فهرست مطالب

پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر - سال سوم شماره 3 (پیاپی 9، پاییز 1398)
  • سال سوم شماره 3 (پیاپی 9، پاییز 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/09/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • فاطمه کارچوبی، مهسا باغبان صالحی*، حسین پهلوانی صفحات 3-38
    موضوع تحقیق

    وجود ضعف در استحکام مکانیکی و عدم پایداری حرارتی هیدروژل ها، سبب ایجاد محدودیت در کاربرد گسترده ی  آن ها در صنایع مختلف شده است. نیاز روز افزون صنعت برای رفع این مسئله و دستیابی به هیدروژل هایی با خواص بهبود یافته، منجر به طراحی و تولید هیدروژل های نانوکامپوزیتی شده است.

    روش تحقیق

    شبکه ی پلیمری هیدروژل های نانوکامپوزیتی در مقایسه با هیدروژل های مرسوم، دارای خواص ارتجاعی و رئولوژیکی بهبود یافته است. از دیگر نکاتی که بر اهمیت مطالعات ساختاری هیدروژل های نانوکامپوزیتی می افزاید، استحکام بالای این مواد در مقابل اعمال نیروی خارجی و همچنین حفظ ساختار آن در برابر افزایش دما است. در این راستا نوع و مقادیر نانوماده، روش ساخت و شکل گیری شبکه ی هیدروژل، نقش قابل توجهی در بهبود خواص فیزیکی، شیمیایی و زیستی هیدروژل ها دارد و البته پارامترهای ذکر شده وابسته به کاربرد هیدروژل های نانوکامپوزیت، متفاوت خواهد بود. که همین امر لزوم تولید هیدروژل های نانوکامپوزیت خیاط دوز(tailor-made) را نشان می دهد. بنابراین آشنایی با گستره ی نانومواد، روش ساخت و شناسایی محصول در کنار اطلاعات کافی در مورد کاربرد این مواد نقش مهمی در تضمین موفقیت این مواد خواهد داشت که این امر مستلزم پژوهش و مطالعات کتابخانه ای جامع و اشراف به فرایندهای پلیمریزاسیون، علوم ریخت شناسی و رئولوژی خواهد بود.

    نتایج اصلی

    در این مقاله مروری، به پیشرفت های علمی در زمینه ی هیدروژل های نانوکامپوزیتی با تمرکز بر انواع آن مبنی بر نوع نانوذرات، ویژگی های آن، روش های ساخت، روش های شناسایی با دیدگاهی نوین در زمینه های رئولوژی، آنالیز حرارتی و ریخت شناسی پرداخته شده است و در نهایت قابلیت کاربرد این مواد در قالب یک جدول جامع در زمینه های متفاوتی چون مهندسی بافت، ازدیاد برداشت نفت، کشاورزی و... گردآوری شده است.

    کلیدواژگان: هیدروژل های نانوکامپوزیتی، نانوذرات، استحکام مکانیکی، پایداری حرارتی، ریخت شناسی، رئولوژی
  • سپیده ویس کرمی*، آرزو جعفری، ابوذر سلیمان زاده صفحات 39-50

    روند رو به رشد مصرف انرژی و افزایش تقاضا برای نفت منجر به اعمال روش هایی برای افزایش بازیافت نفت شده است. از جمله این روش ها می توان به روش های شیمیایی ازدیاد برداشت اشاره کرد. اما عموما تاثیر این روش ها از مقادیر پیش بینی شده توسط مطالعات، نامطلوب تر بوده است. یکی از علل عمده این امر، از دست رفتن ماده فعال سطحی از طریق جذب یا ایجاد رسوب بر روی سطح سنگ است. ترکیب کانی شناسی سنگ مخزن، در تعیین برهم کنش های بین سطح تماس مایع و جامد اثرگذار خواهد بود. این اثر به صورت تغییر در بار سطحی جاذب و تغییر ترشوندگی خواهد بود. در این پژوهش به بررسی اثر جذب ماده فعال سطحی Dioctyl sulfosuccinate sodium salt (AOT) بر روی جاذب سنگ مخزن کربناته آب دوست پرداخته شد. بدین منظور، پس از آماده سازی نمونه های سیال و سنگ، به بررسی جذب ماده فعال سطحی در غلظت های زیر CMC و بیش تر از آن پرداخته شد. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت ماده فعال سطحی در توده فاز مایع، جذب افزایش می یابد، تا در غلظت ppm1200به نقطه اشباع برسد. نتایج مدل سازی نشان داد که ایزوترم تعادلی فروندلیش با میزان  مساوی با 8971/0 به بهترین نحو، رفتار جذب ماده فعال سطحی AOT را پیش بینی و توصیف می کند.

    کلیدواژگان: ماده فعال سطحی، سنگ کربناته، ایزوترم جذب، کشش بین سطحی
  • عبدلله عابدی بفراجرد، حسین جلالی ترشیزی*، رضا شیدپور صفحات 51-60

    هیدروژل ابر جاذب، پلیمری آبدوست با شبکه سه بعدی است که قابلیت جذب و نگهداری مقادیر زیادی آب و محلول های آبی را دارد. از طرفی کیتوسان به عنوان پلیمری زیست تخریب پذیر و غیرسمی با وزن مولکولی بالا بطور گسترده ای در ساخت هیدروژل های ابرجاذب استفاده شده است. در طی این پژوهش، از طریق سنتز نانوهیدروژلی از کیتوسان به همراه آکریلیک اسید، به عنوان مونومر جاذب آب، و نانوذرات نقره، چگونگی و تاثیر افزودن نانوذرات نقره بر ویژگی جذب آب نانوهیدروژل بررسی شد. هیدروژل کیتوسان-آکریلیک اسید با استفاده از روش پلیمریزاسیون رادیکالی ساخته شد و پس از آن نانوهیدروژل کیتوسان- آکریلیک اسید با استفاده از روش فراصوت تهیه شد. نانوهیدروژل ساخته شده با درصدهای 0، 1، 5/1 و 2 درصد بر سطح نمونه های کاغذ تیمار شد. جهت تعیین گروه های عاملی از آنالیز طیف سنجی مادون قرمز FTIR و همچنین برای تعیین اندازه ذرات از روش پراکندگی نور دینامیکی (DLS) استفاده شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) پوشش هیدروژل بر سطح کاغذ را نشان داده و آزمون های جذب آب اثبات کرد که، با افزودن نانوهیدروژل بر سطح کاغذ میزان جذب آب از 3/64% در نمونه شاهد به 5/95% در نمونه کاغذی اندودشده با 5/1 درصد هیدروژل، افزایش یافت. در آنالیز DLS اندازه ذرات بین 50 تا 100 نانومتر نیز مشاهده گردید و آنالیز FTIR گروه های عاملی موجود در نانوهیدروژل را تاییدکرد. در نهایت نشان داده شد که افزودن نانوذرات نقره، کمک موثری به تشکیل ساختار سه بعدی هیدروژل کرده و خاصیت جذب آب را در نانوهیدروژل از g/g ±10 130 به g/g ±7 232 افزایش داد.

    کلیدواژگان: کیتوسان، آکریلیک اسید، نانونقره، نانوهیدروژل، جذب آب
  • غلامرضا علیزاده، رضا عابدینی*، احمد رحیم پور، مینا خیرطلب صفحات 69-79
    در این مطالعه به بررسی غشاهای شبکه ترکیبی سه جزئی متشکل از Pebax®1657، PEG200 و چارچوب های MIL-53(Al) در جداسازی گاز CO2 پرداخته شد و اثرات ناشی از درصدهای وزنی متفاوت PEG-200 و MIL-53(Al)  در شبکه پلیمر Pebax بر ساختار، تراوایی گاز و انتخاب پذیری غشاها مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی ساختاری، میزان بلورینگی و خواص حرارتی غشاهای ساخته شده، به ترتیب از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) و آزمون گرماوزن سنجی (TGA) استفاده شد. همچنین آزمون طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) جهت بررسی پیوندهای ایجاد شده در ساختار غشاها مورد استفاده قرار گرفت. در تصاویر میکروسکوپی، پخش مناسب ذرات در شبکه پلیمر و سطح یکپارچه غشاها قابل رویت بوده که نشان از ساختاری مناسب و تا حد امکان عاری از عیوب می باشد. نتایج آزمون های حرارتی حاکی از افزایش بلورینگی و دمای گذر شیشه ای در ازای افزودن ذرات MIL-53 بوده است. تراوایی گازهای خالص دی اکسید کربن و متان در دمای °C30 و در محدوده فشاری 2 تا bar 10در غشاهای Pebax خالص، Pebax/PEG و Pebax/PEG/MOF مورد اندازه گیری قرار گرفت. نتایج گازتراوایی نشان داد، در فشار bar 10، تراوایی گاز دی اکسید کربن از barrer 6/133 در غشای خالص به barrer 7/311 (به میزان 134%) در غشای حاوی 10 درصد وزنی MIL-53 افزایش یافت.
    کلیدواژگان: غشا شبکه ترکیبی، Pebax®1657، PEG، چارچوب آلی-فلزی، جداسازی گاز
  • حسن معلم، امید معینی جزنی*، مجید سهرابیان، مریم علی اکبری صفحات 81-92
    در این پژوهش، هدف طراحی و بهینه سازی فرمولاسیون چسب های پایه اپوکسی جهت اتصال قطعات کامپوزیتی به فلز است. بیشترین کاربرد این اتصالات در صنایع هوافضا با هدف کاهش تمرکز تنش در یک نقطه می باشد. مفاصل، جهت اتصال تک لبه شامل فلز از جنس فولاد ضد زنگ با کد تجاری 316L و کامپوزیت از جنس رزین اپوکسی/ الیاف کربن می باشند. در این پژوهش اثر سه نوع افزودنی: شامل پرکننده (میکروذرات آلومینا)، نایلون6،6 و رزین فنولیک (نوع رزول)، بر خواص مکانیکی و حرارتی چسب اپوکسی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمون کشش نشان داد که افزایش پرکننده آلومینا سبب افزایش میزان استحکام کششی و برشی همپوشان چسب به ترتیب در نمونه های دمبلی و اتصال تک لبه می گردد. همچنین این آزمون نشان داد که افزایش میزان نایلون6.6 هنگامی که از حدی بالاتر رود سبب افت شدید استحکام کششی و برشی همپوشان به ترتیب در هر دو نمونه دمبلی و اتصال تک لبه چسب ها می گردد. این حد وابسته به ظرفیت حلقه های اپوکسی برای جذب هیدروژن های آمیدی است. در بخش نتایج آزمون بررسی خواص حرارتی (TGA) مشخص گردید که افزایش میزان فنولیک سبب بهبود پایداری حرارتی می گردد. مناسب بودن نتایج آزمون کشش در دمای بالا نیز تاثیر افزایش رزین فنولیک است. در انتها خواص چسب ساخته شده با چسب مشابه (UHU) مقایسه گردید. نتایج در حالت اتصال تک لبه فلز به کامپوزیت نشان از برتری چسب ساخته شده در این پژوهش را دارد.
    کلیدواژگان: چسب اپوکسی، نایلون 6، 6، فنولیک، خواص مکانیکی، پایداری حرارتی
  • مهدی شیوا*، محمد لاخی، احمد سلیمانی صفحات 93-105

    در این پژوهش استفاده از پودر حاوی آلومینا و سولفات آلومنیوم تولید شده بر هدایت گرمایی فرمول لاستیک بیوتیل پرشده با دوده مورد استفاده در آمیزه بلادر پخت تایر مورد مطالعه قرار گرفته است. پرکننده فوق به مقدار 1.5 قسمت وزنی به آمیزه بلادر افزوده شد. آمیزه ها در مخلوط کن داخلی تهیه و رفتار پخت، خواص مکانیکی، زمانمندی و خواص هدایت حرارتی آنها  اندازه گیری گردید. برای تعیین ضریب نفوذ حرارتی لاستیک از روش غوطه ور سازی نمونه با ابعاد مشخص در حمام روغن و شبیه سازی کامپیوتری انتقال حرارت با استفاده از یک رویکرد حدس و خطا استفاده شد. مشاهده شد ضریب نفوذ حرارتی آمیزه فوق از متوسط  1×10-7 m/s به متوسط 1.3×10-7 m/s افزایش می یابد، بدون آنکه خواص مکانیکی و زمانمندی این آمیزه تغییر چندانی کند. در ادامه با انتخاب یک هندسه ساده شده از نیمرخ تایر در شرایط نزدیک به شرایط پخت تایر و با شبیه سازی رفتار انتقال حرارت دو بعدی در نرم افزار ABAQUS تاثیر این افزایش در ضریب نفوذ حرارتی بلادر بر تغییرات دمایی قسمتهای داخلی تایر مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهده شد دمای نقاط مختلف تایر با افزایش در هدایت گرمایی لاستیک بلادر تحت تاثیر قرار گرفته و افزایش می یابد،  لذا پتانسیل مناسبی برای کاهش زمان پخت تایر فراهم آورده می شود.

    کلیدواژگان: بلادر، پخت ناهمدما، ضریب نفوذ حرارتی، تاریخچه دما-زمان، آلومینا، رویه تایر
|
  • Fatemeh Karchoubi, Mahsa Baghban Salehi*, Hossein Pahlevani Pages 3-38
    Research Subject

    Poor mechanical strengths and lack of thermal stabilities of hydrogels confine their extensive practical applications in many areas. The growing scientific need for solving this problem and achievement to the hydrogels with improved properties has led to the design and production of the nanocomposite hydrogels.

    Research Approach

    The polymeric networks of nanocomposite hydrogels compared to the ordinary hydrogels have improved elasticity and rheological properties. Other points that increase the importance of structural studies of nanocomposite hydrogels are the high strength of these materials versus the application of external forces, as well as maintaining its structure against increasing of temperatures. In this regard, the type and amounts of nanomaterial, the preparation method and formation of hydrogel network have a significant role in improving the physical, chemical and biological properties of hydrogels, and, it must be noted that these parameters will depend on the application of nanocomposite hydrogels. This also highlights the need for the production of nanocomposite tailored hydrogels. Therefore, orientation of the range of nanomaterials, the preparation method and product identification, along with sufficient information on the application of these materials, might have an important role in ensuring the success of these materials, requiring comprehensive library research and studies on polymerization processes, morphology and rheology.

    Main Results

    In this review article, the scientific advances in the field of nanocomposite hydrogels, focusing on its types based on the type of nanoparticles, its properties, preparation methods, identification methods with a new perspective on rheology, thermal analysis and morphology is investigated. Finally, the applicability of these materials is collected in a comprehensive table in various fields such as tissue engineering, enhanced oil recovery, agriculture, and etc… .

    Keywords: Nanocomposite hydrogel, Nanoparticles, mechanical strength, thermal stability, morphology, rheology
  • Sepideh Veiskaramia*, Arezoo Jafari, Aboozar Soleymanzadehb Pages 39-50

    The enhancement of energy consumption and increasing demand for oil have led to using improve oil recovery methods. Chemical enhanced oil recovery methods are among the most widly used techniques. Generally, the effect of these methods has been less than the predicted amounts by the studies. One of the leading causes, could be due to the loss of chemicals by adsorption or precipitation of the surfactants on the rock surface. The mineralogy of the reservoir rocks is effective in determination of the interaction between the bulk of the fluid phase and rock surface. This effect will change in the surface charge of the adsorbent and wettability alteration of the rocks.

    Research subject

    In this study, the adsorption of AOT surfactant on the surface of a hydrophilic adsorbent of carbonate reservoir was investigated. For this purpose, after the preparation of rock and fluid samples, the adsorption of surfactant was investigated in concentrations below and above the CMC.

    Research approach

    Batch adsorption experiments were conducted to measure the amount of surfactant adsorption on the surface of carbonate rock. First different concenteration of AOT solutions and carbonate rock as adsorbent were combined. After 48h, the equilibrium concentrations were determined by using the calibration curve and. The amount of surfactant adsorption can be calculated by knowing the maqnitudes of equilibrium and initial concentration of the surfactant.

    Main results

    The results showed that by increasing the concentration of the surfactant in the liquid phase, the adsorption increased until it reaches a saturation point at the concentration of 1200 ppm. The results of the modeling showed that the Freundlich equilibrium isotherm with 1⁄n equals 0.8971 was the best fit for describing the prediction of AOT surfactant adsorption behaviour.

    Keywords: Surfactant, Carbonate Rock, Adsorption Isotherm, Wettability alteration
  • Abdollah Aabedi Bafrajerd, Hossein Jalali Tarshizi*, Reza Shidpoor Pages 51-60

    Superabsorbent hydrogel is a three-dimensional hydrophilic polymer that can absorb and store large amounts of water and aqueous solutions. Among various polymers, the chitosan as a biodegradable and non-toxic polymer has been widely used to fabricate superabsorbent hydrogels. In this research, a nanohydrogel composed of chitosan, acrylic acid and silver nanoparticles was synthesized by radical polymerization at 60 Co. Swelling properties of chitosan/nanosilver/acrylic acid hydrogel were studied and then this hydrogel was treated under  ultrasonication. Finally, this hydrogel was coated on paper samples with 0, 1, 1.5 and 2 w % of hydrogel. FTIR spectroscopy was used to determine the functional groups and dynamic light scattering method (DLS) was applied to identify the size of hydrogel’s nano and microparticles The images of scanning electron microscopy (SEM) showed a hydrogel coating on paper and water stress tests revealed that adding 0% to 1.5 w% of nanohydrogels to the paper surface increased its water absorption from 64.3% to 95.5%. Other worthwhile fact was that that the addition of silver nanoparticles effectively facilitated the formation of a three-dimensional hydrogel structure and increased the water swelling in nanohydrogel from 130 ± 10 g / g to 232 ± 7 g / g.

    Keywords: Chitosan, acrylic-acid, Nanohydrogel, Nanosilver, Water-Uptake
  • Gholamreza Alizadeh, Reza Abedini*, Ahmad Rahimpour, Mina Kheirtalab Pages 69-79
    In this study, the three phase mixed matrix membranes comprising Pebax®1657, PEG-200 and MIL-53(AL) nanoparticles were evaluated for CO2 gas separation. The effect of various PEG-200 and MIL-53(AL) concentration within the pebax polymeric matrix on the structure, gas permeability, and selectivity of the membranes was investigated. To study the cross-sectional morphology, crystallinity and thermal properties of the synthesized membranes, scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA) were utilized, respectively. Fourier transform infrared (FT-IR), was also carried out to identify the formation of the chemical bonds in the membrane. SEM images demonstrated a uniform cross-section and admissible dispersion of nanoparticles. The results of the thermal analyses indicated an increase in crystallinity and Tg in presence of MIL-53 particles. Permeation of pure gases (i.e., CO2, CH4) through the prepared neat Pebax®1657, the blended Pebax/PEG-200 and the Pebax/PEG-200/MIL-53(AL) mixed matrix membrane was measured at the pressure of 2–10 bar and temperature of 30 °C. The results showed that at the pressure 10 bar, the CO2 gas permeation from 133.36 barrer in pure membrane increased to 311.7 barrer (134%) in a membrane containing 10%wt MIL-53.
    Keywords: mixed matrix membrane, Pebax®1657, PEG, MOF, gas separation
  • Hassan Moallem, Omid Moini Jazani*, Majid Sohrabian, Maryam Aliakbari Pages 81-92
    The aim of this project is the design and optimization of the formulation of epoxy adhesives for bonding metal to composite parts . This joints are most widely used in the aerospace industry to reduce stress concentration at a point. Joints for single edge joining include stainless steel metal with commercial code 316L and composite epoxy resin / carbon fiber. In this study, the effect of three types of additives: filler (alumina micro-particles), nylon 6.6 and phenolic resin (type of resin) on the mechanical and thermal properties of epoxy adhesive have been investigated. Tensile test results showed that increasing alumina fillers increases the tensile strength and overlap shear adhesive samples, respectively, in single lap joint dumbbells and elderly. The test showed that increasing the amount of nylon 6.6 When is slightly higher due to a sharp drop in tensile strength and overlap shear, respectively, in both cases is dog bone and single lap joint adhesives. This limit depends on the capacity epoxy ring to absorb amide hydrogens. The test for thermal properties (TGA) showed that increasing the amount of phenolic thermal stability is improved. High-temperature tensile test of appropriateness is also increasing impact of phenolic resin. Finally, the adhesive properties built with the similar adhesive (UHU) were compared. Results showed superiority in single lap joint metal to composite adhesive is made in the study.
    Keywords: Epoxy Adhesive, Nylon 6, 6, Phenolic, Mechanical properties, Thermal stability
  • Mehdi Shiva*, Mohammad Lakhi, Ahmad Soleymani Pages 93-105

    In this study, the use of a mixed alumina and aluminum sulfate powder has been studied on thermal conductivity of butyl rubber filled with carbon black used as curing tire bladder composite. The aforementioned filler was added to 1.5 parts by weight in a blend of Bladder. The mixtures were prepared in the internal mixer and the curing characteristics, the mechanical and aging properties as well as the heat conductivity behavior of the composites were measured. To determine the coefficient of thermal diffusion of rubber composite, an immersion sampling method with specific dimensions in the oil bath and heat transfer computer simulation was used using a guessing and error approach. It was observed that the thermal diffusion coefficient of the above mixture rises from an average of 1×10-7 m2/s  to an average of 1.3 ×10-7 m2/s  without changing the mechanical and aging properties of the mixture. In the following, by choosing a simplified geometry from the tire profile in the near-tire curing conditions, and by simulating heat transfer behavior through the ABAQUS software, the effect of this increase on the thermal diffusivity coefficient was studied on the temperature variations of the inner parts of the tire. It was observed that the temperature of the different points of  tire is affected by increasing the thermal conductivity of the tire, Therefore, there is a good potential for reducing the curing time of the tire.

    Keywords: bladdr, non-isothermal curing, heat diffusivity coefficient, temperature-time history, Alumina, tire tread