فهرست مطالب

علوم و تکنولوژی پلیمر - سال سی و ششم شماره 3 (پیاپی 185، امرداد و شهریور 1402)

دو ماهنامه علوم و تکنولوژی پلیمر
سال سی و ششم شماره 3 (پیاپی 185، امرداد و شهریور 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/06/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی سلیمی* صفحات 209-230

    در سال های اخیر مواد زیست پایه به دلیل آثار مثبت زیست محیطی، توجه زیادی را در بخش صنعت و نیز حوزه های علمی جلب کرده اند. افزون بر تجدیدپذیری و پایداری محیطی، برخی مزایای ویژه مواد زیست پایه در حوزه های رقابتی مانند بازار چسب و پوشش نیز نمایان شده است. مقاله حاضر مزایا و چالش های چسب های زیست پایه را پوشش می دهد. در مقایسه با انواع پایه نفتی، می توان به برتری های ویژه مواد زیست پایه شامل مقدار انتشار گاز گلخانه ای کمتر، محتوای آلی فرار، سمیت محیطی و سمیت انسانی کمتر اشاره کرد. همچنین زیست مواد تمایل بیشتری برای زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری دارند که بر جذابیت آن ها می افزاید. مواد زیست پایه را می توان به طور مستقیم به عنوان مونومر و قطعه ساختاری تجدیدپذیر در فرمول بندی چسب استفاده کرد یا به عنوان افزودنی در فرمول بندی گنجاند. در حال حاضر از فناوری های پیش رو برای استفاده از چسب های زیست پایه می توان به استفاده از نشاسته و ترکیبات پروتیینی در تولید صفحه های چوبی با هدف حذف فرمالدهید اشاره کرد. همچنین، در چسب های زیست پایه می توان افزون بر دستیابی به نسبت عملکرد به قیمت مناسب، بعضی از خواص منحصربه فرد چسب همانند درجه آب گریزی را کنترل کرد. در این راستا، استفاده از انواع روغن گیاهی و مشتقات پوسته بادام هندی بسیار موثر شناخته شده اند. همچنین بعضی ساختارهای خاص همانند لیگنین یا تانن، قابلیت مناسبی در توسعه فرمول بندی چسب های مقاوم گرمایی یا حتی خاصیت ضدباکتریایی زیادی نشان می دهند. به طور کلی کارهای انجام شده تاکنون، بیانگر قابلیت مناسب چسب های زیست پایه برای مصرف در مقیاس صنعتی هستند. اما لازم است، تا مطالعات تکمیلی همانند مدل سازی پیش بینی عمر عملکردی چسب زیست پایه نیز انجام شود تا امکان جمع بندی مناسب درباره امکان استفاده از چسب های زیست پایه در صنعت فراهم شود.

    کلیدواژگان: چسب، زیست پایه، تجدیدپذیر، فرمول بندی، زیست تخریب
  • ریحانه لقایی، حسین فشندی*، سید مهدی حجازی، صالح اکبرزاده، سمیرا شقاقی، علیرضا شماعی کاشانی، بیژن جهان آرا، الهه شهسواری صفحات 231-258

    سلولوز به عنوان یکی از فراوان ترین پلیمرهای طبیعی با گستره وسیعی از کاربردها، توجه پژوهشگران زیادی را جلب کرده است. ساختارهای بر پایه سلولوز مانند نانوبلورهای سلولوز و نانوکامپوزیت های ساخته شده از آن ها از جمله مواد پرکاربرد در بسیاری از زمینه ها شناخته شده اند. تقاضا برای توسعه، تولید و استفاده از ساختارهای بر پایه سلولوز و کسب دانش مربوط به آن ها به سرعت در حال افزایش است. از این رو در مقاله پیش رو، آخرین تحولات برای تولید نانوبلورهای سلولوز، خواص و روش های پراکنش آن ها در ماتریس رزین اپوکسی به منظور دستیابی به خواص نهایی مطلوب در ساختار نانوکامپوزیت اپوکسی-نانوبلورهای سلولوز بحث شده است. ابتدا، نانوبلورهای سلولوز ، به عنوان یکی از پراستنادترین نانومواد زیست تخریب پذیر و فراوان در طبیعت معرفی شدند. پس از آن، روش های مختلف تولید نانوبلورهای سلولوز به تفصیل شرح داده شده است. در ادامه، با اشاره به کاربردهای مختلف نانوبلورهای سلولوز در بسیاری از زمینه ها، آب کافت اسیدی به عنوان یکی از کاربردی ترین و کم هزینه ترین روش های تولید این نانوذرات توضیح داده شده و به عوامل موثر بر این فرایند مانند منبع سلولوز، زمان و دمای فرایند آب کافت اسیدی و غلظت و نوع اسید مصرفی نیز اشاره شده است. پدیده کلوخگی و چگونگی دستیابی به پراکنش مطلوب نانوبلورهای سلولوز در ماتریس اپوکسی به عنوان یکی از چالش های اساسی در تولید نانوکامپوزیت های نانوبلورهای سلولوز-اپوکسی معرفی شده است. در همین راستا، به انواع روش های اصلاح سطح شیمیایی نانوبلورهای سلولوز اشاره شده است. در نهایت، اختلاف نظر پژوهشگران در زمینه انتخاب بهترین روش افزودن نانوبلورهای سلولوز به ساختار اپوکسی شرح داده شده است. با توجه به تقاضای رو به رشد استفاده از نانوکامپوزیت های کارآمد، پژوهش ها در این زمینه همچنان ادامه دارد. بنابراین، با ارایه بحث جامعی از آخرین پژوهش ها در این زمینه، سعی شده است دستاوردهای جدید پژوهشگران و روش های غلبه بر چالش های مربوط بررسی شود. مهم ترین دستاورد پژوهشگران، تاکید بر استفاده از محیط پراکنش مناسب با درنظرگرفتن انرژی سطحی نانوبلورهای سلولوز به منظور تولید نانوکامپوزیت هایی با خواص مکانیکی و ترمودینامیکی مطلوب است.

    کلیدواژگان: نانوبلورهای سلولوزی، آب کافت اسیدی، اپوکسی، نانوکامپوزیت، پراکنش ذرات
  • شیلا نجفیان، مهدی جای مند*، بخشعلی معصومی صفحات 259-279

    فرضیه:

     پوست بزرگ ترین اندام و نیز پوشش خارجی بدن است که به عنوان مانعی در برابر تهاجم های میکروبی و آسیب های مکانیکی و شیمیایی عمل می کند. اما، گاهی در برابر آسیب های واردشده، پوست به تنهایی قابلیت بازسازی بافت را ندارد. در این میان، مهندسی بافت راهکاری بازساختی و کارآمد در ترمیم آسیب های جدی بافت پوست است. مقاله حاضر به اهمیت داربست های رسانای تهیه شده از پلیمر طبیعی کتیرا و پلی آنیلین در مهندسی بافت پوست، به دلیل سمی نبودن، زیست سازگاری، سمی نبودن محصولات حاصل از زیست تخریب آن و نیز اثر رسانندگی الکتریکی داربست بر عملکرد مهندسی بافت پوست، اشاره دارد.

    روش ها

    در این پژوهش، داربست های هیدروژل نانولیفی رسانای الکتریسته متشکل از کتیرا آمیخته با پلی آنیلین (TG-B-PANI) و پلی (وینیل الکل) (PVA) به ترتیب با نسبت های وزنی 70:30 و 80:20 با روش الکتروریسی تهیه و خواص فیزیکی-شیمیایی و زیستی آن ها برای مهندسی بافت پوست با روش های مختلف مطالعه شد.

    یافته ها

    ساختار و خواص داربست های ساخته شده، با آزمون های تجزیه گرماوزن سنجی (TGA)، میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM)، طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR) و فرابنفش-مریی (UV-Vis) و ولت سنجی چرخه ای (CV) بررسی و شناسایی شد. تصاویر SEM ساخت الیاف یکنواخت با اندازه نانومتر را نشان داد. زیست سازگاری و قابلیت زنده مانی یاخته ها در داربست ها با روش MTT با استفاده از یاخته های فیبروبلاست L929 موش تایید شد. همچنین، داربست های ساخته شده خاصیت خون سازگاری و جذب پروتیین آلبومین سرم انسانی خوبی را نشان دادند. داربست های ساخته شده خواص فیزیکی-شیمیایی و زیستی مناسبی را برای مهندسی بافت پوست نشان دادند. داربست ساخته شده با %20 وزنی از آمیخته پلیمری TG-B-PANI قابلیت بیشتری را نسبت به داربست با %30 وزنی، از نظر چسبندگی و زنده مانی یاخته های فیبروبلاست L929 موش، نشان داد.

    کلیدواژگان: پلیمرهای طبیعی، صمغ کتیرا، الکتروریسی، داربست های رسانای پلیمری، مهندسی بافت پوست
  • فائزه رفیعیان، امیرمسعود رضادوست*، سید علیرضا ثابت صفحات 281-294

    فرضیه :

     کامپوزیت های رزین فنولی به دلیل آزادکردن محصول جانبی آب به هنگام پخت، همواره زیر فشار پرس یا اتوکلاو فرایند می شوند. بنابراین، اگر بتوان برای شکل دهی قطعه های کامپوزیت فنولی فقط از روش کیسه خلا استفاده کرد، هزینه های قالب و نیز چالش های مخزن های زیر فشار کنار گذاشته شده و قدم بزرگی برای آسانی فرایند ساخت این نوع قطعه ها برداشته می شود.   

    روش ها

    به منظور ارزیابی فرایند کیسه خلا با روش مرسوم کیسه خلا و نیز اتوکلاو، در پژوهش حاضر، کامپوزیت های چندلایه فنولی تقویت شده با پارچه الیاف شیشه به دو روش اتوکلاو در فشار 3bar و نیز فقط کیسه خلا تهیه شدند. به منظور مقایسه خواص و نیز بررسی اثر ضخامت بر خواص مختلف، نمونه ها در آزمون های خمش، استحکام برشی تیر کوتاه، درصد حباب و شکل شناسی سطح شکست بررسی شدند.

    یافته ها

    نتایج نشان داد، در هر دو گروه نمونه، با افزایش ضخامت مدول خمشی افزایش و استحکام خمشی و استحکام تیر کوتاه کاهش می یابد. همچنین در هر ضخامت، مدول و استحکام خمشی و استحکام تیر کوتاه در نمونه تهیه شده فقط با کیسه خلا نسبت به نمونه اتوکلاو به ترتیب 27، 17 و %17 کاهش یافته است. نتایج بررسی های شکل شناسی نیز نشان داد، در نمونه های تهیه شده فقط با کیسه خلا برخلاف نمونه های اتوکلاو، حفره های ناشی از حباب های درشت به فراوانی یافت شده و نیز اتصال رزین و الیاف پس از شکست کاهش زیادی یافته است. همچنین با افزایش ضخامت، اتصال رزین و الیاف و نفوذ رزین در میان رشته های الیاف کاهش یافته است. نتایج آزمون درصد حباب نیز نشان داد، در نمونه های با ضخامت های 1 و 9mm به ترتیب مقدار حباب 1± %3.5 و 1± %15 بوده است. بنابراین برخلاف رزین اپوکسی، خواص رزین های فنولی در فرایند فقط کیسه خلا کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: فرایند کامپوزیت ها، کامپوزیت فنولی، فرایند فقط کیسه خلا، اتوکلاو، خواص مکانیکی
  • مجید حقگو*، هاجر اسحاقی صفحات 295-306

    فرضیه :

     امروزه با به کارگیری گسترده تعلیقه های ذرات زبر در صنعت شیمیایی تمایل به مطالعه درباره رفتار ریولوژی تعلیقه ها افزایش چشمگیری داشته است. یکی از مهم ترین زمینه های مطالعاتی درباره تعلیقه ذرات زبر، ارتباط گران شوندگی برشی با اصطکاک بین ذره ای ذرات است . بر این اساس در تعلیقه های غلیظ، مقدار افزایش گران روی و رفتار گران شوندگی برشی، متناسب با زبری سطوح ذرات معلق درنظر گرفته می شود. 

    روش ها

    در این پژوهش، ذرات صاف (کوپلیمر استیرن-آکریلیک اسید) و زبر (کوپلیمر استیرن-آکریلیک اسید با پوشش سیلیکا) سنتز شدند و تعلیقه آن ها در محلول اتانول-آب با درصد حجمی 20، 34 و %49 تهیه شد. سرعت برشی بحرانی شروع ناحیه گران شوندگی تعلیقه در نسبت های متفاوت از ذرات زبر و صاف، به دست آمد. خواص ریولوژیکی به روش تجربی به دست آمد و سپس از مدل های تجربی و نیمه تجربی همچون Herschel Barclay و Gopalakrishnan، برای ارتباط بین ریولوژی و ریزساختار تعلیقه ها استفاده شد.

    یافته ها

    مشاهده شد، با افزایش درصد زبری در ترکیب درصد یکسان از ذرات، رفتار گران شوندگی برشی شدیدتری در مقادیر کمتری از ذرات زبر اتفاق می افتد. همچنین، در نمونه دارای بیشترین ترکیب درصد تعلیقه و تشکیل شده از %100 ذرات زبر با کمترین مقدار Peclet، هیدروخوشه تشکیل می شود. دلیل ایجاد هیدروخوشه های بیشتر و حتی بزرگ تر وجود تماس های اصطکاکی در کنار نیروهای هیدرودینامیک عمل کننده بر ذرات است که در نهایت موجب افزایش اتلاف انرژی در سامانه و افزایش گران روی است. این موضوع نشان می دهد، وجود زبری و افزایش مقدار ذرات زبر، سامانه را به سمت افزایش گران روی در سرعت های برشی کمتری هدایت می کند. همچنین انطباق مدل Gopalakrishnan بر داده های تجربی به طور مشخصی نشان می دهد، افزایش زبری موجب کاهش مقدار Pe بحرانی شروع ناحیه گران شوندگی برشی و نیز قوی ترشدن رفتار گران شوندگی برشی در سامانه می شود.

    کلیدواژگان: ذرات زبر، تعلیقه های کلوئیدی، تماس های اصطکاکی، رئولوژی، رفتارگران شوندگی برشی
  • الناز طالبی، گلنوش عبدعلی، احمدرضا بهرامیان* صفحات 307-320

    فرضیه : 

    مواد تغییرفاز جامد-مایع، از جمله موادی هستند که برای ذخیره انرژی گرمایی به کار می روند. با نانوکپسول دارشدن این مواد، می توان مشکل نشتی طی ذوب شدن را برطرف کرد و کارایی گرمایی سامانه را افزایش داد. پژوهشگران در پژوهش های پیشین از روش های پیچیده و پرهزینه ای برای تهیه نانوکپسول ها استفاده کرده اند. در این پژوهش، برای آسانی سنتز و کاهش زمان و هزینه های فرایند، از اختلاف پارامتر حل پذیری مواد هسته و پوسته در دما های مختلف و تقدم و تاخر در جدایی فاز به منظور سنتز نانو کپسول ها استفاده شده است.

    روش ها

    به منظور ساخت نانو کپسول پلی (اتیلن گلیکول) با پوسته پلی استیرن رسانای گرما، از اختلاف پارامتر حل پذیری پلی (اتیلن گلیکول)، پلی استیرن و تولوین در دماهای 5، 25 و 80 درجه سلسیوس استفاده شد. در واقع، این تغییر در پارامتر حل پذیری موجب ایجاد محلول همگنی از این سه ماده در دمای 80 درجه سلسیوس می شود. با کاهش دما به 25 درجه سلسیوس، هسته گذاری اولیه شکل می گیرد و نانوذرات پلی (اتیلن گلیکول) جامد به طور کامل جدا  می شوند. در ادامه با کاهش دما به 5 درجه سلسیوس پلی استیرن نیز از محلول جدا می شود و به طور کامل نانوذرات پلی (اتیلن گلیکول) را پوشش می دهد. بدین ترتیب به روش ته نشینی با گرادیان دما ابتدا نانوذرات پلی (اتیلن گلیکول) سنتز شدند. سپس با ته نشینی پلی استیرن، نانوذرات پلی (اتیلن گلیکول) پوشش یافتند. همچنین برای افزایش رسانندگی گرمایی پوسته و کارایی گرمایی سامانه، از نانوذرات کربن در پوسته پلی استیرن استفاده شده است.

    یافته ها

    بررسی شکل شناسی محصول سنتزی در این پژوهش ایجاد نانو کپسول هسته-پوسته پلی(اتیلن گلیکول-پلی استیرن را تایید می کند. کارایی جذب انرژی گرمایی سیال انتقال گرمای تهیه شده از این نانوذرات در دمای کاربری 55 درجه سلسیوس حدود %17 بیشتر از آب خالص است.

    کلیدواژگان: نانو کپسول، ماده تغییر فاز، سیال انتقال گرما، ذخیره انرژی گرمایی، روش ته نشینی با گرادیان دما
|
  • Ali Salimi * Pages 209-230

    Due to environmental concerns and considering the petroleum resources, the bio-based materials have recently attracted more attention both in academia and industries. In addition to environmental sustainability and renewability, the bio-based adhesives have shown some competing advantages with respect to fossil-based products. This article covers the advantages and challenges of bio-based adhesives. The main advantages of bio-based adhesives include their less greenhouse gas emission, lower volatile organic compounds (VOC), lower environmental and human toxicity. The bio-based adhesives show higher tendency to biodegradability, which may be considered as their strong aspect compared to fossil-based resources. The bio-based materials may be incorporated in adhesive formulation through direct usage of biopolymer, in the form of building blocks and/or reactive monomer, and in the form of adhesive formulation additives. In bio-based adhesives, the pioneering technologies belong to fabrication of paper and different wooden products using starch and/or protein-based adhesives. The main goal was to remove as much as possible the harmful emitting formaldehyde gases during fabrication and product service life. The modification of bio-resource materials through introduction of new functionalities in the molecular architecture may bring some specific properties. There are many reports on the effect of various vegetable oils on the improved hydrophobicity in epoxy and polyurethane adhesives. The bio-based vegetable oils and cashew nut shell liquids now have acquired reliable position in adhesive and coating market. Recent investigations on some specific bio-resource structures such as lignin and tannin with complex structures have shown promising results for the improved thermal and antibacterial activities in adhesive formulation. In order to make a strong decision on the effectiveness of the bio-based adhesives, much investigations on different biological/economical aspects of bio-based materials are needed to achieve this goal.

    Keywords: adhesive, bio-based, renewable, formulation, Biodegradation
  • Reyhaneh Laghaei, Hossein Fashandi *, Sayyed Mahdi Hejazi, Saleh Akbarzadeh, Samira Shaghaghi, Alireza Shamaei-Kashani, Bijan Jahanara, Elaheh Shahsavari Pages 231-258

    Cellulose, as one of the most abundant natural polymers with a wide spectrum of applications, has drawn the attention of many researchers. In this regard, cellulose-base structures such as cellulose nanocrystals (CNCs) and nanocomposites are known as materials widely used in many fields. Therefore, development, production and use of cellulose-based structures by gaining the relevant insights are progressively increasing. In the present paper, the latest developments in the field of various extraction techniques of CNCs, their properties and dispersion methods in epoxy matrix to obtain desired mechanical properties in cellulose nano-crystals/epoxy nanocomposite structures are reviewed. First, cellulose nanocrystals are introduced as one of the most promising biodegradable and abundant nanomaterials widely used in various industries. The various production techniques of cellulose nanocrystals are briefly reviewed. Based on the various applications of cellulose nanocrystals in many fields, cellulose acid hydrolysis as one of the most practical and low-cost methods for cellulose nanocrystals preparation is described in details. In this regard, the source of cellulose, time and temperature of the acid hydrolysis, the concentration and type of acid as important factors of the hydrolysis process are investigated. Reinforcing epoxy-based nanocomposites using cellulose nanocrystals is the subject of another section. Dealing with problems associated with cellulose nanocrystals agglomeration phenomenon, the main challenge to achieve a homogeneous dispersion of cellulose nanocrystals within the epoxy matrix, is also thoroughly discussed. In this regard, various methods of chemical surface modification of cellulose nanocrystals are investigated. Finally, considering the investigated cases, the debate on the issue of appropriate methods for dispersing cellulose nanocrystals in the epoxy-based resin is comprehensively covered. It can be said that based on growing demands for high performance cellulose nanocrystals/epoxy nanocomposite structures, research on this field is ongoing. Therefore, in the present review, by providing a comprehensive discussion on the latest researche works conducted in this field, it has been attempted to present the new achievements of researchers and approaches to overcome the involved challenges. The most important achievement of researchers is the emphasis on selection of appropriate dispersion medium considering the cellulose nanocrystals surface energy to produce nanocomposites with suitable mechanical and thermomechanical properties.

    Keywords: Cellulose nanocrystals, Acid hydrolysis, epoxy, Nanocomposite, Particles distribution
  • Shila Najafian, Mehdi Jaymand *, Bakhshali Massoumi Pages 259-279

    Hypothesis: 

    The skin is the largest organ and outer covering of the body, which acts as a barrier against microbial invasions as well as mechanical and chemical damage. But, sometimes the skin does not have the ability to regenerate the tissue on its own. In this context, tissue engineering (TE) is a promising and reconstructive solution for repairing serious skin tissue damage. This article refers to the importance of electerically conductive scaffolds based on tragacanth gum (TG) for skin TE owing to non-toxicity, metabolic compatibility, and the non-hazardous nature of its degradation products as well as the effect of electerical conductivity of the sacffold in performance of skin TE.

    Methods

    Electroconductive nanofibrous hydrogel scaffolds composed of tragacanth gam-polyaniline blend (TG-B-PANI) and poly(vinyl alcohol) (PVA) were fabricated with a weight ratios of 30:70 and 20:80 by electrospinning method. Their physicochemical and biological properties for skin TE application were studied by various experiments.  

    Findings

    The fabricated scaffolds were tested using FTIR, SEM, TGA, UV-Vis, and cyclic voltammetry (CV). SEM images indicated the achievement of uniform fibers within their nano-scale domain. The cytocompatibility and cells proliferation characteristics of the scaffolds were approved by MTT assay using L929 mouse fibroblast cells. The fabricated scaffolds exhibited excellent hemocompatibility and human serum albomin adsorption capacity. The fabricated scaffolds showed proper physicochemical and biological properties for skin TE. The scaffold made with 20% (wt) of TG-B-PANI showed higher potential in adhesion and proliferation of L929 mouse fibroblast cells than those of scaffold with 30% (wt) of the above polymeric blend.

    Keywords: Natural polymers, Tragacanth gum, electrospinning, Conductive polymeric scaffolds, Skin tissue engineering
  • Faezeh Rafieyan, AmirMasood Rezadoust *, Alireza Sabet Pages 281-294

    Hypothesis:

     The curing process for phenolic resin composites is always carried out under press or autoclave pressure, as water by-products are released during curing process. As a result, when phenolic composite parts are formed using the vacuum bag-only method, the costs of the mold and challenges of the pressure vessels would be eliminated, and a significant step is taken in easier manufacture of these parts.

    Methods

    For the purpose of comparing the two methods, phenolic laminates were prepared using 3 bar pressure autoclave and vacuum bag-only methods. In order to investigate the effects of thickness on different properties, the samples were subjected to bending tests, short beam strength tests, void percentage tests, and fractured surface morphology tests.

    Findings

    As the sample’s thickness increases, the flexural modulus increases while the flexural strength and short beam strength decrease. Furthermore, the modulus, bending strength, and strength of the short beam in the autoclave sample have increased by 27%, 17%, and 17%, respectively, compared to the vacuum bag-only sample. Morphological studies also showed that more void content was formed in the vacuum bag samples and the resin-fiber interaction was reduced compared to the autoclaved samples. A decrease in the bonding between resin and fibers and in the penetration of resin between fiber strands has also been observed with increasing thickness. Samples with a thickness of 1 mm had a void content of 3.5 ± 1% and in samples with a thickness of 9 mm, it was 15% ± 1%.

    Keywords: composites process, phenolic composites, vacuum bag-only, autoclave, mechanical properties
  • Majid Haghgoo *, Hajar Es-Haghi Pages 295-306

    Hypothesis: 

    Today, due to the widespread use of coarse particle suspensions in chemical industry, the tendency to study the rheological behaviour of suspensions has increased significantly. One of the most important research fields is the study on friction of particles between them and the shear thickening behavior of their suspensions. In high-filled suspensions, the viscosity and the thickness of shear are proportional to the thickness of the suspended particles. 

    Methods

    This research is based on the syntheses of smooth particles (styrene/acrylic acid copolymers) and rough particles (silica-coated styrene/acrylic acid copolymers), with a volume proportion of 20%, 34% and 49% in the ethanol/water solution. The initial critical shear rate of suspension thickening regions was obtained in different ratios of rough and smooth particles. In addition, experimental and semi-empiric models such as Herschel Barclay and Gopalakrishnan have been used to describe the relationship between suspension rheology and microstructure. 

    Findings

     It was observed that with the increase in roughness of the composition of the same percentage of particles, a more severe shear thickening behavior occurs in smaller amounts of rough particles. It was also observed that hydro-clusters were formed in samples that contain the highest proportion of suspension composition and consist of 100% coarse particles with the lowest amount of Peclet.  An increase in the amount of rough particles leads the system to an increase in viscosity at lower shear rates. Furthermore, the adaptation of the Gopalakrishnan model to experimental data clearly shows that an increase in roughness leads to a reduction in the critical value of Pe at the beginning of the shear thickening zone and a stronger shear thickness behavior in the system.

    Keywords: rough particles, colloid suspensions, friction contacts, Rheology, shear thickening behaviour
  • Elnaz Talebi, Golnoosh Abdeali, AhmadReza Bahramian * Pages 307-320

    Hypothesis:

     Solid/liquid phase change materials (PCMs) are among the materials used to store thermal energy. By nanoencapsulating these materials, the problem of leakage during melting can be solved and the thermal efficiency of the system can be increased. In previous studies, researchers have used complex and expensive methods to prepare nanocapsules of PCM. In this work, in order to simplify and reduce the time and costs of the synthesis process, the difference in the solubility parameter of the core and shell materials at different temperatures and the sequence in phase separation have been used for the synthesis of PCM nanocapsules.

    Methods

    In order to make the desired PCM nanocapsule, the difference in solubility parameters of polyethylene glycol, polystyrene and toluene at temperatures of 5, 25 and 80ºC has been used. In fact, this difference in the solubility parameter creates a homogeneous solution of these three substances at a temperature of 80ºC. By decreasing the temperature to 25°C, primary cores are formed and solid polyethylene glycol nanoparticles are completely separated. Further, by decreasing the temperature to 5ºC, polystyrene is separated from the solution and completely covers the nanoparticles of polyethylene glycol. In this way, using the sedimentation with temperature gradient method, polyethylene glycol nanoparticles were first synthesized, and polyethylene glycol nanoparticles were coated with polystyrene deposition. Also, to increase the thermal conductivity of the shell and the thermal efficiency of the PCM system, carbon nanoparticles have been used in polystyrene shells. 

    Findings

    Examining and evaluating the morphology of the synthesis PCM system in this work confirmed the creation of a polyethylene glycol/polystyrene core/shell nanocapsule. The thermal energy absorption efficiency of the heat transfer fluid prepared from these nanoparticles at the applied temperature of 55ºC is about 17% more than that of water.

    Keywords: Nanocapsoule, phase change materials, Heat transfer fluid, Thermal Energy Storage, Sedimentation with temperature gradient method