فهرست مطالب

علوم و تکنولوژی پلیمر - سال سی و یکم شماره 2 (پیاپی 154، خرداد و تیر 1397)

دو ماهنامه علوم و تکنولوژی پلیمر
سال سی و یکم شماره 2 (پیاپی 154، خرداد و تیر 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/03/20
  • تعداد عناوین: 7
|
  • عاطفه گلبانگ، محمدحسین نوید فامیلی*، مظفر مختاری موتمنی شیروان صفحات 99-109
    ارزیابی پراکنش نانوذرات در نانوکامپوزیت ها مسئله چالش برانگیزی است. ارزیابی پراکنش نانوذرات، تنها به کمک خواص رئولوژی و مکانیکی امکان پذیر نیست. زیرا، تنش اعمال شده موجب گسسته شدن کلوخه ها و تغییر در ریزساختار می شود. روش های میکروسکوپی نیز فقط قابلیت ارزیابی بخش بسیار کوچکی از نمونه را دارند. بنابراین، تعمیم نتایج آن به کل نمونه معقول نیست. اما، از آنجا که خواص الکتریکی از نوع غیرتخریبی است، امکان بررسی دقیق تر ریزساختار و نحوه تجمع ذرات از این راه وجود دارد. از این رو در پژوهش حاضر، ریزساختارهای مختلفی از نانوکامپوزیت های پلی استیرن-روی اکسید با تغییر در شرایط اختلاط و برهم کنش بین اجزا ایجاد شده و سپس مقدار پراکنش یا درجه تجمع نانوذرات با اندازه گیری خواص رئولوژی و الکتریکی بررسی شده است. نتایج نشان داد، به طور کلی افزودن ذرات روی اکسید به ماتریس پلیمری باعث افزایش مدول ذخیره، رسانایی الکتریکی و ضریب دی الکتریک می شود. بهبود حالت پراکنش نانوذرات در کسر حجمی ثابت از ذرات روی اکسید موجب افزایش مدول ذخیره شد که می توان آن را به افزایش کسر حجمی لایه میانی در اثر افزایش برهم کنش ذره-پلیمر مرتبط دانست. از طرفی، بهبود حالت پراکنش در کسر حجمی ثابت از نانوذرات روی اکسید موجب کاهش رسانندگی الکتریکی و ضریب دی الکتریک شد که دلیل آن به ترتیب کاهش تماس و برهم کنش بین ذرات است. طبق نتایج حاصل از بررسی خواص الکتریکی و رئولوژی و نیز تصاویر میکروسکوپی الکترونی پویشی، مشخص شد، اعمال اختلاط پراکنشی و اصلاح سطحی ذرات موجب بهبود بیشتر پراکنش ذرات می شود. بنابراین، امکان ارزیابی دقیق تر پراکنش نانوذرات با بررسی خواص رئولوژی و الکتریکی نانوکامپوزیت ها وجود دارد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، پراکنش، خواص الکتریکی، خواص رئولوژی، ZnO-PS
  • مهدی شیوا*، محمود آریانژاد صفحات 111-127
    در این پژوهش، اثر استفاده از پودر لاستیک ریزدانه تهیه شده به روش جت آب در آمیزه رویه تایر رادیال سواری مطالعه شده است. آثار برهم کنشی پودر لاستیک با سایر اجزای فرمول بندی در قالب طرح آزمون آماری، افزودن کمک فراورش (Vestenamer)، همچنین اثر افزایش مقدار عوامل پخت آمیزه ها در مجاورت پودر لاستیک مطالعه شد. آمیزه های لاستیکی در مخلوط کن داخلی آزمایشگاهی تهیه و نتایج خواص رئومتری و فیزیکی به دست آمده تحلیل شد. در بخش طرح آزمون آماری مدل های رگرسیون شامل جمله های خطی و برهم کنش دوتایی برحسب سه متغیر مورد مطالعه برای هر خاصیت به طور موفقیت آمیز توسعه و اعتبارسنجی آماری شد. پودر لاستیک اثر کاهشی بر خواص کششی نشان داد که بخشی از آن به کاهش چگالی اتصالات عرضی به واسطه مهاجرت گوگرد از فاز لاستیک به فاز پودر لاستیک نسبت داده شد. کاهش جزئی اما معنی دار آماری در خواص و رفتار پیرسازی، جهندگی و سایش از دیگر ویژگی های استفاده از پودر لاستیک بود. اما، مقاومت پارگی و رشد ترک دی متیا با افزایش پودر بهبود معنی دار نشان داد که به اثر کاهشی پودر لاستیک بر مدول آمیزه ارتباط داده شد. نشان داده شد، با افزایش جزئی مقدار عوامل پخت، گوگرد و شتاب دهنده، می توان ضمن حفظ نسبی سایر خواص، کاهش خواص کششی را تا حدودی و کاهش سایش، جهندگی و پیرسازی را به طور کامل جبران کرد. همچنین نشان داده شد، در محدوده مطالعه شده کمک فراورش وستنامر اثر چندانی بر خواص به جز سایش در مجاورت پودر لاستیک ندارد.
    کلیدواژگان: پودر لاستیک، آمیزه کاری، محیط زیست، تحلیل آماری، رویه تایر
  • مژده اشکانی، کوروش کبیری*، علی سلیمی، حسین بوهندی صفحات 129-141
    هدف اصلی مقاله معرفی روش جدیدی برای تبدیل پلیمر طبیعی به هیدروژل هیبریدی است. هیدروژل های هیبریدی معمولا از کوپلیمرشدن پیوندی مونومرهای آکریلی بر پلیمر طبیعی به دست می آیند. در این پژوهش، شلتوک برنج برای تهیه هیدروژل هیبریدی به کار گرفته شد. شلتوک برنج به عنوان منبع پلی ساکارید، به وسیله میکروژل های پلیمری بر پایه مونومرهای آکریلی مانند آکریلیک اسید، آکریل آمید و 2-آکریل آمیدو-2-متیل پروپان سولفونیک اسید اصلاح شد که با فرایند پلیمرشدن امولسیون وارون تهیه شدند. این فرایند سبب تبدیل ماده کم ارزش به هیدروژل نیمه سنتزی می شود. اثر نوع لاتکس روی ظرفیت تورم هیدروژل های هیبریدی بررسی شد. واکنش شیمیایی بین شلتوک و لاتکس آکریلی با گرمادهی انجام شد که موجب به دست آمدن هیدروژل نیمه سنتزی با %51 جزء طبیعی و %49 جزء سنتزی شد. در بین لاتکس های استفاده شده با ساختارهای مختلف، پلی (NaAA-AA-AM-AMPS) مناسب ترین لاتکس پلیمری برای تبدیل شلتوک برنج به هیدروژل است. شلتوک اصلاح شده با این لاتکس دارای مقدار جذب آب تا 35.8 و12.7g/gبه ترتیب در آب مقطر و محلول آب نمک %0.9 است، در حالی که شلتوک برنج اصلاح نشده بدون هیچ خاصیت تورمی است. از نقاط ضعف هیدروژل های هیبریدی استحکام مکانیکی کم آن هاست که برای بهبود آن از روش شبکه ای شدن سطحی با استفاده از عامل شبکه ای کننده اتیلن گلیکول دی گلیسیدیل اتر بر هیدروژل های هیبریدی استفاده شد. AUL هیدروژل هیبریدی شبکه ای شده سطحی تا %27 افزایش یافت. هیدروژل های هیبریدی با استفاده روش های شناسایی طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FT-IR)، آزمون گرماوزن سنجی (TGA) و میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) بررسی و شناسایی شدند.
    کلیدواژگان: هیدروژل هیبریدی، پلیمرشدن امولسیونی وارون، شبکه ای شدن سطحی، شلتوک برنج، لاتکس میکروژل
  • فرنوش کریمی، زهرا محمدنیا *، ابراهیم احمدی صفحات 143-154
    از میان روش های مختلف پلیمرشدن رادیکالی کنترل شده، پلیمرشدن رادیکالی انتقال اتم (ATRP) از موفق ترین روش های پلیمرشدن مونومرها با الگوی کنترل شده است. اثر پارامترهای مهم بر سینتیک پلیمرشدن متیل متاکریلات با استفاده از 1H NMR و GPC بررسی شد. در این پژوهش، لیگاند سه دندانه ای بیس(2-دودسیل-سولفانیل-اتیل)-آمین و کاتالیزگر دارای لیگاند مزبور بر پایه مس(I)برمید تهیه شد. برای شناسایی لیگاند و کاتالیزگر، از روش های مختلف مانند 1H NMR ،FTIR و UV-Vis استفاده شد. در ادامه، پلیمرشدن رادیکالی انتقال اتم مونومر متیل متاکریلات در حالت توده با استفاده از کاتالیزگر بیس(2-دودسیل سولفانیل-اتیل)-آمین/مس(I) برمید و آغازگر اتیل-2-برمو-2-متیل پروپیونات در شرایط مختلف انجام شد. سینتیک پلیمرشدن با روش های 1H NMR و وزن سنجی بررسی شد. نمودارهای سینتیکی (Ln([M]0/[M]t برحسب زمان رسم و ثابت سرعت انتشار ظاهری از این منحنی ها استخراج شد. در ادامه، اثر دما بر سینتیک پلیمرشدن با روش 1H NMR در دماهای مختلف (75 و 90) بررسی شد. اثر مقادیر مختلف مونومر نسبت به آغازگر (1:500، 1:600 و 1:700) در دمای C°90 بررسی شد. برای تایید و بررسی اثر سایر متغیرها (دما، غلظت کاتالیزگر و مونومر) بر سینتیک پلیمرشدن از روش وزن سنجی نیز استفاده شد. رابطه خطی در نمودارهای سینتیکی به همراه شاخص پراکندگی باریک (حدود 1/2)، زنده بودن این روش پلیمرشدن را تایید کرد. با افزایش دما، سرعت پلیمرشدن نیز افزایش یافت و دمای 90 به عنوان دمای بهینه در بررسی های بعدی استفاده شد. رسم منحنی های سینتیکی نشان داد، در پلیمرشدن توده به دلیل نقش مونومر به عنوان حلال، با افزایش مقدار مونومر و در پی آن کاهش غلظت آغازگر، سرعت پلیمرشدن کاهش می یابد. در مرحله بعد، اثر لیگاند نسبت به مس(I) برمید (1:1، 1.5:1، 1:2) بر سینتیک پلیمرشدن بررسی و با استناد به منحنی های سینتیکی، سرعت با افزایش غلظت لیگاند و انحلال بیشتر کاتالیزگر در محیط، افزایش یافت.
    کلیدواژگان: متیل متاکریلات، پلیمرشدن رادیکالی انتقال اتم، سینتیک پلیمرشدن، 1H NMR، وزن سنجی
  • سید نوید حسینی آب بندانک، سید محمد حسینی سیادتی، رضا اسلامی فارسانی * صفحات 155-170
    کامپوزیت های ماتریس پلیمری کاربردهای سازه ای متنوعی دارند. برای افزایش خواص مکانیکی این کامپوزیت ها، الیاف و نانوذرات به عنوان تقویت کننده به ماتریس پلیمری افزوده شده و نانوکامپوزیت ماتریس پلیمری تولید می شود. در این پژوهش، اثر اصلاح سطحی نانوصفحه های گرافن بر رفتار کششی و ضربه ای کامپوزیت های اپوکسی-الیاف بازالت بررسی شده است. بدین منظور، نانوصفحه های گرافن با استفاده از عامل سیلانی تری آمینوپروپیل تری متوکسی سیلان اصلاح سطحی شدند. بررسی پراش انرژی پرتو X و آزمون نقشه عنصری، وجود عناصر سیلیسیم و نیتروژن (که از اجزای اصلی گروه های عاملی هستند) را روی سطح گرافن اصلاح شده مشخص کردند. نمونه های نانوکامپوزیتی با درصدهای وزنی مختلف از گرافن اصلاح شده (0.2، 0.3، 0.4 و 0.5) به روش لایه گذاری دستی ساخته شدند. همچنین دو کامپوزیت دیگر، یکی بدون گرافن و دیگری با %0.4 وزنی گرافن اصلاح نشده برای مقایسه با نانوکامپوزیت های تقویت شده با گرافن اصلاح شده ساخته شدند. پس از پخت کامل، نمونه ها آماده شده و با آزمون های کشش و ضربه چارپی بررسی شدند. نتایج به ترتیب 21/2، 3/6، 35/1 و %74/6 افزایش استحکام کششی، مدول کشسانی، انرژی شکست و استحکام ضربه ای را برای نانوکامپوزیت دارای %0.4 وزنی گرافن اصلاح شده نسبت به کامپوزیت فاقد گرافن نشان دادند، در حالی که خواص مزبور برای نانوکامپوزیت دارای %0.4 وزنی گرافن اصلاح نشده در مقایسه با کامپوزیت فاقد گرافن به ترتیب 52/1، 37/5، 57/9 و %25/5 کاهش یافتند. مطابق با تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی، افزایش خواص کششی، ناشی از چسبندگی بهتر اپوکسی و الیاف بازالت و نیز سازوکار های چقرمه سازی گرافن اصلاح شده در ماتریس است. اصلاح سطحی سبب برهم کنش بیشتر گرافن با ماتریس شده و نیز وجود گرافن سبب پدیده انحراف ترک می شود که یکی از سازوکار های اصلی چقرمه سازی گرافن است. کاهش خواص مکانیکی در نمونه های دارای %0.4 وزنی گرافن اصلاح نشده ناشی از پراکندگی نامناسب گرافن در ماتریس و برهم کنش ضعیف آن با ماتریس و الیاف است.
    کلیدواژگان: گرافن، اصلاح سطحی، الیاف بازالت، خواص کششی، استحکام ضربه ای
  • حسین قاسم زاده محمدی*، شهره جمشیدبیگی، مریم درگاهی صفحات 171-185
    در سال های اخیر، جداسازی رنگینه ها از آب های آلوده توجه زیادی را به خود جلب کرده است. روش های سنتی برای پاک سازی رنگینه ها همیشه موثر نیستند. کوشش های زیادی در توسعه هیدروژل های نانوکامپوزیت برای جذب کارآمد رنگینه انجام شده است. در این پژوهش، هیدروژل نانومغناطیسی با استفاده از کربوکسی متیل سلولوز (CMC)، خاک دیاتومه و آکریل آمید (AAm) تهیه و برای جذب رنگینه بنفش بلوری به عنوان نمونه ای از رنگینه های کاتیونی، از محلول های آبی به کارگرفته شد. نخست، هیدروژل بر پایه کربوکسی متیل سلولوز و خاک دیاتومه با آغازگر رادیکالی آمونیوم پرسولفات (APS) و مونومر آکریل آمید و شبکه ای کننده متیلن بیس آکریل آمید (MBA) در محیط آبی سنتز شد. سپس، هیدروژل نانومغناطیسی با بارگذاری یون های آهن (II) و آهن (III) در هیدروژل و نیز هم رسوبی این یون ها در محیط بازی تهیه شد. ساختار نمونه ها با طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، تجزیه گرماوزن سنجی (TGA)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) و میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM) تایید و خواص مغناطیسی آن ها با مغناطیس سنج ارتعاشی (VSM) اندازه گیری شد. تصاویر SEM نشان داد، نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 به خوبی در بستر متخلخل هیدروژل جای گرفته اند. اندازه تقریبی نانوذرات مغناطیسی بر اساس تصاویر TEM حدود 5 تا 15mm بود. در مرحله بعد، جذب رنگینه به وسیله هیدروژل نانومغناطیسی بررسی و اثر عواملی چون زمان تماس، pH، غلظت اولیه محلول رنگینه و دما بر مقدار جذب رنگینه با جاذب ارزیابی شد. بیشترین درصد جذب رنگینه در دمای محیط و غلظت اولیه 10mg/L در pH برابر 7 به مدت 60min نزدیک به %96 بود. جاذب سنتز شده قابلیت استفاده مجدد دارد که از شاخص ترین مزیت های آن داشتن خاصیت مغناطیسی است. بنابراین، جداسازی با آهن ربا از محلول، پس از حذف رنگینه بسیار آسان است. با بررسی الگو های هم دمای جذب سطحی مشخص شد، الگوی Temkin تطابق خوبی با داده های تجربی حاصل دارد. مطالعات سینتیکی نیز نشان داد، فرایند جذب از الگوی سینتیکی شبه مرتبه دوم پیروی می کند.
    کلیدواژگان: کربوکسی متیل سلولوز، خاک دیاتومه، آکریل آمید، هیدروژل نانومغناطیسی، بنفش بلوری
  • حسین حسین زاده *، امین احمدی صفحات 186-202
    آلودگی آب از دیدگاه زیست محیطی و سلامت انسان به عنوان مهم ترین تهدید مورد تاکید قرار گرفته است. در این راستا، جاذب های مختلف با ظرفیت و سرعت جذب مناسب سنتز شده اند. در پژوهش حاضر، سنتز، شناسایی ساختار و بررسی خواص جذب رنگینه آبی متیلن به وسیله هیدروژل نانوکامپوزیتی جدید بر پایه سدیم آلژینات و نانوذرات نقره گزارش شده است. هیدروژل نانوکامپوزیتی مزبور از پلیمرشدن پیوندی مونومرهای آکریلی روی پلی ساکارید سدیم آلژینات به وسیله آمونیوم پرسولفات به عنوان آغازگر رادیکالی و متیلن بیس آکریل آمید به عنوان شبکه ساز و سنتز هم زمان نانوذرات نقره از روش کاهش شیمیایی درجا به دست آمد. ساختار هیدروژل های نانوکامپوزیتی به وسیله فنون طیف سنجی FTIR ،SEM،TEM، EDX ،XRD و TGA تایید شد. در ادامه، برای مطالعه رفتار نانوکامپوزیت در مقابل جذب رنگینه آبی متیلن اثر پارامترهای مختلف بر مقدار جذب این رنگینه بررسی شد. بررسی پارامترهای ترمودینامیکی جذب رنگینه نشان داد، فرایند جذب، خودبه خود و گرماگیر است. همچنین، جاذب های سنتز شده گزینش پذیری زیادی در برابر جذب رنگینه های کاتیونی و ظرفیت جذب رنگینه 168mg/g نشان دادند. خاصیت ضدباکتری نانوکامپوزیت نیز روی گونه باکتری گرم منفی (E. coli) به کمک روش انتشار صفحه انجام و اثر ضدباکتری آن نیز تایید شد. به طور کلی، نتایج به دست آمده نشان داد، هیدروژل های نانوکامپوزیتی سنتز شده با خواص ضدباکتری و جذب رنگینه می توانند در کاربردهای پزشکی و نیز تصفیه آب و پساب های صنعتی از راه حذف و جذب مواد رنگینه به کار گرفته شوند.
    کلیدواژگان: هیدروژل، نانوکامپوزیت، سدیم آلژینات، ضدباکتری، نانوذرات نقره
|
  • Atefeh Golbang, Mohammad Hoessein Navid Famili *, Mozaffar Mokhtari Motameni Shirvan Pages 99-109
    Hypothesis: The dispersion state of nanoparticles cannot be evaluated accurately by rheological and mechanical testes because their agglomerates break down under applied stress leading to changes in their microstructure. Additionally, the contribution of interparticle interactions to macroscopic properties such as rheological and mechanical properties is still unclear. This is mainly due to the combined effects of interparticle interactions and the particle-polymer interactions. Microscopic measurements which can only provide information on a very small section of a sample are not reliable for this purpose. However, electrical tests as nondestructive methods can be used to assess the microstructure and cluster formation in nanocomposite structures. In addition, it is possible to detect separately the effect of filler-filler interactions using dielectric properties and with a proper choice of materials.
    Methods
    In this study, ZnO/polystyrene (PS) nanocomposites were prepared through conventional mixing, dispersive mixing and surface particle treatment to control the particle dispersion states. The dispersion state of nanoparticles has been analyzed using their optical, electrical and rheological properties.
    Findings: The results showed that storage modulus increased with increasing filler dispersion, which could be attributed to the increase in interfacial layer and the higher modulus of nanocomposite relative to that of the bulk polymer matrix. The SEM images showed that the dispersive mixing and surface treatment of ZnO nanoparticles with oleic acid improved the dispersion of ZnO particles inside the PS matrix. On the other hand, increase in dispersion decreases the electrical conductivity and dielectric constant due to greater interparticle distance and reduction of dipole-dipole interactions, respectively. Hence, it is possible to detect the particle dispersion state by rheological and electrical properties.
    Keywords: nanocomposite, dispersion, electrical properties, rheological properties, ZnO-PS
  • Mehdi Shiva *, Mahmood Arianejad Pages 111-127
    Hypothis: Rubber powder with a very fine particle size, rough surface and very low impurities can be prepared by water jet technology. The use of this powder as a suitable additive in tyre compounds is very important from economic and environmental viewpoints.
    Methods
    Morphology of the water jet powder was investigated using SEM. The rubber powder was added to a SBR/BR-based tyre tread formulation and the curing behavior and mechanical properties of the resultant product were determined. A full factorial experimental design was also conducted to study simultaneously the effects of rubber powder, sulfur and carbon black levels on the curing and mechanical properties of tyre tread formulation. Furthermore, the modification effect of Vestenamer additive and curing agent on the formulation properties was investigated. When using design of experiments, for each property the regression models with linear and binary interaction terms on the basis of three variables were successfully developed and statistically validated.
    Findings: The rubber powder showed a lowering effect on tensile properties, which was attributed to reduced crosslink density due to the sulfur migration from the rubber matrix to the powder phase. A small, but statistically significant negative effect on the aging, abrasion and resilience properties of rubber compound was also observed, However, the tear resistance and de Mattia crack growth were improved with increasing rubber powder content, that could be attributed to the lesser effect of rubber powder on the compound modulus. It was shown that with some increase in the curing agent, sulfur and accelerator dosage, it was possible to compensate for the tensile properties to some extent and for the abrasion, resilience and aging properties completely, whereas others remained relatively unchanged. It was also shown that except for abrasion, the Vestenamer processing aid had little improving effect in the presence of rubber powder.
    Keywords: rubber powder, compounding, environment, statistical analysis, tyre tread
  • Mojdeh Ashkani, Kouroush Kabiri *, Ali Salimi, Hossein Bouhendi Pages 129-141
    Hypothesis: The main objective of this project was the development of a new method for converting natural polymers into hybrid hydrogels. The hybrid hydrogels are usually prepared through grafting of acrylic monomers onto pure polysaccharides, and this study was performed using rice husk to prepare semi-synthetic hybrid hydrogels.
    Methods
    Rice husk as a source of polysaccharide was modified with acrylic latexes that were prepared through inverse emulsion polymerization with the use of acrylic monomers such as acrylic acid, acrylamide and 2-acrylamido-2-methyl propane sulfonic acid. This process resulted in the conversion of low-value material into a value added semi-synthetic hydrogel product. Low absorbency under load (AUL) was the main weakness of hybrid hydrogels. The hybrid hydrogels were surface crosslinked through ethylene glycol diglycidyl ether (EGDGE) as surface crosslinker to improve AUL.
    Findings: The effect of latex type on the swelling capacity of hybrid hydrogels was investigated. The chemical reaction between rice husk and acrylic latex was carried out in modification process of rice husk. The obtained semi-synthetic hydrogel constituted of 51% natural part and 49% synthetic part. Among the microgel latexes with different structures, the poly (NaAA-AA-AM-AMPS) was the most suitable polymer latex for the conversion of rice husk into hydrogel. The swelling of this hybrid hydrogel was 35.8 and 12.7g/g in distilled water and saline solution, respectively, whereas the unmodified rice husk showed no water absorption capability. AUL of surface crosslinked hybrid hydrogels was increased up to 27%. The hydrogels were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermal gravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM). These hydrogels, which were prepared directly from natural polymers, showed great potentials in agricultural systems applications.
    Keywords: hybrid hydrogel¸ inverse emulsion polymerization, surface crosslinking, rice husk, microgel latex
  • Farnoosh Karimi, Zahra Mohammadnia *, Ebarahim Ahmadi Pages 143-154
    Hypothesis: In controlled polymerization methods, atom transfer radical polymerization (ATRP) is one of the most successful methods for the polymerization of various monomers with the controlled pattern. Effect of some important parameters on kinetics of methyl methacrylate polymerization was investigated using 1H NMR and GPC techniques.
    Methods
    In this work, tridentate ligand bis(2-dodecylsulfanyl-ethyl)-amine (SNS) and the Cu(I)Br catalyst of this ligand were synthesized. The ligand and corresponding catalyst were characterized using 1H NMR, UV-Vis and FTIR techniques. ATRP of methyl methacrylate was investigated in bulk state using the SNS/Cu(I)Br and ethyl-2-bromo-2-methyl propionate as initiator in different conditions. The polymerization kinetic was studied by 1H NMR and gravimetric techniques. The kinetic curves of Ln([M]0/[M]t) versus time were plotted and the kpapp was obtained from the curves. The effect of temperature on the kinetics was studied by on-line 1H NMR spectroscopy (75 and 90°C). The effect of the monomer to initiator ratio (500:1, 600:1, 700:1) was investigated at 90°C. In order to confirm the effect of other variables (temperature, catalyst and monomer concentration) on polymerization kinetics, we employed gravimetric method.
    Finding: The linear correlation of Ln([M]0/[M]t) versus time and narrow molecular weight distribution (~1.2) revealed that the polymerization reaction process was according to the controlled/“living” radical polymerization. With increasing the temperature, the polymerization rate also increased, and the temperature of 90°C was used as the optimum in subsequent studies. The kinetic plots revealed that in bulk state due to the role of monomer as solvent, the polymerization rate decreased with increasing the monomer content, and subsequently reducing the concentration of the initiator. The effect of the ligand to Cu(I)Br ratio (1:1, 1.5:1, 2:1) on the polymerization kinetic was studied and the results showed increased polymerization rate due to the greater solubility of the catalyst at high ligand concentration.
    Keywords: methyl methacrylate, atom transfer radical polymerization (ATRP), polymerization kinetic, 1H NMR, gravimetric
  • Seyyed Navid Hosseini Abbandanak, Seyyed Mohammad Hossein Siadati, Reza Eslami-Farsani * Pages 155-170
    Hypothesis: Polymer matrix composites (PMCs) have various structural applications. To improve the mechanical properties of PMCs, nanoparticles are usually added to polymer matrix as reinforcements to produce polymer matrix nanocomposites. This research investigates the effects of surface treatment of graphene nanoplatelets (GNPs) on the tensile and impact behavior of basalt fibers epoxy composites.
    Methods
    For this purpose, surface treatment of GNPs was performed using (3-aminopropyl) trimethoxysilane. The presence of silicon and nitrogen elements, which are the main components of functionalization group on the surface of treated GNPs, was confirmed by EDX-SEM mapping analysis. The nanocomposites with different weight percentages of treated GNPs (0.2, 0.3, 0.4 and 0.5) were fabricated by hand lay-up method. Also, two composite samples, one without GNPs and the other with 0.4 wt% untreated GNPs were fabricated to compare with those reinforced with treated GNPs. Tensile and Charpy impact tests were performed on fully cured samples.
    Findings: The results showed 21.1, 3.6, 35.1 and 74.6 percent increase in tensile strength, modulus of elasticity, fracture energy and impact strength, in the order given, for nanocomposites reinforced with 0.4 wt% treated GNPs were obtained compared to those without GNPs. Also, 52.1, 37.5, 57.9 and 25.5 percent decrease in properties, in the stated order, were observed for nanocomposites with 0.4 wt% of untreated GNPs compared to those without GNPs. According to the SEM images, the increase in tensile properties could be related to the improvement in the adhesion between basalt fibers and epoxy resin, and also the toughening mechanism of treated GNPs. The surface treatment increased the interaction between the GNPs and the matrix, and also the presence of treated GNPs promoted crack deflection phenomenon that is one of the major toughening mechanisms of GNPs. The reduction in the mechanical properties of sample containing 0.4 wt% untreated GNPs was attributed to the uneven dispersion of GNPs in the epoxy matrix and the weak interactions between the graphene nanoplatelets and matrix and fiber.
    Keywords: graphene, surface treatment, basalt fibers, tensile properties, impact strength
  • Hossein Ghasemzadeh Mohammadi *, Shohreh Jamshidbeigi, Maryam Dargahi Pages 171-185
    Hypothesis: Removal of toxic dyes from wastewater has attracted considerable attention in recent years. Conventional methods are not usually effective for the removal of dyes. Much effort has been expended on the development of nanocomposite hydrogels with more efficient adsorption properties. In this research, a nanomagnetic hydrogel was synthesized useing carboxymethyl cellulose (CMC), diatomaceous earth (celite), and acrylamide (AAm). The hydrogel was used for adsorption of crystal violet from aqueous solutions.
    Methods
    Initially, the hydrogels were synthesized using CMC, celite, and AAm in the presence of ammonium persulfate (APS) as initiator and methylene bisacrylamide (MBA) as a crosslinker. The nanomagnetic hydrogel was prepared by loading Fe(II) and Fe(III) ions into the hydrogel and subsequent co-precipitation of Fe(II) and Fe(III) ions in an alkaline solution. The hydrogel and nanomagnetic hydrogel were characterized by Fourier transmission infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and a vibrating-sample magnetometer (VSM).
    Findings: The results of SEM showed that the magnetic nanoparticles were well dispersed throughout the hydrogel. The TEM images indicated that the size of the magnetic nanoparticles was about 5-15 nm. The effects of various factors such as temperature, contact time, pH, and initial dye concentration on the dye adsorption behavior of the hydrogels were determined. The maximum adsorption at pH 7 in a 10 ppm of dye concentration reached 96% after 60 min at room temperature. The nanomagnetic hydrogel could be used as an effective adsorbent for the removal of cationic crystal violet dye from aqueous solutions and could be easily removed by an external magnetic field and reused. The adsorption behavior was modeled accurately using the Temkin model. The kinetics of adsorption followed a pseudo-second-order kinetic model.
    Keywords: carboxymethylcellulose, diatomaceous earth, acrylamide, nanomagnetic hydrogel, crystal violet
  • Hossein Hosseinzadeh *, Amin Ahmadi Pages 186-202
    Hypothesis: Water pollution has been emphasized as one of the major threats to environment and human health. In this regard, various adsorbents with high adsorption capacities and rapid sorption rates have been synthesized. In the present study, we report the synthesis, structure characterization and methylene blue adsorption of a novel hydrogel nanocomposite based on sodium alginate and silver nanoparticles.
    Methods
    The hydrogel nanocomposite was prepared using grafting of acrylic monomers onto sodium alginate by using ammonium persulfate (APS) as free radical initiator and methylene bisacrylamide (MBA) as crosslinker in the presence of Ag nanoparticles synthesized by an in situ chemical reduction method. The structure of hydrogel nanocomposite was then characterized by FTIR, SEM, TEM, EDX, XRD, and TGA techniques.
    Findings: The adsorption behavior of methylene blue dye on the synthesized hydrogel nanocomposites was studied. In order to obtain the maximum adsorption capacity, the effects of various parameters were optimized with respect to dye adsorption capacity of hydrogel nanocomposites in detail. The thermodynamic parameters also demonstrated that the dye adsorption process was spontaneous and exothermic in nature. Moreover, the hydrogel nanocomposite adsorbents showed a high selectivity for the adsorption of cationic dyes with a high adsorption capacity of 168 mg/g. The antibacterial activity of the nanocomposites was examined against E. coli using disk diffusion method. In general, the results indicated that the synthesized hydrogel nanocomposite with antibacterial and dye adsorption properties is a potential material for medical applications as well as wastewater treatment.
    Keywords: hydrogel, nanocomposite, sodium alginate, antibacterial, Ag nanoparticles