فهرست مطالب

بسپارش - سال سیزدهم شماره 3 (پیاپی 48، پاییز 1402)

فصلنامه بسپارش
سال سیزدهم شماره 3 (پیاپی 48، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مهدی شیخی*، شقایق وکیلی صفحات 3-13
    چاپ سه بعدی فرایندی است که طی آن اجسام سه بعدی با افزودن لایه های متوالی مواد (مانند پلیمرها) روی هم ساخته می شوند. در حال حاضر، این فرایند از مهم ترین زمینه های پژوهشی در مراکز  پژوهشی دانشگاهی و صنعتی به شمار می رود. در میان رویکردهای مختلف برای چاپ سه بعدی، پلیمرشدن نوری به دلیل گستره وسیع مونومرها-اولیگومرهای قابل پلیمرشدن نوری (نورپلیمرها) بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این روش، دو جزء آغازگرهای نوری و مونومرها-اولیگومرها مهم ترین اجزا برای چاپ سه بعدی هستند که نه تنها امکان چاپ رزین، بلکه بر خواص کاربردی قطعه مانند استحکام مکانیکی، دقت ابعادی، شفافیت، مدول و سایر موارد اثرگذارند. در این مقاله ، مهم ترین دسته از نورپلیمرهای استفاده شده در فرایند چاپ سه بعدی از نقطه نظر شیمی واکنش و مزایا و معایب آن ها مرور می شود. بدیهی است طراحی و ساخت رزین های پخت پذیر نوری نیازمند داشتن دانش درباره انواع رزین های موجود و چالش های مرتبط به آن است. از این رو، این مقاله می تواند منبع مناسبی برای پژوهشگران فعال در این زمینه باشد.
    کلیدواژگان: چاپ سه بعدی، رزین، نورپلیمر، آکریلات، اپوکسی
  • احسان عالی خانی*، سالار حقجو، علی خلیلی صفحات 14-25

    سلولوز، ترکیب اصلی تشکیل دهنده بیشتر گیاهان است. تجدیدپذیری این ماده موجب تبدیل سلولوز به ماده خام طبیعی شده که به فراوانی دردسترس است و بابت اتمام منابع آن نگرانی وجود نداشته باشد. با این حال، استفاده صنعتی از سلولوز به عنوان پلیمر گرمانرم با مشکلات و دشواری هایی همراه است. سلولوز به دلیل وجود پیوندهای هیدروژنی بسیار مستحکم میان زنجیرهای آن، پیش از ذوب، تخریب می شود. پژوهشگران برای رفع چنین مسایلی با انجام انواع اصلاحات شیمیایی روی سلولوز، پلیمرهای مشتق از آن را توسعه داده اند. اتیل سلولوز از پرکاربردترین پلیمرهای مشتق از سلولوز است. امروزه این پلیمرها، به ویژه اتیل سلولوز به طور گسترده در صنایع سرامیک، لوازم آرایشی و بهداشتی، داروسازی، دخانیات، رنگ، کاغذ، غذا، پارچه، انواع قطعات قالب گیری شده و جوهر چاپ استفاده می شوند. تجدیدپذیری، زیست سازگاری و در مواردی زیست تخریب پذیری اتیل سلولوز در کنار استحکام کششی زیاد و چقرمگی مناسب آن، موجب می شوند تا این پلیمر در آینده نقش پررنگ تری در دانش و فناوری پلیمر داشته باشد. در این مقاله، ضمن معرفی اتیل سلولوز، خواص و ویژگی های گوناگون آن، کاربردهای مختلف آمیخته های  این پلیمر نیز مرور شده است.

    کلیدواژگان: سلولوز، اتیل سلولوز، زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری، تجدیدپذیری
  • مائده رمضانپور، محدثه میرزائی، عباس رضایی شیرین آبادی* صفحات 26-38
    امروزه وجود یون های فلزات سنگین در فاضلاب های صنایع مختلف از مشکلات محیط زیست جهان مدرن به شمار می آید. از این رو، روش های مختلفی برای برجذب و حذف یون های فلزات سنگین از فاضلاب های صنعتی و پساب ها به کار گرفته می شوند. از روش های موثر در این زمینه، برجذب به وسیله ژل های پلیمری است که به دسته های مختلف هیدروژل، هواژل، میکروژل و نانوژل تقسیم می شوند. این مواد شبکه های پلیمری متخلخل دارای اتصالات عرضی هستند. آن ها با داشتن ویژگی های فیزیکی و شیمیایی مطلوب نظیر مساحت سطح زیاد، تنوع اندازه، دوام زیاد، تنوع انحلال پذیری، وجود مراکز برجذب فعال و سازگاری با محیط زیست، می توانند یون های فلزات سنگین نظیر سرب، کادمیم، جیوه، مس و فلزاتی از این قبیل را به طور فیزیکی و شیمیایی و بدون ایجاد اثر مخرب ثانویه از محیط های آبی آلوده با بازده زیاد برجذب کنند. چارچوب کلی ساختار این ژل ها با یکدیگر مشابه بوده و عواملی چون اندازه منافذ، اندازه شبکه ها و وجود مایع یا گاز در منافذ باعث ایجاد دسته بندی های مختلف در ژل ها می شود. در این مقاله، ابتدا هر یک از انواع ژل ها و ویژگی های منحصر به فرد آن ها معرفی و سپس روش های کلی ساخت، بهینه سازی های ویژه به منظور تقویت برجذب و سازوکار های برجذب فلزات به وسیله ژل ها مرور می شود.
    کلیدواژگان: هیدروژل، هواژل، میکروژل، نانوژل، فلزات سنگین
  • سید فرزان تاج بخش، امین عبدالهی* صفحات 39-49

    ابریشم دسته ای از الیاف طبیعی بوده که توسط برخی از حشرات خاص تولید می شود. عنکبوت ها درشت مولکول های پروتیینی با ساختار های مولکولی مختلف برای کاربرد های گوناگون تولید می کنند. تار های عنکبوت یا سایر ساختار های بزرگ پروتیینی با خروج رشته های پروتیینی از غده های ریسنده درون بدن عنکبوت تولید می شوند که این غدد مانند یک دستگاه ریسندگی عمل می کنند. ابریشم طبیعی عنکبوت در مقایسه با سایر الیاف طبیعی و مصنوعی به دلیل خواص مکانیکی و فیزیکی منحصربه فرد آن مورد توجه زیادی قرار گرفته است. این خواص استثنایی به کاربرد های بالقوه الیاف ابریشم عنکبوت برای استفاده در تولید جلیقه ضدگلوله، عروق مصنوعی، حسگر ها و غیره منجر شده است. خواص مکانیکی و فیزیکی شیمیایی درخور توجه این الیاف ناشی از ساختار مولکولی درشت مولکول های پروتیینی و همچنین برهم کنش های فیزیکی بین زنجیر های پروتیینی است. از سوی دیگر، سازوکار های ویژه تولید تار های عنکبوت مانند فرایند های اعمال تنش، تنظیم pH، تبادل یون و درنهایت خروج از تارریس ها از دلایل خواص فوق العاده این الیاف است. به دلیل مشکلات درخور توجه در تولید طبیعی الیاف ابریشم توسط عنکبوت ها، تولید ابریشم عنکبوت در مقیاس بزرگ نیازمند روش های پیشرفته مانند قراردادن DNA عنکبوت در حیوانات و باکتری هاست. یادآور می شود، الیاف ابریشم عنکبوت تولیدشده با این روش ها، خواص مکانیکی و فیزیکی کاملا مشابه ابریشم طبیعی عنکبوت را نداشته اند. الیاف ابریشم عنکبوت دارای کاربرد های بالقوه ای در صنایع پزشکی و نظا می بوده که این مطالعه می تواند دریچه جدیدی را به آینده این الیاف باز کند.

    کلیدواژگان: عنکبوت، ابریشم، الیاف طبیعی، ریسندگی، پروتئین
  • حمیدرضا عظیمی* صفحات 50-59
    در این مطالعه، اسفنجی شدن پلی وینیل الکل همراه با افزودن برخی ترکیبات با استفاده از فرایند ناپیوسته بررسی شده است. علت وجود ساختار بلوری در پلی وینیل الکل وجود پیوندهای هیدروژنی قوی میان زنجیرهای آن است. با افزودن برخی نرم کننده ها و افزودنی ها می توان این پیوندهای قوی را شکست و پیوندهای جدیدی تشکیل داد. مطالعات نشان می دهد، قابلیت اسفنجی شدن زیست پلیمر نیمه بلوری پلی وینیل الکل پس از افزودن نرم کننده و نانوذرات به عنوان عامل هسته زا به طور درخور توجهی بهبود یافته است. تجزیه و تحلیل های مختلف نشان داد، برهم کنش های بین مولکولی مناسب به وجودآمده در آمیخته های پلی وینیل الکل و ترکیبات افزودنی به نوبه خود سبب گسترش پنجره فرایندپذیری پلی وینیل الکل می شود. پلی وینیل الکل به دلیل سمی نبودن و زیست سازگاری زیاد، گزینه بسیار مناسبی برای کاربردهای مهندسی بافت است. با درنظرگرفتن این موضوع، بررسی شکل شناسی اسفنج های تولیدشده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی پویشی و مطالعه ساختارهای سلولی اسفنج حاصل از اهمیت ویژه ای برخوردار است. مشخص شد، با تغییر متغیرهای عملیاتی و افزودن ترکیبات پلیمری مختلف نیز تغییر درخور توجهی در ساختار و چگالی سلولی اسفنج های پلیمری مشاهده می شود. همچنین، توزیع اندازه سلول، چگالی سلولی و تخلخل اسفنج های تولیدشده را می توان با استفاده از مقادیر معینی افزودنی و نیز تغییر فشار و دما کنترل کرد.
    کلیدواژگان: پلی وینیل الکل، اسفنج، روش ناپیوسته، ساختار سلولی، نرم کننده ها
  • سعید مهدوی*، مسعود گرامی، رضا پوربابا صفحات 60-68
    تولید کاغذ سنگی به عنوان محصولی با ویژگی های منحصربه فرد مانند ضدآب بودن، مقاومت به ترکیدن و پارگی مناسب و همچنین به دلیل کاهش مصرف آب، انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای در حین فرایند تولید در مقایسه با کاغذهای سلولوزی و کاغذی در حال گسترش است. در این مقاله، به بررسی ویژگی ها، فرایند تولید، کاربردها، روند توسعه و مقایسه کاغذ سنگی با کاغذ پرداخته شده است. این محصول با برخورداری از مزایایی چون جذب آب بسیار کم، چاپ پذیری مناسب و قیمت تمام شده کمتر در صنایع بسته بندی، چاپ و نشر و به ویژه برچسب ها، به عنوان محصول قابل رقابت با کاغذهای سلولوزی مرسوم مطرح شده است. اما به دلیل ساختار متفاوت آن با کاغذ، درصورت اختلاط با آن می تواند باعث ایجاد مشکلاتی در چرخه بازیافت کاغذ شود. چگالی بیشتر، استحکام کششی کمتر، تخریب پذیری در معرض نور خورشید و نور فرا بنفش و وجود پلی اتیلن در آن، از جمله معایب اصلی کاربرد کاغذ سنگی است که استفاده از این محصول را محدود می کند. بازیافت کاغذ سنگی و استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر و افزودنی های مقاوم به نور فرابنفش و به کارگیری روش هایی که در آینده نزدیک بتواند معایب کاغذ سنگی را برطرف کند، در کنار ایجاد تمهیداتی برای تفکیک آن از کاغذ بازیافتی، امکان جایگزینی با برخی از محصولات کاغذی با آن را بیشتر فراهم می سازد. شناخت کاربردهای مناسب این محصول جدید در ایران و بازارهای هدف، باتوجه به قیمت مناسب مواد اولیه آن در کشور، دسترس پذیری و ویژگی های منحصربه فرد این محصول، ضروری به نظر می رسد. توجیه پذیری و موفقیت در سرمایه گذاری های جدید تولید کاغذ سنگی از نظر اقتصادی، فنی، بازاریابی و محیط زیست مرهون این شناخت است که از خطر هدررفت سرمایه های کشور و بروز مشکلاتی در صنعت بازیافت کاغذ می کاهد و حتی زمینه های صادرات آن را فراهم می کند.
    کلیدواژگان: کاغذ سنگی، کلسیم کربنات، پلی اتیلن پرچگالی، خواص کاربردی، محصولات
  • همکاران تحریریه صفحات 69-76
|
  • Mehdi Sheikhi *, Shaghayegh Vakili Pages 3-13
    Three dimensional printing (3D) is a process of fabricating 3D objects through depositing layers of materials (such as polymers) on previous layers. Currently is considered one of the most important research fields in academic and industrial research centers. Among the various approaches to 3D printing, photopolymerization is of great interest due to the wide range of monomers/oligomers prone to photopolymerization reactions (photopolymers). Photoinitiators and monomers/oligomers are two important components of resins applied for 3D process, which affect not only the possibility of resin printing, but also the functional properties of the part such as mechanical strength, dimensional accuracy, transparency, modulus and others. In this article, the most important group of photopolymers used in the 3D printing process is reviewed from the point of view of reaction chemistry and their advantages and disadvantages. It is obvious that the design and manufacture of photocurable resins requires knowledge about the types of resins available and the challenges associated with them. Therefore, this article can be a good source for active researchers in this field.
    Keywords: 3D printing, resin, photopolymer, acrylate, epoxy
  • Ehsan Alikhani *, Salar Haghjoo, Ali Khalili Gasht Roudkhani Pages 14-25

    Cellulose is the main constituent of most plants. The renewability of this material has made it a natural raw material which is abundantly available and there is no need to worry about running out of its resources. However, the industrial application of cellulose as a thermoplastic polymer is associated with some problems and difficulties. Due to the presence of strong hydrogen bonds between its chains, cellulose is destroyed before melting. In order to eliminate such difficulties, researchers have developed celluloses derivatives. Ethyl cellulose is one of the most widely used polymers derived from cellulose. Today, cellulose derivative polymers, such as ethyl cellulose in particular, are widely used in numerous industries like ceramic manufacturing, cosmetics, pharmaceuticals, tobacco, paint, paper, food, textile, various molding parts and printing ink. Renewability, biocompatibility, and in some cases the biodegradability of this polymer along with its high tensile strength and appropriate toughness, make this polymer play a prominent role in polymer science and technology in the future. In this article, along with the introduction of ethyl cellulose, its various properties and characteristics, the different applications of this polymer's mixtures have also been reviewed.

    Keywords: cellulose, ethylcellulose, biocompatibility, biodegradability, Renewability
  • Maede Ramezanpour, Mohadeseh Mirzaie, Abbas Rezaee Shirin-Abadi * Pages 26-38
    Today, the presence of heavy metal ions in the wastewater of various industries is one of the environmental problems of the modern world. Therefore, various methods are used to adsorb and remove heavy metal ions from industrial wastewaters and effluents. One of the effective methods in this field is adsorption by polymer gels, which are divided into different categories including  hydrogels, aerogels, microgels and nanogels. These materials are porous cross-linked polymer networks. Having desirable physical and chemical properties such as high surface area, size variety, high durability, variety of solubility, active adsorption centers, and environmental compatibility, they can absorb heavy metal ions such as lead, cadmium, mercury and copper physically and chemically from contaminated aquatic environments without causing secondary destructive effects with high efficiency. The general structure of these gels is similar to each other, and factors such as pore size, mesh size, and the presence of liquid or gas in the pores create different categories. In this article, each types of gels and their unique properties are introduced first, then the general synthesis methods, special optimizations to enhance the adsorption and mechanisms of metal adsorption by gels are reviewed.
    Keywords: Hydrogel, aerogel, microgel, nanogel, heavy metals
  • Seyed Farzan Tajbakhsh, Amin Abdollahi * Pages 39-49

    Silk is a natural fiber composed of proteins produced by some insects. Spiders produce protein macromolecules with different molecular structures for different applications. Spider web or other large protein structures are produced by the release of protein fibers from the spinning glands inside the spider's body, which act as a spinning instrument. Spider natural silk has received a lot of attention, due to its unique mechanical and physical properties, thermal resistance, biocompatibility, and biodegradability. These exceptional properties have led to the potential applications of spider silk fibers in production of bulletproof vest, artificial vessels, sensors, and etc. This interesting mechanical and physicochemical properties are due to the macromolecular structure of protein molecules as well as physical interactions between protein chains. derived from protein macromolecule’s structure, including the large protein sequences of the repeating units as well as physical interactions between protein chains and specific mechanisms such as tension, pH adjusting, and ion exchange in spinnerets of spider. Due to the remarkable difficulties in natural production of spider silk, other advanced techniques like inserting spider DNA in animals or bacteria is employed, but fibers produced by these methods do not have mechanical and physicochemical properties of natural spider silk lower molecular weight of the protein chains. Spider silk fibers have potential applications in pharmaceutical and military industries and this study can open a new window to the future of these fibers.

    Keywords: Spider, silk, Natural Fibers, Spinning, protein
  • Hamidreza Azimi * Pages 50-59
    In this study, foaming process of polyvinyl alcohol with the addition of some compounds was investigated using the batch foaming technique. The reason for the crystalline structure in polyvinyl alcohol is presence of strong hydrogen bonds between its chains. By adding some plasticizers and additives, these strong bonds can be broken and new bonds can be formed. Studies show that the foamability of semi-crystalline polyvinyl alcohol biopolymer was improved significantly after adding softener and nanoparticles as nucleating agent. Various analyzes showed that suitable intermolecular interactions occur in polyvinyl alcohol and its blends in turn expand the processability window of polyvinyl alcohol. Polyvinyl alcohol is a very suitable option for tissue engineering applications due to its non-toxicity and high biocompatibility. Considering this case, it is very important to examine the morphology of the produced sponges using a scanning electron microscope and study the cell structures of the resulting foam. It was found that by changing the operational variables and adding different polymer compounds, a significant change in the structure and cell density of polymer foams was observed. Also, the cell size distribution, cell density and porosity of the produced foams can be controlled by adding certain amount of additives and changing pressure and temperature.
    Keywords: polyvinyl alcohol, foam, The batch method, cellular structure, plasticizers
  • Saeed Mahdavi *, Masoud Gerami, Reza Pourbaba Pages 60-68
    The production of stone paper as a product with unique characteristics such as waterproofness, resistance to bursting and appropriate rupture, as well as due to the reduction of water consumption, energy and greenhouse gas emissions during the production process, is expanding. In this article, the characteristics, production process, applications, development process and general comparison of stone paper with paper are reviewed. Due to its advantages such as very low water absorption, good printability and lower cost, this product has been proposed as a competitive product with conventional cellulose papers in the packaging, printing and publishing industries, especially labels. However, due to the different structure of paper, mixing with it can cause problems in the normal paper recycling cycle. Higher density, lower tensile strength, degradability under sunlight and ultraviolet light and the presence of polyethylene, are the main disadvantages of stone paper, which poses challenges in the application of this product. Paper stone recycling and using biodegradable polymers and UV-resistant additives and arrangements to separate it from recycled paper, will provides the possibility to replace it with some more paper products. Knowing the appropriate applications of this new product and the target markets, considering the reasonable price of its raw materials and availability in Iran and unique features of this product seems essential. The justification and success of new investments in the production of stone papers from the economic, technical, marketing and environmental terms is due to the knowledge that it reduces the risk of wasting the country's capital and problems in the paper recycling industry.
    Keywords: Stone paper, calcium carbonate, High Density Polyethylene, applicable properties, products
  • Editor Staffs Pages 69-76