فهرست مطالب

علوم و تکنولوژی پلیمر - سال سی و پنجم شماره 4 (پیاپی 180، مهر و آبان 1401)

دو ماهنامه علوم و تکنولوژی پلیمر
سال سی و پنجم شماره 4 (پیاپی 180، مهر و آبان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/15
  • تعداد عناوین: 6
|
  • هاجر جمشیدی، هنگامه هنرکار*، مینا مشهدی فراهانی، شکوفه حکیم صفحات 298-337

    پلی یورتان ها که حاصل واکنش پلی ال ها با دی ایزوسیانات ها هستند، به دلیل تنوع در مواد اولیه، روش های سنتز و خواص، به عنوان یکی از پرمصرف ترین پلیمرها در صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفته اند. افزایش تقاضا، توجه بازار جهانی و استفاده فراوان از این دسته از پلیمرها موجب مصرف عمده پلی ال ها و ایزوسیانات های پایه نفتی شده است. با وجود این، چالش های زیست محیطی و بحران نفت خام، علاقه مندی به منابع تجدیدپذیر و سامانه های بر پایه شیمی سبز را افزایش داده است. در این راستا، یکی از چالش برانگیزترین اهداف در سنتز پلی یورتان ها، جایگزینی سامانه های حلال پایه برای کاهش انتشار ترکیبات آلی فرار و استفاده از آب به عنوان حلال ایمن بوده که موجب توسعه پلی یورتان های آب پایه (waterborne polyurethanes, WPUs) شده است. سمی نبودن، اشتعال ناپذیری، سازگاری با محیط زیست و نیز کاربردهای گسترده WPUها در پلاستیک ها، رنگ ها، چسب ها، جوهر چاپ و زیست مواد از دلایل توسعه روزافزون این سامانه های آب پایه بوده است. از آنجا که فقط چند دی ایزوسیانات به طور تجاری برای سنتز WPUها دردسترس است، بنابراین انتخاب پلی ال تعیین کننده خواص در WPUهاست. روغن های طبیعی، پلی ساکاریدها، چوب و پروتیین ها پرمصرف ترین مواد اولیه تجدیدپذیر بوده که از این میان، روغن های گیاهی یکی از سودمندترین گزینه ها هستند و به طور گسترده بررسی شده اند. امروزه زیست پلی ال های حاصل از روغن های گیاهی مختلف در سنتز WPUها اهمیت یافته اند. اما، روغن کرچک به دلیل دسترس پذیری، زیست تخریب پذیری و داشتن گروه های هیدروکسیل ذاتی ، به عنوان جایگزین عالی پلی ال های پایه نفتی توجه ویژه ای را جلب کرده و در ترکیبات پلی یورتانی به کار گرفته شده است. از این رو، با توجه به اهمیت زیست پلی ال ها و نقش آن ها در توسعه WPUهای بر پایه روغن های گیاهی، در مقاله حاضر ضمن معرفی مختصر WPUها و روش های سنتز آن ها، خواص WPUهای بر پایه روغن کرچک به عنوان تنها پلی ال طبیعی، مرور شده و برخی از رویکردهای سبز برای دستیابی به تصویری واضح از کاربردهای فعلی و بالقوه آینده WPUهای بر پایه این روغن در زمینه های مختلف معرفی شده اند.

    کلیدواژگان: پلی یورتان آب پایه، منبع تجدیدپذیر، روغن گیاهی، روغن کرچک، زیست تخریب پذیری
  • مهدی پیامنی، حسن فتاحی*، مهرزاد مرتضایی صفحات 338-351

    فرضیه :

     رزین بیس مالییمید با توجه به خواص مکانیکی و گرمایی مطلوبی که دارد می تواند در آمیخته سازی با رزین اپوکسی، خواص آن را بهبود دهد. رزین 4،'4-بیس (مالییمیدو)دی فنیل متان (BMI) یکی از انواع رزین های بیس مالییمید است که قابلیت پخت هم زمان با رزین اپوکسی به وسیله عامل های پخت آمینی را دارد و می توان با چرخه پخت یکسان هر دو رزین را پخت کرد و از این راه خواص فیزیکی-مکانیکی کامپوزیت های بر پایه اپوکسی را بهبود داد.

    روش ها:

     رزین BMI با تشکیل ماده حدواسط آمیک اسید از واکنش مالییک انیدرید و متیلن دی آنیلین (MDA) در حلال استون، سپس آبگیری از آمیک اسید تشکیل شده و بستن حلقه ایمیدی با استفاده از استیک انیدرید و سدیم استات و کاتالیزگر تری اتیل آمین سنتز شد. محصول با  طیف نمایی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR) و رزونانس مغناطیسی هسته هیدروژن (1HNMR) شناسایی شد. رزین بیس مالییمید سنتزشده در مقادیر مختلف 10، 20، 30 و 40phr  با رزین اپوکسی DGEBA و عامل پخت MDA مخلوط شد و کامپوزیت تهیه شده از آمیخته DGEBA/BMI و الیاف شیشه و عامل پخت MDA مورد آزمون استحکام برشی بین لایه ای (ILSS) قرار گرفت. در نهایت، رفتار پخت آمیخته DGEBA/BMI با نسبت 30phr  از BMI و نسبت 38.294phr از عامل پخت MDA، با آزمون های گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC) دما ثابت و طیف نمایی FTIR بررسی شد.

    یافته ها: 

    رزین 4،'4-بیس (مالییمیدو) دی فنیل متان برای بهبود خاصیت ILSS کامپوزیت تهیه شده بر پایه رزین اپوکسی DGEBA و الیاف شیشه استفاده شد. مقدار 52.50MPa به عنوان مقدار بهینه ILSS در دمای 78 درجه سلسیوس برای آمیخته دارای 30phrبیس مالییمید به دست آمد. رزین های DGEBA و BMI به ترتیب قابلیت پخت 73 و %78 به طور هم زمان با عامل پخت MDA در دمای 160درجه سلسیوس  را دارند، به طوری که تکمیل پخت آمیخته اپوکسی و بیس مالییمید به دمای بیش از  160 درجه مانند دمای 20 درجه سلسیوس نیاز دارد.

    کلیدواژگان: بیس مالئیمید، اپوکسی، آمیخته، پخت، استحکام برشی بین لایه ای
  • مهدی توحیدیان، سیف الله جمال پور*، کوثر عرب، مبینا توحیدیان، خدیجه هوشیاری، شهرزاد رحمانی صفحات 352-365

    فرضیه:

     اصلاح پلیمرهای آروماتیک مانند پلی اتر اتر کتون (PEEK) طی فرایند سولفون دارشدن می تواند موجب تهیه غشاهای پلی الکترولیت برای جایگزینی غشای تجاری نفیون در پیل های سوختی متانول مستقیم (DMFC) شود. مقدار رسانندگی پروتون در این غشاها، با افزایش گروه های سولفونیک اسید به ساختار افزایش می یابد. با توجه به نقش موثر نانومواد در کاهش مقدار تراوایی در نانوکامپوزیت ها، افزودن نانورس مونت موریلونیت آلی اصلاح شده (OMMT) به ماتریس های سولفون دارشده با درجه سولفون دارشدن بهینه، می تواند موجب کاهش تراوایی متانول و افزایش کارایی پیل شود.

    روش ها:

     PEEK با سولفوریک اسید در حالت محلول، با درجه های مختلف سولفون دار شد. طبق پارامتر گزینش پذیری، درجه بهینه سولفون دارشدن (DS) معرفی شد. برای تهیه غشاهای نانوکامپوزیتی، با استفاده از همزن فراصوتی، مقادیر متفاوتی از نانورس های مونت موریلونیت (MMT) و OMMT (شامل Cloisite 15A و MMT اصلاح شده با کیتوسان (CMMT) به پلیمر سولفون دارشده با درجه سولفون دارشدن بهینه اضافه شد و مخلوط حاصل قالب ریزی شد. ظرفیت تبادل یونی غشاها اندازه گیری شد. پارامتر گزینش پذیری (نسبت رسانندگی پروتون به تراوایی متانول) در دمای 25 درجه سلسیوس و عملکرد پیل سوختی متانول مستقیم (direct methanol fuel cell, DMFC) در دمای 25 درجه سلسیوس و خوراک 1M  از متانول برای غشاهای مختلف تعیین و نتایج با نفیون 117 مقایسه شد.

    یافته ها:

     درجه گزینش پذیری بهینه برای پلی اتر اتر کتون سولفون دارشده (SPEEK) به مقدار %62 تعیین شد. الگوهای پراش پرتو X تایید کرد، نانورس ها در ساختار نانوکامپوزیت ها در مقادیر کم (wt %1) ورقه ای شده اند. مقدار رسانندگی پروتون و تراوایی متانول و نیز آزمون عملکرد نشان داد، غشای نانوکامپوزیتی بر پایه SPEEK/CMMT بیشترین مقدار حداکثر چگالی توان تولید انرژی را در مقایسه با سایر غشاهای نانوکامپوزیتی یا نفیون 117دارد. بر این اساس غشاهای پلی الکترولیت SPEEK/CMMT برای کاربردهای پیل سوختی متانولی نویدبخش است.

    کلیدواژگان: پیل سوختی، غشای پلی الکترولیت، پلیمرهای آروماتیک، مونت موریلونیت، رسانندگی پروتون
  • مریم طهماسب پور*، لیلا ثنایی، مریم نوری صفحات 366-378

    فرضیه:

     از میان آلاینده های مختلف موجود در آب طبیعی، آرسنیک به دلیل سمیت زیاد، از اهمیت بیشتری برخوردار است. جذب سطحی یکی از کاراترین روش ها برای حذف این آلودگی از جریان های آب آلوده به آن است. از جمله جاذب های آرسنیک می توان به نانوکامپوزیت های زیولیتی اشاره کرد. جاذب های پودری به دلیل ایجاد مشکلاتی از قبیل گرفتگی صافی ها، افت فشار زیاد پمپ و نیز مشکل جداسازی از آب در سامانه های صنعتی کارایی چندانی ندارند.

    روش ها:

     برای حل مشکل نام برده، پودرهای نانوکامپوزیت زیولیتی با روش ژل سازی به کمک پلیمر کیتوسان و با سه نوع محلول اتصال دهنده عرضی شامل سدیم هیدروکسید، سدیم تری پلی فسفات و سدیم هیدروکسید + سدیم تری پلی فسفات دانه ای شکل شدند. اثر عوامل مختلفی از قبیل نوع و نسبت اولیه مواد در شکل گیری دانه های تهیه شده بررسی شد.

    یافته ها: 

    نتایج نشان داد، دانه ها در محلول اتصال دهنده عرضی سدیم هیدروکسید + سدیم تری پلی فسفات و نسبت اولیه بهینه 1 به 3 از کیتوسان به نانوکامپوزیت شکل ظاهری مناسب تر و استحکام بهتر و نیز عملکرد بهتری در جذب آرسنیک دارند. به منظور تایید و توجیه نتایج فوق از آزمون های SEM، BET و AAS استفاده شد. پارامترهای عملیاتی مختلف از قبیل مقدار غلظت اولیه آرسنیک و دز جاذب در بازده جذب این دانه ها بررسی و مقدار بهینه دز جاذب 1g/L، با بازده 92.9 تعیین شد. در ادامه ، برای دستیابی به اطلاعات بیشتر درباره نحوه جذب و تعیین حداکثر ظرفیت جاذب، هم دما های Langmuir و Freundlich برای جاذب های دانه ای بررسی شدند. بیشترین ظرفیت جذب 7450.7mg/g به دست آمد و نتایج نشادن داد، هم دمای Freundlich هم خوانی بهتری با داده های به دست آمده دارد.

    کلیدواژگان: جاذب، پلیمر کیتوسان، زئولیت طبیعی، آرسنیک، دانه
  • مریم عزیزی، عفت یاحقی*، مهدیه رمضانی بختیاری، مجتبی نوحه خوان صفحات 380-390

    فرضیه : 

    استفاده از پلاسما به عنوان روشی برای تغییرات سطوح پلیمر کاربردهای فراوانی دارد. استفاده از پلاسمای سرد فشار جو به دلیل سادگی و نیازنداشتن به تجهیزات گران قیمت، از برتری های بیشتری نسبت به سایر روش های پلاسما، لیزر و پرتو X برخوردار است. با توجه به کاربردهای زیاد پلی اتیلن در صنعت، بررسی تغییرات آن در اثر پلاسمای سرد می تواند موثر باشد.

     روش ها: 

    در این پژوهش، از پلاسمای تخلیه سد دی الکتریک (DBD) فشار جو برای افزایش ماهیت آب گریزی پلی اتیلن کم چگالی (LDPE)، استفاده شد. پس از مطالعه طیف گسیل نوری (OES) پلاسمای تولید شده، آثار آن در تغییرات سطحی و عمقی همچون شکل شناسی سطح، ترکیب شیمیایی و ساختار بلوری پلیمر با میکروسکوپی الکترونی پویشی گسیل میدانی (FE-SEM)، طیف نمایی زیرقرمز تبدیل فوریه بازتاب کلی تضعیف شده (ATR-FTIR)، پراش پرتو X (XRD) و طیف نمایی طول عمر پوزیترون (PALS) مطالعه شد. همچنین از آزمون زاویه تماس به منظور بررسی تغییرات در آب گریزی پلیمر استفاده شد.

    یافته ها:

     از داده های ATR-FTIR و XRD مشخص شد، تابش پلاسما به مدت s 180 در محدوده عمق چند نانومتری سطح پلی اتیلن اثر داشته است و تغییر شایان توجهی در پیوندهای شیمیایی و ساختار بلوری پلیمر ایجاد نمی کند. به عبارتی می توان از تابش پلاسما برای اصلاح نانومتری سطح استفاده کرد. از طرفی تصاویر SEM نشان می دهد، تابش پلاسما سطح صاف پلیمر اولیه را به سطحی پر از منافذ تبدیل می کند. نتایج آزمون زاویه تماس ضمن تایید این موضوع، بیشترشدن آب گریزی پلیمر پس از تابش پلاسما را نشان می دهد. نتایج طیف نمایی PALS نیز نشان می دهد، در عمق های میکرومتری به دلیل افزایش ناگهانی دما هنگام تابش پلاسما، حجم آزاد ماده به دلیل ترکیب تک حفره ها با یکدیگر، بزرگ تر می شود.

    کلیدواژگان: پلاسما، پلیمر، پلی اتیلن، طیف سنجی، طیف سنجی عمر سنج پوزیترون
  • محمدرضا جوزق کار، فرشید ضیایی*، امیر سپهریان آذر، شهرام مهدی پور عطائی صفحات 392-403

    فرضیه: 

    یکی از پارامترهای مهمی که در سنتز پلیمرهای وینیلی، نقش بسزایی بر خواص فیزیکی-مکانیکی محصول نهایی دارد، نظم فضایی مونومرها درون زنجیر پلیمری است. پلی متیل متاکریلات یکی از پلیمرهای مهم صنعتی به شمار می رود که نحوه سنتز آن می تواند اثر عمده بر این پارامتر و در نهایت خواص نهایی داشته باشد. از عواملی که اثر شایان توجهی بر آرایش فضایی این پلیمر دارد، دمای واکنش است.

     روش ها:

     پلی متیل متاکریلات با پلیمرشدن رادیکالی آزاد توده ای-گرمایی در سه دمای مختلف 50، 150 و 250 سنتز شد. طیف نمایی رزونانس مغناطیسی هسته مهم ترین ابزاری است که برای بررسی نظم فضایی می توان به کار گرفت. آرایشمندی پلی متیل متاکریلات با در نظرگرفتن شکافت پروتون گروه آلفا-متیل و شکافت کربن گروه آلفا-متیل و کربونیل به کمک طیف نمایی پروتون (1HNMR) و کربن (13CNMR) در حلال های کلروفرم و تتراهیدروفوران دوتریم دار مطالعه شد. گمارش تمام توالی فضایی پیک های پروتون آلفا-متیل به شکل توالی سه تایی و پیک های کربن آلفا-متیل و کربن کربونیل به شکل پنج تایی به کمک  طیف نمایی تشدید مغناطیسی هسته مایع انجام شد. مدل های آماری برنولی و مارکوف مرتبه اول برای نمونه های سنتز شده محاسبه و با نتایج تجربی مقایسه شد.

    یافته ها:

     نتایج نشان می دهد، احتمال افزایش توالی های مزو (Pm) با افزایش دمای پلیمرشدن، افزایش می یابد. مقادیر احتمال وجود توالی مزو برای پلی متیل متاکریلات سنتزشده در دماهای 50، 150 و 250 سلسیوس به ترتیب 0.203، 0.274 و 0.356 تعیین شد. در نهایت اثر آرایشمندی پلی متیل متاکریلات بر دمای گذار شیشه ای با گرماسنجی پویشی تفاضلی بررسی شد. نتایج نشان داد، پلی (متیل متاکریلات) سنتزی در دماهای 50، 150 و 250 به ترتیب دارای دمای گذار شیشه ای 126.0، 125.1و 102.9 درجه سلسیوس هستند.

    کلیدواژگان: پلی متیل متاکریلات، ریز ساختار، نظم فضایی، طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته، پلیمرشدن رادیکالی آزاد
|
  • Hajar Jamshidi, Hengameh Honarkar *, Mina Mashhadi Farahani, Shokoufeh Hakim Pages 298-337

    Polyurethanes, mainly synthesized by addition reactions of polyols with diisocyanates, have been considered as the most widely used polymers in various industries due to the variety of raw materials, synthetic methods and properties. The high demand, the significant share of the world market and the abundant use of this category of polymers have involved the major consumption of petroleum-based polyols and diisocyanates. Nonetheless, environmental challenges and the crude oil crisis have led to greater interest in renewable resources and systems based on green chemistry. Today, with the synthesis of waterborne polyurethanes) WPUs) and the use of water as a safe solvent, the release of volatile organic compounds and the production of solvent-based systems have been prevented to a considerable extent. The non-toxicity, non-flammability, environmentally friendly, and the wide applications of WPUs in plastics, paints, adhesives, printing ink and biomaterials are among the reasons for further development of these water-based systems. Because there are only a few commercially available diisocyanates in the synthesis of WPUs, it is the choice of polyol which may determine the WPUs properties. The most convenient renewable raw materials are natural oils, polysaccharides, wood and proteins, and vegetable oils which are the most beneficial options and have been widely studied. Today bio-polyols obtained from different vegetable oils have become vital in the synthesis of WPUs. However, castor oil has attracted special attention, as an excellent substitute for petroleum-based polyols and has been used in polyurethane compounds due to its availability, biodegradability and inherent hydroxyl groups. Considering the importance of bio-polyols and their role in the development of vegetable oil-based WPUs, in this article, while briefly introducing WPUs and their synthetic methods, the properties of WPUs based on castor oil, as the only natural polyol, are reviewed. Some green approaches to acquire a clear picture of the current and potential future applications of WPUs based bio-polyols in various fields are introduced.

    Keywords: waterborne polyurethane, renewable resource, vegetable oil, castor oil, biodegradability
  • Mahdi Payamani, Hassan Fattahi *, Mehrzad Mortezaei Pages 338-351

    Hypothesis: 

    Bismaleimide resin, due to its favorable mechanical and thermal properties, can improve the properties of epoxy resin. 4,4'- Bis(maleimido)diphenylmethane resin (BMI) is one of bismaleimide resins that can be cured simultaneously with epoxy resin by amine curing agents and both resins can be cured with the same curing cycle. This improves the physical-mechanical properties of epoxy-based composites.

    Methods

    BMI resin was synthesized using the reaction between maleic anhydride and 4,4'-diaminodiphenyl methane in acetone to form an intermediate of amic acid. The dehydration of the amic acid was carried out to form an imide using acetic anhydride, triethylamine and sodium acetate. The product was characterized by FTIR and 1H NMR spectroscopy techniques. The synthesized resin was blended with DGEBA epoxy resins in different amounts of 10, 20, 30 and 40 phr. Next, the blends were cured by 4,4'-diaminodiphenyl methane as a curing agent, and the composites were prepared from the blends and glass fibers. The interlaminar shear strength (ILSS) of the prepared composites was measured as a key parameter of composites. The curing behavior of epoxy/bismaleimide blend was investigated using isothermal differential scanning calorimetry (DSC) and FTIR spectroscopy.

    Findings

    4,4'-Bis(maleimido)diphenylmethane resin was used to improve ILSS properties of the composite prepared based on DGEBA epoxy resin and glass fibers. The value of 52.50 MPa was obtained as the optimum value of ILSS at 78°C for the mixture with 30 phr of bismaleimide. DGEBA and BMI resins have the ability to simultaneously cure by 73% and 78% using MDA curing agent at 160°C. Full curing of the epoxy and bismaleimide mixture requires a temperature higher than 160°C, such as 220°C.

    Keywords: Bismaleimide, epoxy, blend, curing, ILSS
  • Mahdi Tohidian, Seifollah Jamalpour *, Kosar Arab, Mobina Tohidian, Khadijeh Houshyari, Shahrzad Rahmani Pages 352-365

    Hypothesis:

     The modification of aromatic polymers, such as poly(ether ether ketone) (PEEK), by sulfonation modification, can result in fabricating polyelectrolyte membranes (PEMs) as the alternatives to Nafion for direct methanol fuel cell (DMFC) applications. Due to the effective role of nanomaterials in reducing the permeability in nanocomposites, the addition of natural or organically modified montmorillonite (OMMT) nanofillers to the sulfonated matrix, with the optimum degree of sulfonation, can reduce the methanol permeability and increase the efficiency of the fuel cell.

    Methods

    PEEK was sulfonated at various degrees in solution state. Based on the selectivity parameter, the optimal degree of sulfonation (DS) was introduced. In order to prepare the nanocomposite membranes, using an ultrasonic agitator, different amounts of MMT and OMMT (Cloisite 15A or chitosan-modified MMT (CMMT)) nanofillers were added to the sulfonated polymer with optimal DS, and the resulting mixtures were cast. In this study, the ion exchange capacities (IEC) of the membranes were measured. The selectivity parameter (as ratio of proton conductivity to methanol permeability) at 25°C, as well as DMFC performance at 25°C and 1M feed of methanol for different membranes were determined and the results were compared with those of Nafion 117.

    Findings

    The optimum DS for sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) was 62%. X-ray diffraction (XRD) patterns proved that nanoclays were exfoliated in the structure of nanocomposites at small loading weight of 1% (by wt). The proton conductivity and methanol permeability, as well as the performance test, showed that SPEEK/CMMT-based nanocomposite membranes have the highest maximum power generation density compared to other nanocomposite membranes or Nafion 117. Accordingly, SPEEK/CMMT polymer electrolyte membranes are promising candidates for direct methanol fuel cell (DMFC) applications.

    Keywords: Fuel cell, Polyelectrolyte membrane, Aromatic polymers, montmorillonite, proton conductivity
  • Maryam Tahmasebpoor *, Leila Sanaei, Maryam Noori Pages 366-378

    Hypothesis: 

    Among the various pollutants found in natural water, the heavy metal arsenic is more important due to its high toxicity. One of the most efficient methods to remove this pollution from water streams is the surface adsorption method. Zeolite nanocomposites can be considered powerful among arsenic adsorbers. Powder adsorbents are not very effective in industrial systems due to the problems such as clogging of filters, high pressure drop and also the problem of separation from water.

    Methods

    To solve this problem, zeolite nanocomposite powder was transformed into beads using the chitosan gel method in three different types of cross-linking solutions including sodium hydroxide, sodium tripolyphosphate and joint sodium hydroxide/sodium tripolyphosphate. The effect of various parameters such as the type and initial ratio of the materials on the formation of beads was investigated.

    Findings

    The results showed that the beads formed in the sodium hydroxide+sodium tripolyphosphate cross-linking solution and the optimal initial ratio of 1:3 from chitosan to the nanocomposite have a more suitable appearance and strength and better performance in arsenic absorption. In order to confirm and justify the mentioned Findings, SEM, BET and AAS analyses were performed. Operational parameters of initial arsenic concentration and adsorbent dose which are effective on the beads’ adsorption efficiency were investigated and the optimal amount of adsorbent dose was determined as 1 g/L with an efficiency of 92.9%. In order to obtain more information about the method of adsorption and determining the maximum capacity of adsorbents, Langmuir and Freundlich isotherms for granular adsorbents were investigated. The highest adsorption capacity of 7450.7 mg/g was obtained and Freundlich isotherm was in better agreement with the results.

    Keywords: Adsorbent, Chitosan polymer, Natural zeolite, arsenic, Bead
  • Maryam Azizi, Effat Yahaghi *, Mahdieh Bakhtiari Ramezani, Mojtaba Nohekhan Pages 380-390

    Hypothesis: 

    The use of plasma is widely used as a method to change polymer surfaces. The use of atmospheric cold plasma has more advantages than other plasma, laser and X-ray methods. This method is simple and it uses inexpensive equipment. Considering the many uses of polyethylene in industry, it can be effective to investigate its changes against cold plasma.

    Methods

    A dielectric barrier discharge (DBD) plasma under atmospheric pressure was used to increase the hydrophobicity of low-density polyethylene (LDPE). After studying the optical emission spectrum (OES) of the produced plasma, its effects on surface and depth changes including surface morphology, chemical composition and polymer crystal structure were studied through scanning electron microscopy (SEM), attenuated total reflectance-Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffractometry (XRD) and positron lifetime spectroscopy (PALS). Moreover, the contact angle analysis (CA) was used to examine the changes in the hydrophobicity of the polymer. 

    Finding

    Based on the data from FTIR and XRD analyses, it was found that plasma irradiation for 180 s affects the depth of a few nanometers of the polyethylene surface and does not cause significant changes in the chemical bonds and crystal structure of the polymer. In other words, plasma radiation can be used for nanometer-scale modification of the surface. On the other hand, the SEM images indicate that the plasma radiation changes the primary flat surface of the polymer into a porous surface. The results of CA analysis, while confirming this issue, show an increase in the hydrophobicity of the polymer after plasma irradiation. The results of PALS spectroscopy also reveal that at micron depth due to the sudden rise in temperature during plasma irradiation, the free volume of the material increases as a result of pore merging.

    Keywords: plasma, Polymer, polyethylene, spectroscopy, Positron lifetime spectroscopy
  • Mohammadreza Jozaghkar, Farshid Ziaee *, Amir Sepehrian Azar, Shahram Mehdipour-Ataei Pages 392-403

    Hypothesis: 

    In the synthesis of vinyl polymers, one of the important parameters that play a significant role in the physical-mechanical properties is the tacticity of monomers within the polymer chain. Polymethyl methacrylate is considered one of the important industrial polymers. The method of its synthesis can have a major effect on this parameter and finally on the final properties. One of the parameters that has a significant effect on the stereoregularity of this polymer is the reaction temperature.

    Methods

    The poly methyl methacrylate was synthesized at three different temperatures of 50, 150, and 250 °C via bulk thermal polymerization method. The most important instrument that can be used to study tacticity order is nuclear magnetic resonance spectroscopy. The tacticity of the polymethyl methacrylate (PMMA) was investigated and studied through alpha-methyl protons splitting and alpha-methyl and carbonyl carbons splitting, respectively, by proton (1HNMR) and carbon (13CNMR) nuclear magnetic resonance spectroscopy in deuterated chloroform (CDCl3) and deuterated tetrahydrofuran (THF-d8). The assignment of all stereosequences at triad level for alpha-methyl proton and pentad level for alpha - methyl carbon and carbonyl carbon were carried out by liquid nuclear magnetic resonance spectroscopy in deuterated chloroform. Bernoullian and first-order Markov statistics models were calculated for the synthesized sample and compared with the experimental results.

    Findings

    The results indicated that probability of meso (Pm) was increased by increasing the methyl methacrylate polymerization temperature. The corresponding probability of meso values determined for synthesized polymethyl methacrylate at 50, 150, and 250°C were 0.203, 0.274, and 0.356, respectively. Finally, the effect of tacticity on glass transition temperature using differential scanning calorimetry (DSC) is discussed. The temperature glassy (Tg) values by DSC results were shown that the synthesized polymethyl methacrylate at 50, 150, and 250°C had 126.0, 125.1 and 102.9 oC, respectively.

    Keywords: polymethyl methacrylate, microstructure, tacticity, NMR, Thermal Bulk Polymerization