فهرست مطالب

علوم و تکنولوژی پلیمر - شماره 5 (پیاپی 139، آذر و دی 1394)
  • شماره 5 (پیاپی 139، آذر و دی 1394)
  • تاریخ انتشار: 1394/09/30
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی زادهوش*، سید سعید حسینی، سیده محدثه موسوی صفحات 351-371
    با توجه به توسعه روزافزون فناوری های غشایی در صنایع مختلف و نیز اهمیت شکل شناسی غشاهای نامتقارن در تعیین عملکرد فرایندهای جداسازی غشایی، کنترل این مشخصه به عنوان موضوعی مهم در فرایند ساخت غشا به شمار می آید. از این رو، در این مقاله اثر خواص رئولوژی محلول های پلیمری از جمله رفتار گرانروکشسانی و ژل شدن بر شکل گیری (فرایند جدایی فاز) و شکل شناسی انواع غشاها (اعم از تخت و الیاف توخالی) بررسی شده است. مطالعات انجام شده نشان داد، جدایی فاز، فرایندی شاخص در تشکیل غشاهای نامتقارن است و دو سازوکار مهم جدایی مایع-مایع و جامد-مایع نیز عاملی موثر در تغییر شکل شناسی غشا به شمار می آید. بنابراین، با کنترل مرحله ابتدایی فرایند جدایی فاز، می توان ریزساختار غشا را کنترل کرد و ساختاری مطلوب به دست آورد. افزون براین، رفتار رئولوژی محلول های پلیمری حین ساخت غشا نیز عاملی اثرگذار بر ساختار شکل شناسی غشا به شمار می آید. بنابراین، مطالعه و بررسی اصول حاکم بر رفتار رئولوژی محلول های پلیمری مانند گرانروکشسانی، گرانروی برشی و گرانروی کششی نقش مهمی در تعیین شکل شناسی و عملکرد جداسازی غشا ایفا می کند. در این مقاله، با توجه به اثر متقابل رئولوژی محلول های پلیمری و فرایند جدایی فاز، اثر تغییر ویژگی های رئولوژی محلول بر فرایند جدایی فاز و در نهایت تشکیل غشاهایی با شکل شناسی و ساختار متفاوت مطالعه شده است. همچنین، ضمن بررسی اثر مشخصه زمان آسایش محلول های پلیمری که در فرایند ساخت غشا قرار دارند و تحلیل ژل شدن و سازوکار های آن، شکل شناسی نهایی غشا با توجه به رقابت میان سرعت رشد نواحی (فرایند جدایی فاز) و سرعت ژل شدن (رفتار رئولوژیکی) بحث شده است.
    کلیدواژگان: خواص رئولوژی، غشاهای پلیمری، شکل شناسی، سرعت ژل شدن، فرایند جدایی فاز
  • ادریس کاملایی، مریم فربودی* صفحات 373-383
    در پژوهش حاضر، با هدف بهبود خواص مکانیکی و خاصیت ضدباکتریایی پلی وینیل کلرید، نانوذرات روی اکسید به عنوان تقویت کننده انتخاب شد. نانوکامپوزیت پلی وینیل کلرید-روی اکسید از اختلاط نانوذرات روی اکسید با محلول پلی وینیل کلرید تهیه شد. در این راستا، اثر پنج عامل مقدار روی اکسید، نوع حلال، روش اضافه کردن روی اکسید، دمای خشک شدن فیلم و مدت زمان همزدن پس از اضافه کردن روی اکسید در سطح های مختلف در بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت حاصل با استفاده از روش تاگوچی بررسی شد. حالت بهینه با به کارگیری روش تحلیل سیگنال به نوفه (S/N) معین شد. نتایج نشان داد، نوع حلال، روش اضافه کردن روی اکسید و مقدار وزنی روی اکسید در سطح اطمینان %95 معنی دار هستند. برای انجام دادن آزمون ضدباکتری از دو نوع باکتری استافیلوکوکوس اورئوس و اشرشیاکلی (یک باکتری گرم مثبت و یک باکتری گرم منفی) در محیط کشت مولر هینتون آگار استفاده شد. این آزمون خاصیت ضدباکتریایی نانوکامپوزیت بهینه را در مقایسه با پلی وینیل کلرید خالص تایید کرد. میکروسکوپ الکترونی پویشی متصل به سامانه پراش انرژی پرتو X برای مشخص کردن ترکیب و ساختار نانوکامپوزیت تهیه شده در حالت بهینه استفاده شد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، ضدباکتری، پلی وینیل کلرید، روی اکسید، تاگوچی، خواص مکانیکی
  • سید محمد مهدی مرتضوی صفحات 385-394
    کوپلیمرهای اتیلن/1-هگزن که با استفاده از سه دسته اصلی کاتالیزورهای کوئوردیناسیونی، زیگلر-ناتا، فیلیپس و متالوسن تهیه شدند، برای شناسایی ریزساختار کوپلیمرهای تولید شده با استفاده از روش جداسازی گرمایی (successive self nucleation and annealing (SSA مطالعه شدند. مشاهده شد، کومونومرپذیری کاتالیزورها به ترتیب برای کاتالیزورهای متالوسن> زیگلر-ناتا> فیلیپس افزایش یافته است. توزیع ترکیب شیمیایی (CCD) کوپلیمرهای تولید شده با استفاده از این سه دسته کاتالیزور نیز بررسی و مشاهده شد، کاتالیزورهای متالوسن که به طور مستقیم پایه دار شدند، پلیمرهایی با توزیع ناهمگنی در توزیع ترکیب شیمیایی مانند کاتالیزورهای زیگلر-ناتا و فیلیپس دارند. ضخامت لایه ها و توزیع آنها نیز با استفاده از تفکیک منحنی های DSC محاسبه شد. به طور مشخص نوع کاتالیزور روی نگه دارنده اثرچندانی روی توزیع ضخامت لایه ها و توزیع ترکیب شیمیایی پلیمرهای تهیه شده نداشته و توزیع ضخامت لایه ها در پلیمرهای ساخته شده با کاتالیزور متالوسنی که به روش مستقیم پایه دار شده اند، با سایر کاتالیزورهای زیگلر-ناتا و فیلیپس در محدوده 29-2 آنگستروم است. در حالی که محدوده ضخامت لایه های پلیمر با کاتالیزور متالوسن بدون نگه دارنده باریک تر و در محدوده 7-2 آنگسترم است. با افزایش مقدار 1-هگزن در زنجیر اصلی پلیمر سهم ضخامت لایه های بزرگ تر نسبت به ضخامت لایه های کوچک تر کاهش یافته و مقادیر شاخص (DSC(DSCI به سمت 1 میل می کند. نتایج همچنین نشان داد، استفاده از روش درجا در پایه دارکردن کاتالیزورهای متالوسنی اثر مطلوبی بر همگنی توزیع کومونومر در ریزساختار پلیمر نسبت به روش مستقیم پایه دار کردن این کاتالیزورها می گذارد.
    کلیدواژگان: کاتالیزور متالوسن، کاتالیزور زیگلر، ناتا، کاتالیزور فیلیپس، جداسازی گرمایی، ریزساختار
  • علی اکبری، رضا یگانی*، علی بهبودی صفحات 395-407
    لایه سطحی متراکم که به علت ماهیت فرایند ساخت غشاهای پلیمری به روش جدایی فاز با القای گرمایی معمولا در سطح بیرونی غشاها تشکیل می شود، نقش بسزایی در کاهش مقدار تراوایی و در پی آن تسریع گرفتگی غشاهای ساخته شده با این روش در فرایند تغلیظ و خالص سازی محلول های پروتئینی دارد. در کار اخیر، اثر دمای حمام بر ضخامت لایه سطحی متراکم و اثر آن بر عملکرد غشاهای ساخته شده بررسی شد. از آزمون تغلیظ محلول پروتئین کلاژن برای بررسی اثر حذف لایه متراکم بر عملکرد و سازوکار گرفتگی غشا و بازده جداسازی پروتئین کلاژن استفاده شد. نتایج به دست آمده حاکی از حذف لایه متراکم سطحی با افزایش دمای حمام انعقاد بود، طوری که در غشاهای با تخلخل سطحی کمتر، کاهش شار تراوایی محلول پروتئینی در نتیجه گرفتگی استاندارد حفره های غشا به وقوع می پیوندد که یک سازوکارگرفتگی برگشت ناپذیر به شمار می آید. در حالی که با افزایش تخلخل سطحی و حذف لایه متراکم در سطح بیرونی، کاهش شار تراوایی در نتیجه گرفتگی متوسط حفره هاست که گرفتگی برگشت پذیر به شمار می آید. نتایج حاصل از شار تراوایی و طیف نورسنجی جریان خوراک و جریان تغلیظ شده نشان داد، پس از800min، مقدار تغلیظ کلاژن برای غشای با تخلخل سطحی زیاد حدود %5/6 است که این مقدار برای غشای با تخلخل سطحی کمتر حدود %1 است. افزون بر این غشای با تخلخل سطحی کمتر، پس از زمان 400min عملیات فیلترکردن محلول کلاژن به علت گرفتگی غشا طی امکان پذیر نبود، در حالی که برای غشا با تخلخل سطحی بیشتر، عمل تغلیظ کلاژن طی مدت 800min ادامه داشت.
    کلیدواژگان: غشای پلی اتیلنی، روش جدایی فاز با القا گرمایی، لایه متراکم سطحی، گرفتگی غشا، خالص سازی پروتئین کلاژن
  • محمدعلی فتحی زاده، محمدحسین بهشتی* صفحات 409-419
    در این پژوهش، خواص گرمایی، اشتعال پذیری و مکانیکی سه نوع مختلف رزین پلی استر غیراشباع ارتو، ایزو و وینیل استر و رزین اپوکسی برپایه دی گلیسیدیل اتر بیس فنول A بررسی و مقایسه شد. نظر به استفاده گسترده از این رزین ها در صنعت کامپوزیت، شناخت دقیق خواص آنها برای انتخاب بهترین رزین بسیار حائز اهمیت است. بدین منظور، از آزمون های گرانروی سنجی، طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، سرعت سوزش، تجزیه گرماوزن سنجی (TGA)، شاخص حدی اکسیژن (LOI) و اندازه گیری خواص خمشی استفاده شد. از آنجا که گرانروی رزین های پلی استر غیراشباع در محدوده 300cp تا 450cp قرار دارد، از مزیت شایان توجهی نسبت به رزین های اپوکسی برخوردارند که گرانروی در محدوده 600cp تا 1000cp دارند. از میان سه نوع مختلف رزین پلی استر غیراشباع برررسی شده در این پژوهش، رزین ارتو بیشترین مقدار درصد تبدیل را دارد. پس از آن این مقادیر به ترتیب متعلق به نمونه وینیل استر و ایزو بود. نتایج نشان داد، رزین وینیل استر، خواص بهینه ای از نظر گرمایی، مقاومت در برابر اشتعال و مکانیکی در میان رزین های پلی استر دارد. از مقایسه رزین اپوکسی با انواع پلی استر مشاهده شد، رزین اپوکسی سرعت سوزش بیشتری دارد، اما مقدار زغال باقی مانده (12.4%) و درصد (20.2%) LOI آن بیشتر و در نتیجه از پایداری گرمایی زیادتری برخوردار است. نتایج آزمون خمش بیانگر آن است که رزین اپوکسی مدول (4/1GPa) و استحکام خمشی (116MPa) بیشتری نسبت به رزین های پلی استر دارد، اما مقدار خمش تا شکست (2.8%) و چقرمگی این نمونه از سه نوع مختلف پلی استر غیراشباع کمتر است.
    کلیدواژگان: رزین، پلی استر غیراشباع، اپوکسی، کامپوزیت، اشتعال پذیری
  • محمد واحدی، جلال برزین *، مژگان کوثری صفحات 421-436
    وارونگی فازی، روشی مرسوم برای ساخت غشاهای پلیمری است و اغلب غشاهای ساخته شده به این روش، ساختار نامتقارن دارند. جداسازی ذرات در این نوع غشاها با لایه متراکم سطحی و در فشار عملکردی زیاد انجام می شود. از سوی دیگر، در غشاهای متقارن دارای حفره های سطحی، جداسازی افزون بر سطح، در عمق غشا و در فشار عملکردی کمتر انجام می شود. در پژوهش حاضر، ساخت غشاها برپایه پلی اتر سولفون با استفاده ازحلال دی متیل استامید و ضدحلال آب به روش وارونگی فازی انجام شد. برای کنترل تخلخل و تغییر ساختار غشا از افزودنی آبدوست پلی وینیل پیرولیدون و نیز تغییر شرایط انعقاد، با اعمال یک مرحله توقف در محیطی با کنترل دقیق دما و رطوبت استفاده شد. برای بررسی ساختاری غشاهای تهیه شده، تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی پویشی، آزمون های تعیین نقطه حباب، تعیین تخلخل و تعیین شعاع متوسط حفره ها به کار گرفته شد. همچنین، عملکرد غشاها با استفاده از محاسبه تراوایی آب خالص و انجام آزمون حذف باکتری از محیط کشت سلول ارزیابی شد. نتایج حاصل نشان داد، با استفاده از روش انعقاد اجرا شده در این پژوهش، می توان به غشاهایی با ساختار متقارن، حفره هایی با قطر کمتر از 0.4μm، تراوایی مناسب آب خالص و قابلیت حذف باکتری دست یافت. همچنین مشاهده شد، افزایش غلظت افزودنی پلی وینیل پیرولیدون موجب افزایش تخلخل، تراوایی و اندازه حفره های نمونه های غشایی می شود. از سوی دیگر، استحکام کششی و نیز ازدیاد طول در ناحیه شکست نمونه های غشایی با افزایش غلظت افزودنی پلی وینیل پیرولیدون کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: غشا، پلی اتر سولفون، ساختار متقارن، وارونگی فازی، انعقاد دومرحله ای
|
  • Ali Zadhoush*, Seyed Saeid Hosseini, Seyedeh Mohaddeseh Mousavi Pages 351-371
    Considering the rapid progress in applications of membrane separation technologies in various industries and the importance of asymmetric membranes morphology in governing the separation performance in membrane systems, control of this parameter in the membrane fabrication process is regarded as a prominent subject in the field. Hence, investigation on the rheological properties of polymer solutions, including viscoelasticity and gelation behavior and their influence on the membrane formation and morphological structure of membranes including flat sheet and hollow fiber membranes is a prerequisite to produce asymmetric membranes with desirable characteristics. Phase inversion is the most widely used technique for the preparation of asymmetric membranes and the two major mechanisms of liquid-liquid and solid-liquid demixing in membrane fabrication process affect the morphology of the membranes. Therefore, controlling the phase inversion in the early stage can greatly influence membrane microstructure. The rheological behavior of polymer solutions during the fabrication of membranes as well as other factors that influence the morphological structure of the membranes are evaluated in the present study. In addition, the principles governing the rheology of polymer solutions such as viscoelasticity, shear and extensional viscosity play a crucial role in determining the membrane morphology and separation performance. Due to the interaction of the rheology of polymer solutions and phase inversion, the effects of changes in the rheological properties on the phase inversion and the formation of membranes with different structures and morphologies are studied. Furthermore, in addition to the analysis of the effect of the relaxation time and gelation mechanisms, discussions are provided about the determination of the final membrane morphology considering the competition between the domains growth and gelation rates.
    Keywords: rheological properties, polymeric membranes, morphology, gelation rate, phase inversion process
  • Edris Kamelaei, Maryam Farbodi* Pages 373-383
    In this research, zinc oxide (ZnO) nanoparticles were selected as reinforcing agent with the aim of improving antibacterial and mechanical properties of polyvinyl chloride (PVC). PVC-ZnO nanocomposite was prepared by dispersing ZnO nanoparticles into a PVC solution. Taguchi experimental design method was used to determine the optimal conditions for preparation of nanocomposite. The effects of five factors including ZnO weight percentage, kind of solvent, the addition method of ZnO, film drying temperature and stirring time were investigated on different levels. Optimal conditions were determined by using the signal/noise (S/N) method. It was distinguished that, kind of solvent, the addition method of ZnO and ZnO weight percentage are three significant factors in the confidence level of 95%. Staphylo coccus aureus and Escherichi coli, two different types of bacteria (one gram-positive bacteria and one gram-negative bacteria) were used in Mueller-Hinton broth for antimicrobial testing. This test confirmed the antibacterial property of the optimal nanocomposite in respect to pure polyvinyl chloride. A scanning electron microscope (SEM) coupled with an energy dispersive X-ray system (EDX) was used to characterize the composition and structure of the optimal nanocomposite film.
    Keywords: nanocomposite, antibacterial, PVC, zinc oxide, Taguchi experimental design, i, mechanical properties
  • Seyed Mohammad Mehdi Mortazavi Pages 385-394
    Olefinic copolymers of ethylene/1-hexene were synthesized by three main types of supported catalysts, including Philips, Ziegler-Natta and metallocene catalysts, and the specific microstructural features delivered by each class of the catalysts were studied. The heterogeneity of comonomer distribution was studied by thermal fractionation using successive self nucleation annealing (SSA) as a novel method. It was observed that the comonomer incorporation ability decreased in the order of metallocene > Ziegler-Natta > Philips. The chemical composition distribution (CCD) of the produced copolymers was investigated by differential scanning calorimetry (DSC). Interestingly, we found that the copolymers produced by the directly supported metallocene catalyst possessed heterogeneous comonomer distributions, similar to the samples produced by Ziegler–Nata and Philips catalysts. The lamellar thickness distributions of the copolymers were calculated by the DSC curve deconvolution into a number of standard distribution functions. It was shown that the type of the supported catalyst did not affect the lamella thickness distribution to a discernible extent. The range of lamellar thickness was about 2-29 Å for the polymers produced using directly supported metallocene, Zigler-Natta and Philips catalysts, while the corresponding value for copolymers made by homogeneous metallocene catalyst was in the range of 2-7 Å. It could be concluded that in-situ supporting of metallocene catalyst increased the comonomer incorporation in a more homogeneous fashion. In addition, comonomer units were distributed more homogeneously at higher 1-hexene concentrations as could be realized from the approach of DSC index (DSCI) which showed that the DSC index moved towards unity at higher comonomer levels.
    Keywords: metallocene catalyst, philips catalyst, ziegler, Natta catalyst, thermal fractionation, microstructure
  • Ali Akbari, Reza Yegani*, Ali Behboudi Pages 395-407
    Fabrication of an efficient microfiltration polymeric membrane with low fouling characteristic and high permeation flux is an essential task for developing membrane-related researches and membrane industries. Surface skin layer which decreases the membrane permeation and accelerates the membrane fouling in purification and separation of protein solution is usually observed for all membranes fabricated via thermally induced phase separation (TIPS) method. In this work, the impact of coagulation bath temperature on the skin layer thickness and performance of fabricated membranes was investigated. Collagen protein purification tests were carried out to investigate the impact of skin layer on the performance and determine the fouling mechanisms of the membranes. Obtained results showed that when coagulation bath temperature increases, the thickness of skin layer decreases. In membranes with lower surface porosity, decline in protein permeation is mainly due to the standard blocking fouling mechanism which is a kind of the irreversible fouling phenomenon. In membranes with higher surface porosity, however, decline in protein permeation is mainly due to the intermediate blocking fouling mechanism which is a kind of reversible fouling phenomenon. Obtained results from permeation flux and spectrophotometric analyses of inlet feed and retentate streams within 800 min showed that the collagen recovery ratio for modified and unmodified membranes were 5.6 and less than 1%, respectively. It is worth to mention that for membrane with lower surface porosity the collagen filtration process was stopped within 400 min due to the membrane fouling. For membrane with higher surface porosity, however there was no halting in filtration process within 800 min.
    Keywords: polyethylene membrane, thermally induced phase separation method, surface dense skin layer, membrane fouling, collagen protein purification
  • Mohammad Ali Fathizadeh, Mohammad Hosain Beheshty* Pages 409-419
    Thermal properties, flammability and mechanical properties of three different kinds of unsaturated polyester resins, ortho, iso and vinyl ester and an epoxy resin based on diglycidyl ether of bisphenol-A were investigated. Since these resins are widely used in the composite industry it is vital to recognize their properties. For this purpose, viscosity, burning rate, limiting oxygen index (LOI) and flexural properties were measured. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and thermal gravimetric analysis were also performed. The viscosity of unsaturated polyester resins which was in the range of 300 to 450 cp showed an advantage compared to the viscosity of epoxy resin which was in the range of 600 to 1000 cp. The low viscosity property which is usually seen in unsaturated polyester resins is very important from the processing point of view, which in turn helps to ensure a simple processing. The ortho resin showed the highest conversion and conversion rate among the three unsaturated polyester resins. The vinyl ester resin showed a higher conversion than the iso resin. The results showed that the vinyl ester resin had the highest thermal resistance, flammability and mechanical properties among the unsaturated polyester resins used in this work. On the other hand, although the epoxy resin showed the highest burning rate but it had the highest carbon residue or char yield (12.4%) and LOI (20.2%), and consequently the highest thermal resistance. The results of flexural test showed that the epoxy resin had the highest flexural strength (116 MPa) and modulus (4.1 GPa) and the lowest deflection-at-break (2.8%) and toughness in comparison with the unsaturated polyester resins used in this work.
    Keywords: resin, unsaturated polyester, epoxy, composite, flammability
  • Mohammad Vahedi, Jalal Barzin, Mojegan Kowsari Pages 421-436
    Phase inversion is a common method for preparation of polymeric membranes. It is noticeable that most of the membranes prepared by this method have an asymmetrical structure. In this type of membranes, separation of particles occurs only by top dense layer in a high operating pressure. On the other hand, the separation process using symmetric membranes containing surface pores occurs on the top surface and in the depth of the membrane at lower operating pressure. In this research, preparation of polyethersulfone-based membranes was performed through the phase inversion method by dimethylacetamide as a solvent and water as the nonsolvent. Changing the coagulation conditions by applying one pause stage in an environment with the precise control of temperature and humidity, along with using polyvinylpyrrolidone as a hydrophilic additive, were attempted in order to control the porosity and structural changes of the membrane. Scanning electron microscopy (SEM) images, bubble point test, porosity, and mean pore radius measurements were used to study the structure of the prepared membranes. The performance of the membranes was evaluated by pure water permeation test and elimination of bacteria from cell culture medium. The results obtained illustrate that the implemented method is capable of preparation of membranes with symmetrical structure and pore diameter less than 0.4 μm featuring acceptable pure water flux and bacteria removalability. It was also observed that increase in the concentration of polyvinylpyrrolidone additive leads to an increase in porosity, permeation and pore size of the membrane samples. On the other hand, the tensile strength and elongation-at-break of the membrane samples were reduced upon increasing in polyvinylpyrrolidone concentration.
    Keywords: membrane, polyethersulfone, symmetrical structure, phase inversion, two, stage coagulation