فهرست مطالب

پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر - سال دوم شماره 2 (پیاپی 4، تابستان 1397)

نشریه پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
سال دوم شماره 2 (پیاپی 4، تابستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/06/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علیرضا بهرامیان* صفحات 3-16
    در این پژوهش نقش دمای خشک کردن و فشار مکانیکی بر ساختار سطحی و خواص دینامیکی فیلم نانوساختار پلی آنیلین  (PAni)مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا PAni طی فرآیند پلیمریزاسیون آنیلین در حضور آمونیوم پرسولفات در محیط اسیدی سنتز و در حلال نرمال متیل-2-پیرولیدین حل شد. محلول بدست آمده به روش لایه نشانی غوطه وری به صورت فیلم نانوساختار روی زیر لایه شیشه ای از جنس کوارتز لایه نشانی شده و خشک گردید. نتایج آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد با افزایش دمای خشک کردن ساختار سطحی فیلم از حالت فیبری به شبکه ای متقاطع بهم پیوسته در می آید. تصاویر میکروسکوپ عبوری نشان دادند قطر ساختارهای فیبری شکل در دمای 318 و K 418 به ترتیب 18 و 30 نانومتر است. آنالیز نیروی اتمی نشان داد میزان متوسط زبری سطحی فیلم  PAniدر دمایK 318 بدون اعمال فشار مکانیکی 63 نانومتر و در فشار 5 مگاپاسکال به کمتر از 35 نانومتر می رسد. آزمایشات آنالیز دینامیکی-مکانیکی-حرارتی نشان دادند دمای انتقال شیشه ای فیلم PAni تهیه شده بدون اعمال فشار مکانیکی و فیلم تهیه شده در فشار 5 مگاپاسکال به ترتیب برابر 386 و K 378 است. آزمون میکروسکوپ نیروی اتمی به روش دندانه گذاری در مقیاس نانومتری جهت تعیین مقادیر سختی، مدول کشسانی و ضریب پوآسون فیلم PAni بکار گرفته شد. بررسی وابستگی دمایی و فشار اعمال شده روی سطح فیلم در تعیین خواص گرانروکشسان فیلم  PAni می تواند اطلاعات مناسبی در خصوص میزان مدول ذخیره و مدول اتلاف فیلم و انرژی فعالسازی لایه پلیمری طی فرآیند تجزیه گرمایی در اختیار خواننده قرار دهد.
    کلیدواژگان: پلی آنیلین، فیلم نانوساختار، اثرات دما و فشار، خواص گرمایی، خواص مکانیکی-دینامیکی
  • سهیلا مهدیزاده، زهرا بیگم مختاری حسینی*، اشرف سادات حاتمیان زارمی، بهمن ابراهیمی حسین زاده صفحات 17-28
    تتولید الیاف در مقیاس نانومتری (نانوالیاف) سطح تماس بسیار زیادی را ایجاد می کند و موجب بهبود خواص آن ها نسبت به الیاف معمول می شود. الکتروریسی یک روش نسبتا ساده و موثر برای سنتز نانوالیاف با قطرهای مختلف است. با تغییر عوامل تاثیرگذار بر فرایند الکتروریسی شامل متغیرهای محیطی، دستگاهی و محلول،  می توان الیافی با مورفولوژی مختلف تولید کرد. پلی وینیل الکل (PVA) به دلیل پایداری حرارتی بالا، زیست سازگاری، غیر سمی بودن و حلالیت در آب مورد توجه واقع شده است. افزودن بنتونیت به PVA باعث بهبود خواص آن می شود. در این پژوهش برای تهیه غشاء نانوالیاف PVA و نانوبنتونیت، مقادیر بهینه سه متغیر موثر بر فرایند شامل ولتاژ، نرخ تغذیه و غلظت بنتونیت بر اساس موفولوژی و خواص مکانیکی نانوالیاف تعیین شد. نتایج نشان داد که  در شرایط ولتاژ  kV 11، نرخ تغذیه mL/h 5/0 و غلظت بنتونیت w/w 3% الیافی با مناسب ترین موفولوژی و بیشترین استحکام بدست می آید. در این شرایط نانوالیاف تولیدی قطری برابر 243 نانومتر با انحراف معیار 0551/0 و تحمل کشش MPa 64/7را دارند.  نتایج این مطالعه نشان داد که افزودن مقدار کمی بتنونیت به  PVA باعث  استحکام بیشتر نانوالیاف تولیدی می شود. در اثر افزودن بنتونیت قطر نانوالیاف از 308 به 243 نانومتر کاهش می یابد. بنابراین نانوالیاف کامپوزیتی PVA/نانوبنتونیت تولید شده یک غشا مناسب برای تصفیه آب است.
    کلیدواژگان: نانوالیاف، الکتروریسی، پلی وینیل الکل، بنتونیت، مونت موریلونیت
  • سیدحمیدرضا عظیم، غلامعلی فرزی* صفحات 29-39
    متیل ترشیوبوتیل اتر (MTBE) به عنوان بالابرنده عدد اکتان بنزین در بسیاری از کشورها مورد استفاده قرار گرفته ولی پس از طی مدت زمان کوتاهی بدلیل جذب بسیار زیاد در آب و احتمال ورود به آب های زیر زمینی، مصرف آن در کشورهای توسعه یافته ممنوع شده است. در این پژوهش برای اولین بار، جهت کاهش اثرات نامطلوب زیست محیطی استفاده از MTBE ، کپسوله نمودن آن و کنترل آزادسازی در موتور خودرو و هنگام احتراق مورد توجه قرار گرفت. بدین منظور پلیمریزاسیون مینی امولسیونی معکوس مونومر متیل متاکریلات(MMA) در حضور MTBE و در محیط سیکلوهگزان به روش روغن/ آب / روغن انجام شد. نانوکپسول پلی متیل متاکریلات/ MTBE در نسبتهای وزنی 5/0، 1، 2 از MTBE به متیل متاکریلات (R=MTBE/MMA) سنتز گردید. اثر تغییر مقادیر R بر درصد تبدیل پلیمریزاسیون، راندمان کپسوله کردن MTBE و مورفولوژی کپسولها بررسی گردید. تغییر نسبت R از 5/0 تا 2 این امکان را فراهم نمود تا سایز کپسول ها در محدوده 50 تا 500 نانومتر کنترل شود. شروع محدوده تخریب MTBE خالص از 130 درجه سانتیگراد در حالت بدون وجود پوسته پلیمری به 250 درجه افزایش یافت و باعث شد تا آزاد سازی هسته بوسیله حرارت و از دمای 250 درجه آغاز شود. با افزودن 5/1% کپسولها به بنزین، علاوه بر کنترل آزادسازی MTBE در موتور خودرو، عدد اکتان 5 واحد افزایش یافت.
    با توجه به نتایج بدست آمده، پلیمریزاسیون مینی امولسیونی معکوس روش مناسبی برای کپسوله کردن و کاهش اثرات زیست محیطی MTBE بوسیله محدود نمودن تماس آن با محیط می باشد.
    کلیدواژگان: متیل ترشیوبوتیل اتر، مینی امولسیون معکوس، نانوکپسول، عدداکتان بنزین، پلی متیل متاکریلات
  • آرزو جعفری*، رضا غریب شاهی، وحید برخورداری صفحات 41-56
    در سال های اخیر با پیشرفت علم نانو، بسیاری از محققین به استفاده از این مواد برای حل مشکلات موجود در بخش های مختلف صنعت نفت روی آورده اند. نانو سیال های تهیه شده با این مواد می توانند جدایش نفت و گاز در داخل مخزن را تسهیل نمود و میزان برداشت نفت را نسبت به روش های فعلی افزایش دهند. لذا در این پژوهش اثر نانو ذرات خاک رس بر روی ضریب برداشت نفت مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از دو سیال پایه مختلف آب و اتانول برای پخش شدن نانو ذرات در آن ها استفاده شد. اثر افزودن نانو ذرات خاک رس بر روی تغییرات گرانروی و کشش بین سطحی اندازه گیری شد. همچنین به منظور بررسی اثر غلظت نانو ذرات در سیال پایه بر روی ضریب برداشت نهایی نفت، نانو سیالات با 3 و 5 درصد وزنی نانو ذرات تهیه شدند. نتایج نشان دادند که اگرچه نانو سیالات حاوی نانو ذرات خاک رس پایداری کمی دارند اما در همین شرایط نیز با اضافه کردن آن ها به سیال پایه ضریب برداشت نفت افزایش چشمگیری داشت. همچنین اثر این نانو ذرات هنگامی که در سیال پایه آب پخش می شوند بیشتر از اتانول خواهد بود. به عنوان مثال در 5 درصد وزنی، ضریب برداشت نفت با نانو سیال پایه آبی 7/49 درصد و با نانو سیال پایه اتانولی 46 درصد است.
    کلیدواژگان: ازدیاد برداشت نفت، نانو ذرات خاک رس، گرانروی، کشش بین سطحی، پایداری
  • امید معینی جزنی*، مریم علی اکبری، مجید سهرابیان صفحات 57-73
    در این پژوهش، سه اندازه متفاوت ( µm 100-300-500 ) از پودر لاستیک (تایر ضایعاتی) در فرمولاسیون چسب های اپوکسی- فنولیک استفاده شد. از اصلاح شیمیایی پودر تایر آسیابی به روش پیوند زنی مونومر آکریل آمید استفاده شد. به منظور جلوگیری از افت خاصیت مدول و استحکام در اثر افزودن پودر لاستیک به چسب، از میکروذرات سیلیکا استفاده شد. آزمایش توسط روش تاگوچی طراحی شد و در این آزمایش اثر ترکیب درصد پودر لاستیک، اندازه پودر لاستیک، ترکیب درصد پرکننده و ترکیب درصد رزین فنولیک بر خواص مکانیکی و حرارتی چسب های اپوکسی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی خواص مکانیکی چسب ها و همچنین خواص چسبندگی آن ها، نمونه های دمبلی شکل و اتصال تک لبه فلز (فولاد ضدزنگ) به کامپوزیت (رزین اپوکسی/ الیاف کربن) تهیه شد و از آن ها آزمون کشش گرفته شد. پایداری حرارتی و برهم کنش های بین سطحی، به ترتیب توسط آزمون های گرما وزن سنجی(TGA) و طیق سنجی انتقال فوریه (FTIR) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمون کشش نمونه های اتصال فلز به کامپوزیت نشان داد که با افزودن هر یک از عوامل در سطح بهینه خود به چسب اپوکسی، خواص مکانیکی، شامل استحکام کششی- برشی، مدول و چقرمگی نسبت به نمونه های متصل شده با چسب اپوکسی خالص، به ترتیب. ترتیب به میزان  5/7%، 56/27% و 114% افزایش یافت. در نمونه های دمبلی شکل نیز کلیه خواص مکانیکی بهبود یافت. افزایش قابل توجهی در پایداری حرارتی چسب های ساخته شده نسبت به چسب اپوکسی خالص، حاصل شد.
    کلیدواژگان: چسب، اپوکسی، پودر لاستیک ضایعاتی، سیلیکا، خواص مکانیکی، پایداری حرارتی
  • فهیمه درخشان فرد*، حسن عطاری صفحات 75-89
    در این مقاله عملکرد تعمیم شبکه های عصبی مصنوعی RBF بر داده های آزمایشگاهی بدست آمده بر تاثیر نانو ذرات Fe2O3، ZnO، TiO2، WO3و NiO در دما و کسرجرمی های مختلف بر گرانروی نفت خام مورد بررسی قرار گرفته است. مورفولوژی و پایداری نانوذرات با استفاده از آنالیز DLS و TEM بررسی شده، نتایج آنالیزها نشان داد که متوسط قطر نانوذرات از 10 تا 40 نانومتر برای اکسیدهای نانو ذرات مختلف تغییر می کند. روش جامعی جهت محاسبه مقدار بهینه گستردگی توابع گاوسین آیزوتروپیک همراه با الگوریتم ویژه ای برای آموزش شبکه های RBF ارائه شده است. نتایج این مطالعه مشخص می نماید که شبکه های عصبی RBF به دلیل دارا بودن مبانی علمی مستحکم و همچنین قابلیت فیلتر نمودن نویزها، از عملکرد مناسبی برخوردار است. با افزایش دما نسبت ویسکوزیته نانو سیال به سیال پایه کاهش می یابد. علاوه بر آن با افزایش درصد نانوذرات ویسکوزیته نسبی به طور چشمگیری افزایش می یابد. برای دماهای بالاتر از °C50 ویسکوزیته نسبی کمتر از واحد به دست آمده که این نشان دهنده کاهش ویسکوزیته نانوسیال به سیال پایه می باشد.
    کلیدواژگان: نانوسیالات، گرانروی، نانوذرات اکسیدی، شبکه های عصبی مصنوعی
|
  • ALIREZA BAHRAMIAN* Pages 3-16
    In this study, the effects of drying temperature and mechanical pressure on the surface structure and dynamical properties of polyaniline (PAni) were studied. PAni was synthesized through the aniline polymerization process in the presence of ammonium persulfate in acidic medium and normal methyl-2-pyrrolidine solution. The obtained solution was dipped on a substrate of quartz glass. Atomic force microscopy (AFM) analysis based on nano-indentation tests were used to determine the values of hardness, Young’s modulus and Poisson’s ratio of the films. The results of the analysis of the scanning electron microscope demonstrated that the surface morphology of the film is changed from a fiber-to-interconnected cross-linked networkby increasing the drying temperature. The transmission electron microscope analysis showed that the diameter of the fibers on the surfaces dried at 318 K and 418 K was 18 and 30 nm, respectively. AFM results showed that the mean surface roughness of PAni film at 318 K without mechanical pressure was 63 nm, while for the film pressed at 5 MPa was less than 35 nm. Thermo-mechanical analysis showed that the glass transition temperature of the PAni film prepared without mechanical pressure and the film pressed at 5 MPa were 386 K and 378 K, respectively. Investigating the temperature dependence and applied pressure on the film surface in determining the viscoelastic properties of the PAni nanostructured film can provide readers with appropriate information about the storage and loss modulus of the film and the activation energy of the polymer layer during the thermal decomposition process.
    Keywords: Polyaniline, Nanostructured film, Temperature, pressure effects, Thermal properties, Mechanical-dynamic properties
  • Soheila Mahdizadeh, Zahra, Beagom Mokhtari, Hosseini*, Ashrafalsadat Hatamian, Zarmi, Bahman Ebrahimi, Hosseinzadeh Pages 17-28
    Fiber production in nanoscale prepares high surface contact for fibers and leads to the improvement of their properties with respect to other fibers. A convenient and effective method for nanofiber production with different diameters is electrospinning. Various effective parameters on electrospinning processes, including environmental, equipment, and solution variables can produce fibers with different morphologies. PVA has been used in various fields of applied research because of its high thermal stability, biocompatibility, non-toxic and solubility in water. The published reports indicated that properties of the PVA are improved with the addition of bentonite. In this research, to prepare PVA/nano-bentonite nanofiber membrane, the optimum amounts of three effective variables on the above-mentioned processes were determined. According to the obtained results, the voltage of 11 kV, the feeding rate of 0.5 mL/h and bentonite concentration of 3% w/w were optimum conditions for the process of PVA/nano-bentonite nanofiber composite production. In this condition, the average diameter of produced nanofibers was 243 nm with the standard deviation of 0.0551 and the tensile strength of 7.64 MPa. The results showed that the addition of bentonite to PVA increase intensity of nanofibers and decrease the diameter of nanofibers from 308 nm to 243nm.Therfore, the produced PVA/bentonite nanofiber composite is a good membrane for water treatment.
    Keywords: Nanofiber, Electrospinning, PVA, Bentonite, Montmorillonite
  • Seidhamidreza Azim, Gholamali Farzi* Pages 29-39
    Methyl Tert-butyl Ether(MTBE) has been used as a booster in gasoline octane numbers in many countries, but after a short time due to the high absorption in water and the possibility of entry into groundwater, its use in developed countries is prohibited. In this work, for the first time, to reduce the adverse environmental effects, MTBE was encapsulated, and release control was considered. For this purpose, the inverse mini-emulsion polymerization of monomer methylmethacrylate(MMA) was performed in the presence of MTBE and in the cyclohexane medium by oil/water/oil. Poly methyl methacrylate/MTBE nanocapsules were synthesized in 0.5, 1, 2 ratios of MTBE to methyl methacrylate (R = MTBE / MMA).
    The effect of changing R values ​​on conversion polymerization, on encapsulation efficiency of MTBE and on the morphology of capsules was investigated. For this purpose, TGA and TEM were used. Changing the R ratio from 0.5 to 2 allowed the capsule to be controlled in the range of 50-500 nm. The start of the MTBE degradation range of 130 ° C increased to 250 ° C due to the presence of the MTBE inside the capsule, and it was possible to start controlling the release of the nucleus by heating and starting at a temperature of 250 ° C. By addition of 1.5% of the capsules to the gasoline, the octane number increased by 5 units.
    According to the results inverse mini-emulsion polymerization is a suitable method for encapsulating and reducing the environmental effects of MTBE by limiting its contact with the environment.
    Keywords: MTBE inverse, miniemulsion, nanocapsul, gasoline octane number, poly methyl metacrylate
  • Arezoo Jafari *, Reza Gharibshahi, Vahid Barkhordari Pages 41-56
    In recent years, with the advancement of nanoscience, many scientists have used nano materials to solve existing problems in various sectors of oil industry. Nanofluids made with these materials can facilitate the separation of oil and gas in a reservoir and increase oil recovery factor compared to current methods. Therefore, in this work, the effect of clay nanoparticles on oil recovery factor was investigated. For this purpose, two different base fluids, water and ethanol, were used to disperse the nanoparticles. The effect of adding clay nanoparticles on viscosity changes and interfacial surface tension was determined. Also, in order to investigate the effect of nanoparticle concentration in the base fluid on the ultimate oil recovery factor, nanofluids with 3 and 5 wt% were prepared. Results show that oil recovery factor increases significantly in these conditions by adding them into the base fluid, though nanofluids included clay nanoparticles have less stability. Also, the effect of these nanoparticles dispersed in water is greater than in ethanol. For example, at 5 wt%, oil recovery factor for water based nanofluid was 49.7% and for ethanol based nanofluid was 46%.
    Keywords: Enhanced oil recovery, Clay Nanoparticles, Viscosity, Interfacial Surface Tension, Stability
  • Omid Moini Jazani*, Maryam Aliakbari, Majid Sohrabian Pages 57-73
    In this study, three different size (100-300-500 µm) of the rubber powder (waste tire) were used in the formulation of epoxy- phenolic adhesive. Rubber powder was modified with grafting method by acrylamide monomer. In order to prevent any loss in properties such as modulus and strength of the adhesive, which is due to the addition of rubber powder to the adhesive, the micro particles of silica were used in formulation of epoxy- phenolic adhesive.  The experiment was designed by Taguchi method, and in the experiment, the effect of the composition of rubber powder, size of rubber powder, composition of silica filler and phenolic resin on mechanical and thermal properties of epoxy adhesives were investigated. To study the mechanical properties of adhesives and adhesion properties, dumbbell-shaped specimens and single edge lap bonds that have been made of metal (stainless steel) to composite (epoxy resin / carbon fiber) were prepared and subjected to tensile test. Thermal stability and interfacial interaction between epoxy and filler in adhesive formulation were explored by thermogravimetric analysis and Fourier transform infrared spectroscopy analyses, respectively.  Tensile test results showed that for lap- joint bonding with the addition of each factor in its optimal level into epoxy adhesive, strength, modulus and toughness increase by 7.5%, 27.56% and 114% respectively in comparison with  the samples bonded with the neat  epoxy adhesive. A significant increase was obtained in thermal stability for formulated adhesive samples compared with neat epoxy adhesive.
    Keywords: Adhesive, Epoxy, Waste tire powder, Silica, Mechanical properties, Thermal stability
  • Fahimeh Derakhshanfard*, Hassan Attari Pages 75-89
    In this research, general performance of Radial basis function (RBF) Artificial neural networks in experimental data on effect of the NiO, WO3, TiO2,ZnO and Fe2O3 nanoparticles in different temperatures and mass fractions on the viscosity of crude oil has been studied. The morphology and stability of the nanoparticles has been analyzed by DLS and TEM analysis, the results showed that the average diameter of the nanoparticles is from 10 to 30 nm which defers for different oxide nanoparticles. The general method for calculating the optimum span of the Isotropic Gaussian function with special algorithm for learning RBF networks, has been presented. This study's results declared that the RBF artificial neural networks, because of having strong academic basis and having the ability to filter the noises, has a good performance. With increase in temperature, the ratio of the viscosity of the nanofluids decreases compering to the viscosity of the basefluid. Also with increase in nanoparticles mass fraction the related viscosity increases boldly. For temperatures higher than 50°C, the related viscosity is less than the viscosity of the basefluid.
    Keywords: nanofluids, viscosity, oxide nanoparticles, Artificial neural networks