیز می شود.

    روش ها

    میکروژل کربوپل (پلی آکریلیک اسید شبکه ای) اصلاح شده با مونومر پلی(اتیلن گلیکول) متیل اتر متاکریلات با وزن مولکولی 300 در مقادیر مختلف (1، 2 و 3g) و آغازگر آزوبیس ایزوبوتیرونیتریل با فراصوت دهی تهیه شد و خواص میکروژل تهیه شده و نیز اثر آن بر خواص سیمان بررسی شد. میکروژل تهیه شده با آزمون های طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپی الکترونی پویشی، تعیین اندازه ذره و خواص تورمی بررسی شد. همچنین اثر میکروژل تهیه شده بر خواص متفاوت سیمان مانند ریولوژی، استحکام فشاری و خمشی و آبدهی ارزیابی شد. 

    یافته ها

    نتایج FTIR و تصاویر میکروسکوپی نشان داد، اصلاح مونومرها انجام شده است. با توجه به نتایج تورمی مشاهده شد، کربوپل در آب و آب نمک هیچ جذبی ندارد و حل می شود. و پس از اصلاح نیز خاصیت تورمی و جذب حاصل شده است. ظرفیت تورم در آب و آب نمک با افزایش غلظت مونومر پلی اتری ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت. نتایج نمونه های سیمان نشان داد، استحکام فشاری نمونه سیمان در مجاورت کربوپل اصلاح شده با مونومر پلی اتری کاهش یافت. همچنین با مقایسه استحکام نمونه های تهیه شده و نمونه تجاری مشخص شد، نمک سدیم پلی آکریلیک اسید با نسبت آب به سیمان یکسان موجب افزایش استحکام فشاری نمونه شاهد شده است. استحکام خمشی نیز در تمام نمونه ها نسبت به نمونه مرجع کاهش یافت. با توجه به نتایج گران روی، میکروژل کربوپل با مونومر پلی اتری گران روی نمونه های سیمان را افزایش داد. با توجه به نتایج XRD آبدهی و پخت نمونه های دارای ابرجاذب نسبت به سیمان شاهد تا 28 روز ادامه داشت. بنابراین، می توان نتیجه گرفت، ابرجاذب ها در کل موجب تاخیر در آبدهی می شوند. همچنین آبدهی نمونه های دارای ابرجاذب با کاهش مقدار مونومر پلی اتری کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: کربوپل، پلی (اتیلن گلیکول) متیل اتر متاکریلات، فراصوت، سیمان، پخت
  • لیلا تقی اکبری، محمدرضا نعیمی جمال*، شروین احمدی صفحات 73-86

    فرضیه : 

    هدف از این پژوهش، بهبود رفتار در برابر آتش گرمانرم پلی یورتان (TPU) با افزودنی های تاخیرانداز شعله-تورمی (IFR) و نانوذره سیلیکا به عنوان عامل هم افزاست. 

    روش ها

    سامانه شعله-تورمی متشکل از آمونیوم پلی فسفات (APP)، ملامین پلی فسفات (MPP) و پنتااریتریتول (PER) با روش اختلاط مذاب به TPU افزوده شد. اشتعال پذیری کامپوزیت با آزمون سوختن عمودی UL94 و کارایی نانوسیلیکا با آزمون گرماسنجی مخروطی ارزیابی شد. سپس، نانوسیلیکا با درصد وزنی بسیار کم به عنوان هم افزا به کامپوزیت TPU-IFR افزوده و خواص آتش بررسی شد. پایداری گرمایی و ساختار زغال پس از سوختن به ترتیب با تجزیه گرماوزن سنجی (TGA) و میکروسکوپ الکترونی (FE-SEM) بررسی شد. 

    یافته ها

    نتایج آزمون ها، اثربخشی سامانه IFR را با کاهش شایان توجه حداکثر شدت تولید دود و شدت رهایش گرما (PHRR)(PSPR) به ترتیب 58.3 و %62.6 نشان داد. افزودن %0.5 وزنی نانوسیلیکا به عنوان عامل هم افزا به سامانه IFR-TPU، سبب کاهش %75 در PHRR و %79.2 در PSPR نسبت به TPU مرجع و حذف شره مذاب شد. این نتیجه، هم افزایی موثر نانوسیلیکا را در تقویت  خواص نانوسیلیکای TPU تایید کرد. هر دو کامپوزیت در آزمون UL-94 به درجه V0 دست یافتند. بازده زغال از %6 در TPU به %31.2 در TPU-IFR و %58.9 در  نانوکامپوزیت TPU افزایش یافت. بررسی ساختار زغال با میکروسکوپی الکترونی پویشی گسیل میدانی (FE-SEM)، وجود ساختار فشرده و یکپارچه را در نانوکامپوزیت TPU نشان داد، در حالی که زغال حاصل از سوختن TPU-IFR، ساختاری حفره دار داشت. تجزیه گرماوزنی (TGA) افزایش پایداری گرمایی در هر دو کامپوزیت TPU را با تشکیل زغال به عنوان سد گرمایی تایید کرد. پژوهش حاضر، سامانه نانوسیلیکای شعله-تورمی کارآمدی را در بهبود رفتار TPU در برابر آتش معرفی می کند که با افزودن مقدار بسیار کم نانوسیلیکا به عنوان هم افزا، ایمنی آن در برابر آتش به طور شایان توجهی افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: سامانه تاخیرانداز شعله- تورمی، نانوسیلکا، عامل هم افزا، پلی یورتان گرمانرم، گرماسنج مخروطی
  • دانیال باجلان، عزیزه جوادی* صفحات 87-101

    فرضیه : 

    به منظور کاهش آلودگی های زیست محیطی، جایگزینی پلیمرهای پایه نفتی با مواد زیست تخریب پذیر اجتناب ناپذیر است. پلی(لاکتیک اسید) (PLA) به دلیل زیست تخریب پذیری و زیست سازگاری و نیز استحکام کششی زیاد یکی از جایگزین های مناسب برای پلیمرهای سنتزی بوده اما استفاده از آن به دلیل شکنندگی با محدودیت هایی همراه است.

    روش ها

    در این پژوهش، آمیخته های PLA دارای %25 وزنی پلی(بوتیلن آدیپات-co-ترفتالات) (PBAT) تهیه شد  که پلیمری زیست تخریب پذیر و انعطاف پذیر است. نانوکامپوزیت های دارای 1 و  3phr نانورس  (کلویزیت 20A) نیز تهیه شدند. سپس، اثر سازگارکنندگی زنجیرافزا در این سامانه و خواص شکل شناسی، ریولوژیکی، مکانیکی و گرمایی تمام نمونه ها مطالعه شد.

    یافته ها

    نتایج ریولوژی افزایش شایان توجه در مدول ذخیره و گران روی مختلط را در نمونه های دارای نانورس و زنجیرافزا نشان داد. تصاویر SEM، شکل شناسی قطره-ماتریس را برای نمونه ها مشخص کرد. نشان داده شد، فاز پراکنده PBAT در نانوکامپوزیت ها، به ویژه در نمونه دارای  3phr نانورس و 0.5 زنجیرافزا، کاهش زیادی یافته است (2.54µm به 1.15µm). نتایج آزمون های مکانیکی نشان داد، همه نانوکامپوزیت ها، به ویژه نمونه های دارای نانورس و زنجیرافزا، بهبود شایان توجهی را در خواص مکانیکی نسبت به PLA خالص نشان دادند (حدود 13.6 برابر افزایش طول تا پارگی و بیش از 2 برابر استحکام ضربه ای برای نانوکامپوزیت دارای  3phr نانورس و 0.5phr  زنجیرافزا). این یافته ها که نتایج ریولوژی و شکل شناسی را تایید می کنند، اثر هم افزایی نانورس و زنجیرافزا را برای سازگارسازی آمیخته PLA/PBAT نشان می دهد. نتایج XRD افزایش فاصله صفحه های نانورس از یکدیگر را نشان داد که به نفوذ زنجیر های پلیمری در لایه های آن نسبت داده شد. نتایج آزمون DSC نیز حاکی از افزایش بلورینگی نمونه ها با وجود ذرات نانورس بود.

    کلیدواژگان: پلی لاکتیک اسید، پلی بوتیلن آدیپات-کو-ترفتالات، نانورس، آلیاژ، نانوکامپوزیت
|
  • Abbas Mohammadi *, Zahra Shahsanaei Goneirani, Alireza Fatahi Pages 3-22

    Today, the specialists’ attention on polyurethanes is increasing day by day due to easy synthesis, available raw materials, favorable mechanical properties, biocompatibility, and the possibility of providing different products, such as water-based polyurethanes, foams, hydrogels and glues. Chitosan is a natural polymer that is extracted from the deacetylation of chitin and contains glucosamine and N-acetyl glucosamine units. This non-toxic natural polymer has very useful properties such as antimicrobial activity, biocompatibility, biodegradability, and tissue repair and regeneration effects. One of the weaknesses of chitosan is its poor solubility and processability due to its strong intra- and intermolecular hydrogen bonding. Therefore, chitosan has been used mainly in modified form or in combination with other polymers in various applications. The combination of synthetic polymers with natural polymers is of particular importance because natural polymers such as chitosan can show some properties such as biocompatibility, biodegradability, low toxicity, high cell viability, and internal tissue growth; while the synthetic polymers have other characteristics such as favorable processing, mechanical and physical properties, and appropriate chemical and thermal stability. Recently, chitosan has been used in combination with polyurethanes to improve its mechanical properties, thermal stability, biodegradability, antimicrobial properties and biological activity. During these studies, products in various forms such as composite, elastomer, fiber, foam, scaffold, and hydrogel have been prepared for different applications. In this review, polyurethanes containing chitosan and their synthesis methods for various applications are discussed. The products prepared in these studies have been suggested for various applications such as antibacterial coating, wound dressing, tissue engineering scaffold, fabric modification, fibers, hydrogels and foams.

    Keywords: polyurethane, Chitosan, synthesis, Properties, application
  • SAHAR ABDOLLAHI BAGHBAN *, Rahy Rad Pages 23-46

    Today, reducing the use of volatile organic compounds is one of the most important issues for environmental protection. Since the 1950s, powder coatings have been widely considered in the surface coating field, especially pipelines, households, and office appliances, due to their environmental friendliness and excellent performance. These types of coatings are solid and they are applied to the surface in the form of powder using different methods such as electrostatic or fluidized bed and then they are cured by heat. In this study, a brief history of the development of powder coatings is described, and it is continued by full report on the types of powder coatings, their production methods and processes, and the research process, emphasizing the type and characteristics of the resins used in this industry. Considering the importance of powder resins in the formulation of powder coatings, the performance of various thermoplastic and thermosetting resins used in these powder coating systems, including polypropylene, polyethylene, poly(vinyl chloride), fluoropolyethylene, nylon, epoxy, polyester, polyurethane, acrylic, cellulose acetate butyrate, and recycled resins are compared. In addition, the method of application and film formation in electrostatic coatings and the factors affecting them are investigated comprehensively. Furthermore, some of the challenges and problems of this giant industry will be introduced in order to improve its quality and curing methods for to expand the applications. Finally, new technical approaches, aiming to save energy and produce more biocompatible powdered products, using infrared curing technology, curing by ultraviolet radiation, or the ability to coat sensitive-temperature surfaces by powder coating are described.

    Keywords: powder coatings, thermoset, thermoplastic resins, electrostatic spray, Polyester, epoxy
  • Zeinab Aghelinejad, Moslem Tavakol *, Mahboobeh Mahmoodi, Maryam Dehghan-Niri Pages 47-60

    Hypothesis: 

    Recently, preparation and investigation of hydrogel scaffolds in tissue engineering have gained increasing attentions owing to similarity of their characteristics to extracellular matrix of different tissues. Among different methods for hydrogel preparation, the use of ionizing radiation presents several advantages as it can occur without the need to add chemical agents and the final products can be irradiated to final form in the package, also simultaneously sterilized by irradiation during crosslinking. In this study, chemical modification with glycidylmethacrylate (GMA) as well as physical blending with poly(vinyl alcohol) (PVA) was investigated to prepare hydrogel scaffolds based on polysaccharides, gum tragacanth (GT) and carboxymethyl chitosan (NOCC) using electron beam irradiation.

    Methods

    For preparation of the hydrogels, first, GT and NOCC were functionalized with GMA. Afterwards, the blended solutions of these modified polymers and PVA were exposed to electron beam irradiation. Finally, the morphology, gel content, swelling behavior, compressive strength, rheological properties and biocompatibility of the hydrogels were investigated.

    Findings

    GMA-functionalized GT and NOCC in aqueous solution were crosslinked by electron beam irradiation. Blending of PVA with these modified polymers leads to the formation of an interpenetrating polymeric network (IPN) with enhanced compressive strength, storage modulus and swelling degree in comparison with the hydrogels prepared with unblended polymers. The gel content of the hydrogels varies between 65 to 98% as a function of polymer composition and irradiation dose. The hydrogels show viscoelastic behaviors in both compression and rheology analyses as well as excellent elastic recovery in cyclic compression analysis. The stress fracture of IPN hydrogels is found in the range of 1200-1414 kPa. The viability of MSCs, exposed to hydrogel extracts is above 85% after 24 and 72 h incubation. According to these results, the IPN hydrogels prepared in this study may be suggested as a promising candidate for further investigation, especially in cartilage tissue engineering.

    Keywords: Gum tragacanth, Carboxymethyl chitosan, Poly(vinyl alcohol), Electron beam irradiation, Hydrogel scaffolds
  • Hossein Bouhendi *, Mojdeh Ashkani, Mohammad Reza Rostami Daronkola, Kourosh Kabiri, Majid Ghiass Pages 61-72

    Hypothesis: 

    Superabsorbent polymers are modifiers that have broad applications. One of their applications is in concrete production industry. The use of these materials for supplying water to cement materials and their curing process has attracted the attention of researchers. Using SAPs in concrete is a valuable tool for areas where conventional curing is very difficult, such as extreme weather conditions that can lead to excessive evaporation and freezing. It also saves water.

    Methods

    Modified carbopol was prepared using poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate as a monomer with a molecular weight of 300 in amounts of 1, 2 and 3 g and with azobisisobutyronitrile (AIBN) as the initiator by ultrasound method. The properties of the prepared microgel and its effect on the properties of cement paste are investigated. The prepared microgel has been studied using FTIR analysis, scanning electron microscopy, particle size determination and swelling properties. In addition, the effect of prepared microgel on different properties of cement paste, such as rheology, compressive and flexural strength and hydration, is investigated.

    Findings

    The results of FTIR and microscopic images showed that the monomer was modified. According to the swelling results, it was observed that carbopol has no absorption and it is dissolved. After modification, the swelling and absorption properties are obtained. The swelling capacity in water and saline solution has increased first and then decreased with increasing monomer concentration. The resultant cement pastes show that the compressive strength of samples is decreased in the presence of modified carbopol. In addition, the strength of the cement paste prepared with commercial superabsorbent (polyacrylic acid sodium salt) has increased with the same water:cement ratio. The flexural strength is reduced in all samples compared to the reference. According to the results, the modified carbopol has increased the viscosity of the cement pastes. According to the XRD results, hydration and curing of samples with superabsorbent have completed within 28 days compared to the control cement. Therefore, it can be concluded that superabsorbents generally cause a delay in hydration, and besides the hydration of the superabsorbent-cement specimens is decreased by reducing the monomer.

    Keywords: carbopol, polyethylene glycol methyl ether methacrylate, ultrasound, cement, curing
  • Leila Taghi Akbari, Mohammad Reza Naimi - Jamal *, Shervin Ahmadi Pages 73-86

    Hypothesis: 

    The aim of this research is to improve the fire behavior of thermoplastic polyurethane (TPU) using an intumescent flame retardant system (IFR) and nanosilica as a synergistic agent 

    Methods

    A three-component IFR system consisting of ammonium polyphosphate (APP), melamine polyphosphate (MPP), and pentaerythritol (PER) was added to TPU by melt mixing. The flammability of the TPU-IFR was evaluated by UL94 vertical burning test and the efficiency of the IFR was investigated by cone calorimeter test (CCT). A nanosilica as a synergist with low loading was added to the TPU-IFR composite, and fire properties were investigated. Thermal stability and char morphology were investigated by thermal analysis and scanning electron microscopy, respectively.

    Findings

    The results show that the IFR system is effective with a significant decrease of 62.6% in peak heat release rate (PHRR) and 58.3% in peak smoke production (pSPR). By incorporation of 0.5% (by wt) nanosilica into TPU-IFR, there are decreases in PHRR and pSPR by 75.0% and 79.2%, respectively, compared to the original TPU, while the dripping is removed. This has confirmed the effective synergism of nanosilica in enhancing the flame retardancy of TPU-IFR. Further, the amount of residual char has reached 31.2% and 58.9% for TPU-IFR and TPU-IFR-nanosilica, respectively, compared to 6.2% in a neat TPU. Both TPU composites have reached V0 grade in UL-94 test. FESEM shows an integrated compact char in IFR-TPU-nanosilica, while there are small holes in the char structure of IFR-TPU. Thermal analysis (TGA) has shown enhanced thermal stability in the two TPU composites by formation of a carbon layer as a thermal barrier during burning. This work introduces an efficient intumescent flame retardant system for improving the fire behavior of TPU which can significantly enhance the fire safety of TPU by a low loading of nanosilica as a synergist.

    Keywords: Intumescent Flame retardant, nanosilica, Synergistic agent, thermoplastic polyurethane, cone calorimeter
  • Danial Bajelan, Azizeh Javadi * Pages 87-101

    Hypothesis: 

    In order to reduce the environmental pollution, it is an inevitable approach to replace petroleum polymers with biodegradable materials. Poly(lactic acid) (PLA) is one of the suitable alternatives for synthetic polymers, due to its biodegradability and biocompatibility as well as high tensile strength, but the application of PLA faces limitations due to its brittleness.

    Methods

    In this research, blends of PLA containing 25% (by wt) poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT), a biodegradable and flexible polymer, were prepared. Nanocomposites containing 1 and 3 phr nanoclay (Cloisite 20A) were prepared at the same time. The compatibilizing effect of chain extender (CE) (ADR 4368) (0.5 phr) for this system was investigated. The rheological, morphological, mechanical and thermal properties of all samples have been studied. 

    Findings

    Rheology results show a significant increase in the storage modulus and complex viscosity of samples containing both nanoclay and chain extender. SEM images illustrate droplet-matrix morphology of all samples. It is shown that the size of PBAT dispersed phase in nanocomposites is decreased, especially in the sample containing 3 phr nanoclay and 0.5 phr chain extender (2.54 to 1.15 mm). The results of mechanical tests show that all nanocomposites, specially samples containing both nanoclay and chain extender have made a significant improvement in all mechanical properties, in comparison to a neat PLA (about 13.6 times in elongation-at-break and more than twice in impact strength for nanocomposite containing 3 phr nanoclay and 0.5 phr chain extender). These findings confirm the results of rheology and morphology and reveal a synergistic effect of using nanoclay and chain extender for the compatibilization of the system. The XRD analysis reveals an increase in the distance of nanoclay plates, which is due to diffusion of polymer chains into its layers. Finally, the DSC analysis shows that the crystallinity of the samples increases in the presence of nanoclay particles.

    Keywords: PLA, PBAT, Nanoclay, blend, Nanocomposite