مجله پژوهش و توسعه فناوری پلیمر ایران
سال ششم شماره 2 (پیاپی 22، تابستان 1400)

مرحله آماده سازی نمونه به علت عدم ایجاد گزینش‌پذیری مطلوب، همچنان عامل محدودکننده فرایندهای تجزیه‌ای در نظر گرفته می‌شود. در این راستا، به منظور بهبود گزینش‌پذیری روش‌های آماده سازی نمونه، پلیمرهای قالب مولکولی، سنتز و ارایه شدند. این ترکیبات، توانایی انجام استخراج گزینش پذیر را دارند. پلیمرهای قالب-مولکولی (MIPs)، پلیمرهای بسیار پایدار و با قابلیت تشخیص مولکول خاص هستند که برای سنتز این پلیمرها، از الگو (قالب)، در طول فرایند سنتز، استفاده می‌شود. از آنجایی که پلیمرهای قالب مولکولی دارای گزینش‌پذیری مناسب در فرایند آماده‌سازی نمونه هستند، بنابراین، از آن‌ها به عنوان جاذب مناسب در فرایند استخراج فاز جامد استفاده می‌شود. این روش، تحت عنوان «استخراج فاز جامد قالب مولکولی» شناخته می‌شود. علاوه بر این، ترکیب پلیمرهای قالب مولکولی با سایر فنون ریزاستخراج، از جمله ریزاستخراج فاز جامد، استخراج با میله همزن یا ریزاستخراج فاز مایع، راهبردی جدید برای تحقق الزامات آماده سازی نمونه، ارایه می‌دهد. بر این اساس، رویکردهای مختلف توسعه فنون میکرو استخراج مبتنی بر MIP در سال‌های اخیر در این مقاله مرور شده است. مزایا و معایب هر یک از روش‌ها و همچنین، روند مورد انتظار در آینده نیز مورد بحث قرار گرفته است.

در این مقاله، مروری بر فرایندهای طراحی و ساخت فرامواد با استفاده از فنون تولید افزایشی و چاپگر های سه بعدی، پرداخته شده است. در ادامه نیز، به کاربردهای این گونه مواد در قالب مهندسی مکانیک جامدات و شاخه های مرتبط با آن، اشاره شده است. در اولین گام، طراحی این گونه فرامواد می تواند با استفاده از بهینه سازی توپولوژی به صورت نرم افزاری به همراه روش اجزای محدود انجام پذیرد. تابع هدف برای بهینه سازی ریاضی، معمولا خواص غیرمعمول ماده همچون ضریب پواسون صفر یا منفی و ضریب انبساط حرارتی صفر یا منفی است. پس از تعیین شکل و هندسه پیچیده آن ها، به کمک روش های ساخت افزایشی و چاپگر های سه بعدی، فرامواد پلیمری، قابل ساخت هستند.

جامدهای میکرومتخلخل دسته مهمی از مواد با اندازه منافذ کمتر از 2 نانومتر هستند که در دهه های اخیر مورد توجه فراوان قرار گرفته اند. توسعه چارچوب های آلی-فلزی میکرومتخلخل (MOFs) و خواص منحصربه فرد آن ها منجر به جلب توجه بیشتر به سمت سایر جامدهای میکرومتخلخل با تنوع و تطبیق پذیری بیشتر گشت. پلیمرهای آلی میکرومتخلخل (MOPs) موادی هستند که از عناصر سبک و غیرفلزی جدول تناوبی تشکیل شده اند. این مواد قابلیت بالایی را در کاربردهایی نظیر: ذخیره سازی و انتقال مواد، انرژی، تصفیه، جداسازی و کاتالیزور ها نشان می دهند. تنوع ساختاری بالاتر به دلیل تنوع مونومرها و روش های سنتز، پایداری فیزیکی-شیمیایی، کنترل اندازه حفره و عاملیت سطح حفره، امکان سنتز در مقیاس بزرگ، قابلیت جداسازی و جذب بیشتر و بازیافت راحت تر از مزایای آن ها نسبت به MOFs می باشد. MOPها به چهار دسته کلی تقسیم می شوند که شامل: پلیمرهای میکرومتخلخل مزدوج (CMPs)، پلیمرهای ذاتا میکرومتخلخل (PIMs)، پلیمرهای متخلخل با درصد اتصالات شبکه ای بالا (HCPs) و چارچوب های آلی کووالانسی (COFs) هستند. از بین این مواد، COFها آرایش یافته و بلوری هستند و بقیه، ساختار آمورف و بی نظم دارند. در این مقاله ابتدا به انواع ساختارهای متخلخل، سنتز و کاربرد آن ها اشاره می شود و سپس به پلیمرهای آلی میکرومتخلخل به طور خاص، همراه با مرور مثال هایی از مقالات پرداخته می شود.

کاتالیزورهای موجود در واحدهای تولید پلی اتیلن سنگین معمولا از نسل‌های دوم و سوم کاتالیزورهای زیگلرناتا است. فعالیت این دسته از کاتالیزورها پایین بوده و برای تولید ‌میزان مشخصی از پلی‌اتیلن سنگین، کاتالیزور بیشتری در مقایسه با نسل‌های جدیدتر این کاتالیزورها مورد نیاز است. با توجه به اینکه این کاتالیزورها قیمت نسبتا بالایی دارند، بهره‌وری تولید را پایین می‌آورند. فعالیت کاتالیزورهای زیگلرناتا ازجمله مسایل پراهمیت در فرایند پلیمری شدن پلی الفین ها است که تحت تاثیر شرایط پلیمری شدن و ترکیب درصد کاتالیزور است. در سال‌های اخیر توجه پژوهشگران به استفاده از ترکیبات مختلف برای بهبود عملکرد کاتالیزورها جلب شده است. در این میان ترکیبات هالوکربنی به‌عنوان افزایش‌دهنده‌ فعالیت کاتالیزور موردتوجه قرارگرفته‌اند. بررسی‌ها نشان می‌دهد این ترکیبات علاوه بر فعالیت کاتالیزور بر خواص محصول پلی الفینی ازجمله جرم مولکولی، توزیع اندازه ذرات، چگالی توده، میزان پودر ریز (کمتر از 63 میکرون) و واکس تولیدی در فرایند، تاثیرگذار هستند. ترکیبات هالوکربنی می‌توانند هم به‌عنوان جزیی از ترکیب درصد کاتالیزور و هم در فرایند پلیمری شدن مورد استفاده قرار گیرند. این ترکیبات با تاثیر بر ترکیب درصد کمک کاتالیزور سبب بیشتر شدن گروه‌های فعال در کمک کاتالیزور و در نتیجه سبب افزایش فعالیت کاتالیزور می شوند. درواقع، افزایش فعالیت کاتالیزور به دلیل بیشتر شدن مواضع فعال در دسترس یا فعال کردن مراکزی که به هر دلیلی در فرایند پلیمری شدن غیرفعال شده‌اند عمل می‌کند.

تعلیقی‌های کلوییدی در بیشتر فراورده های طبیعی مانند ژل ها، امولسیون ها، غذاها، سامانه‌های بیولوژیکی و صنعتی مانند پوشش ها مشاهده می شوند. ویژگی کلیدی در این سامانه‌ها این است که سطح تماس بین ذرات و محیط تعلیقی زیاد است و از این‌رو پایداری و ریولوژی به طور قابل توجهی تحت تاثیر برهم کنش‌های بین ذرات قرار می گیرد. درک و شناخت عوامل تاثیرگذار بر ریولوژی آن‌ها و کنترل رفتار جریان توسط این عوامل برای دستیابی به فرمول‌بندی موفقیت آمیز و تنظیم خواص فرایندی اهمیت زیادی دارد. با افزودن ذرات به مایع، گرانروی درنتیجه اختلال هیدرودینامیکی جریان افزایش می یابد؛ به طوری‌که با نزدیک شدن به مقدار بیشینه درصد حجمی، گرانروی واگرا می شود و برهم کنش های بین ذرات می تواند باعث انحراف از رفتار نیوتنی شامل گرانروی وابسته به شدت برشی شود. بنابراین رفتار ریولوژیکی در این‌گونه مواد بستگی به درصد حجمی، شکل، اندازه، توزیع اندازه و بار سطحی ذرات دارد. در این مطالعه، ابتدا کلوییدها و انواع برهم کنش‌های کلوییدی و پایداری آن‌ها مرور می شود. سپس اثر پارامترهای مختلف ناشی از حضور ذرات روی رفتار ریولوژی تعلیقی‌های کلوییدی بررسی می شود.

در چند دهه اخیر استفاده از مواد خودترمیم شونده در شاخه های متفاوت علوم مواد، پلیمر و مکانیک روندی رو به رشد داشته است، به گونه ای که کاربرد صنعتی نیز پیدا کرده اند. امروزه این مواد در بخش عمران، معماری، مکانیک، پزشکی و... استفاده می شوند. مواد خودترمیم شونده به عنوان دسته‌ای از مواد هوشمند مطرح شده‌اند که به صورت خودکار، آسیب سطحی یا درونی آن‌ها ترمیم می‌شود. این تحقیق مروری بر تحقیقات گدشته با هدف آشنایی با مواد خودترمیم شونده پلیمری و کاربردهای آن هابا توجه به اهمیت آن ها در صنعت انجام می پذیرد. مرور تحقیقات پژوهشگران نشان داد که استفاده از فناوری نانو در ساخت پوشش های خودترمیم شونده و مواد سازگار با محیط-زیست مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. امکان انجام ترمیم خودبه خودی در کامپوزیت‌ها و پلیمرها نسبت به فلزات یا سرامیک‌ها بیشتراست که این امر ناشی از ساختار مولکولی ویژه پلیمرها و کامپوزیت‌ها در محدوده دمایی کاربرد آن ها است.با اعمال چرخه های حرارتی متوالی در محدوده دمایی مشخص،بازده زمانی ترمیم میکروترک ها و آسیب های ایجاد شده در کامپوزیت اپوکسی- الیاف شیشه به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد. درصد حجمی ماده ترمیمی در میزان بازیابی بازدهترمیم تعیین کننده است.امید است این مقاله در بالابردن آگاهی نسبت به مواد خودترمیم شونده مفید واقع شود.