فهرست مطالب

علوم و تکنولوژی پلیمر - سال سی و ششم شماره 5 (پیاپی 187، آذر و دی 1402)

دو ماهنامه علوم و تکنولوژی پلیمر
سال سی و ششم شماره 5 (پیاپی 187، آذر و دی 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • عطیه فداء، مصطفی مسلم پور، اسماعیل شیبانی* صفحات 457-485

    سلول های خورشیدی پروسکیت با وجود چالش پایداری که با آن مواجه هستند، پیشرفت های شایان توجهی داشته اند. پیش بینی می شود، این روند با توجه به علم مهندسی کامپوزیت و مواد تشکیل دهنده لایه ها، برای دستیابی به سلول های  کارآمد و با ثبات زیاد در بلندمدت، همچنان ادامه داشته باشد. یکی از اجزا و لایه اصلی تشکیل دهنده سلول های خورشیدی پروسکیت، ماده انتقال دهنده الکترون است که در انتقال و استخراج الکترون و بازده سلول نقش تعیین کننده ای دارد. مواد انتقال دهنده الکترون براساس اجزای تشکیل دهنده به انواع مختلف آلی، غیرآلی و پلیمری تقسیم بندی می شوند. از این میان، مواد انتقال دهنده الکترون پلیمری با توجه به محدودیت های موجود در انواع دیگر و خواص ویژه ای که نشان می دهند، مورد توجه قرار گرفته اند. مشتقات فولرن از مواد انتقال دهنده الکترون آلی هستند که حل پذیری و تحرک الکترونی مناسبی ندارند. اما، در مواد انتقال دهنده الکترون پلیمری امکان اتصال گروه های عاملی متفاوت به واحد هسته مرکزی ماده وجود دارد که سبب ایجاد تغییرات معنادار در پارامترهای فوتوولتایی سلول می شود. با انتخاب مواد انتقال دهنده الکترون پلیمری قابلیت دستیابی به برتری هایی مانند تحرک الکترونی زیاد، خالص سازی آسان، حل پذیری مناسب برای فراوری حین لایه نشانی و پایداری مطلوب وجود دارد. از مواد انتقال دهنده الکترون پلیمری با هسته های مرکزی مختلف مانند نفتالن دی ایمین، پریلن دی ایمید و بیس تیوفن ایمید به دلیل تحرک الکترونی زیاد و نیازنداشتن به مواد افزودنی، بیشتر در سلول های خورشیدی پروسکیت معکوس استفاده شده است. در این میان، بیشترین بازده (%20.43) به سلول دارای پلیمر  PPDIN6 با هسته مرکزی پریلن دی ایمید مربوط است. افزون بر این، پژوهشگران از پلیمرهای نوع-n برای اصلاح، ارتباط موثر میان لایه ها و بهبود پارامترهای فوتوولتایی سلول های خورشیدی پروسکیت معکوس استفاده می کنند. این مقاله مروری نشان می دهد، انتخاب مواد انتقال دهنده الکترون پلیمری همراه با هسته های مرکزی خاص، با تغییرات اساسی می تواند به نتایج مطلوبی از نظر عملکرد و پایداری در سلول های خورشیدی پروسکیت منجر شود.

    کلیدواژگان: سلول های خورشیدی پروسکیت، مواد انتقال دهنده الکترون پلیمری، بازده تبدیل توان، پلیمرهای مزدوج، پایداری
  • داریوش گودرزی، سید محمد حسینی، محمدرضا پورحسینی*، محمود رضوی زاده، محمد خبیری، میلاد سعادت تقرودی صفحات 509-519

    فرضیه : 

    فناوری تهیه اسفنج های پلیمری با ثابت دی الکتریک دلخواه در طراحی و ساخت تجهیزات مخابراتی کاربرد دارد. از آنجا که اثر مشخصه های ریزساختاری اسفنج های پلی استیرن انبساطی بر مشخصات دی‎الکتریک و خواص مکانیکی شایان توجه است. موضوع این مقاله به اثر ضخامت دیواره سلول اسفنج های پلی استیرن انبساطی بر ثابت دی الکتریک و ضریب اتلاف و سختی و جهندگی اسفنج های پلی استیرن انبساطی متمرکز شده است.

    روش ها

    تعدادی نمونه های اسفنج پلی استیرن انبساطی با مقدار تخلخل و ضخامت کل متفاوت با استفاده از برنامه مشخص گرمایی در کوره برنامه پذیر تهیه شدند. ابتدا، خواص فیزیکی از قبیل جرم حجمی و مقدار تخلخل اسفنج پلی استیرن انبساطی تعیین شد و سپس مشخصه های ریزساختاری آن ها مانند میانگین ضخامت دیواره سلول ها با میکروسکوپ الکترونی پویشی بررسی شدند. ثابت و ضریب اتلاف دی‎الکتریک نمونه های اسفنجی حاصل با دستگاه تحلیگر شبکه ای برداری دارای آنتن شیپوری لنزدار ارزیابی شد و خواص مکانیکی نمونه اسفنج های پلی استیرن انبساطی طبق سختی سنج شور D و مقدار انرژی مکانیکی قابل ذخیره با دستگاه جهندگی سنجش شدند.

    یافته ها

    مشخصه های دی الکتریکی مانند ثابت دی الکتریک و ضریب اتلاف دی الکتریک اسفنج پلی استیرن با افزایش ضخامت دیواره سلول ها در نمونه های با ضخامت کل برابر، به ترتیب تا 12 و %53 افزایش نشان می دهند. همچنین خواص مکانیکی نمونه های اسفنج پلی استیرن از قبیل سختی و جهندگی نیز با افزایش ضخامت دیواره سلول ها در نمونه های با ضخامت کل برابر، به ترتیب 40 و %42 افزایش نشان می دهند. در حالی که ثابت دی الکتریک و ضریب اتلاف دی الکتریک با کاهش ضخامت کل نمونه پلی استیرن اسفنجی حین ثبات ضخامت دیواره سلول های اسفنج پلی استیرن کاهش می یابد، ضخامت کل نمونه اسفنج پلی استیرن اثری بر مقدار سختی و جهندگی نشان نداد.

    کلیدواژگان: ثابت دی الکتریک، خواص مکانیکی، پلی استیرن انبساطی، اسفنج، ضخامت دیواره سلول
  • محمدعلی توانایی*، محمد کریمی، امین ابراهیم زاده، مریم کورنگ بهشتی، شاهین کاظمی صفحات 521-537

    فرضیه:

     الیاف با دمای ذوب کم، قدرت اتصال زیادی با سایر الیاف داشته و افزون بر این دمای ذوب کنترل پذیر و فرایندپذیری خوبی دارند. در حال حاضر، این الیاف در تولید منسوجات بی بافت برای کاربردهای نساجی، پزشکی و کشاورزی استفاده می شوند. در مطالعه حاضر، قابلیت ریسندگی دو نوع کوپلی استر با دمای ذوب کم و برخی خواص ساختاری و فیزیکی نخ چندرشته ای حاصل از آن بررسی شده است.

    روش ها

    برای بررسی خواص چیپس های تهیه شده آزمون های گرماسنجی پویشی تفاضلی، آزمون تعیین دمای ذوب، آزمون شرایط خشک کردن و تعیین خواص مرتبط با رئولوژی انجام شد. سپس، نخ های چندرشته ای تولید و خواص آن ها بررسی شد. چگالی خطی، خواص کششی نخ، دمای ذوب، جمع شدگی گرمایی، خواص رئولوژیکی، پراش و گرمایی، ضریب دوشکستی نوری و سطح مقطع طولی نخ مطالعه شد. 

    یافته ها

    نتایج آزمون گرمایی چیپس های کوپلی استر با دمای ذوب کم نشان داد، پلیمرهای استفاده شده بلوری نیستند و دمای ذوب آن ها حدود 176 درجه سلسیوس است. دمای 60 درجه به مدت 24h برای خشک کردن چیپس ها کافی است و مذاب این مواد رفتاری گران رو نشان می دهد. دو نوع کوپلی استر با دمای ذوب کم ذوب ریسی شدند که در نهایت قابلیت مذاب ریسی کوپلی استر با گران روی ذاتی زیاد بهتر بود. اعمال فرایند کشش روی نخ نوریس بلافاصله پس از ریسندگی به منظور جلوگیری از تردشدگی رشته ها الزامی بود. نتایج بررسی خواص نخ های نوریس و کشیده شده نشان داد، بهترین شرایط تولید نخ نوریس زمانی ایجاد می شود که دمای اکستروژن  230 درجه سلسیوس و سرعت برداشت  2500m/min باشد. همه نمونه ها بدون ناحیه بلوری بودند، زنجیرهای پلیمری آرایش یافتگی داشته و حین مذاب ریسی پدیده های ناپایداری رئولوژیکی همچون شکست مذاب رخ نداد که باعث به هم ریختگی سطح مقطع الیاف شود.

    کلیدواژگان: کوپلی استر با دمای ذوب کم، مذاب ریسی با سرعت زیاد، قابلیت ریسندگی نخ چندرشته ای، بلورینگی، آرایش یافتگی
  • امیرحسین نوارچیان*، الهام علیخانی فرادنبه صفحات 527-537

    پوشش های سنتی محافظ در برابر خوردگی فقط به عنوان مانع غیرفعال روی بستر فلزی عمل می کنند که نمی توانند عملکرد حفاظتی فعالی را هنگام آسیب دیدگی پوشش روی سطح داشته باشند. پوشش های ضدخوردگی هوشمند می توانند طول عمر پوشش را به مراتب افزایش دهند. از سوی دیگر، فناوری خودترمیمی در پوشش های پلیمری روشی پیشگیرانه برای جلوگیری از پیشرفت فرایند خوردگی در سطح  فلزات است. این روش به منظور جلوگیری از رشد و انتشار ترک در مراحل اولیه و ترمیم خودبه خود آسیب ها بدون مداخله خارجی، توسعه یافته است. بررسی روند افزایشی انتشار مقاله های علمی نشان می دهد، به تازگی استفاده از پوشش های پلیمری هوشمند ضد خوردگی همراه با قابلیت خودترمیمی، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در این نوع پوشش ها، بازدارنده ضدخوردگی و عوامل ترمیم کننده را می توان با هم یا به طور جداگانه در حامل هایی که می توانند به صورت ریزپوشینه های کروی یا نانوالیاف باشند، بارگذاری کرد و درصورت رخداد آسیب روی سطح پوشش، افزون بر فعال شدن عملکرد ضدخوردگی، فرایند ترمیم پوشش برای جلوگیری از خوردگی سطح فلز شروع شود. هدف از این مطالعه، مروری بر پوشش های جدید پلیمری به ویژه بر پایه اپوکسی و با خاصیت خودترمیمی و ضدخوردگی است که می توانند به سرعت به آسیب های محیطی ایجادکننده خوردگی یا سایر فرایندهای آسیب رسان پاسخ داده و بازدارنده های خوردگی یا عوامل ترمیم کننده را آزاد کنند. بدین منظور، ابتدا سازوکارهای خودترمیمی، روش های استفاده از مواد خودترمیم و افزودن خاصیت ضدخوردگی به پوشش، بیان شده و دسته بندی شده است. استفاده از ریزپوشینه پلیمری دارای ساختارهای هسته-پوسته به دو صورت ذرات کروی یا نانوالیاف الکتروریسی شده در پوشش خودترمیم، دسته بندی شده و سپس انواع سامانه های نانوالیاف از نظر محل قرارگیری مواد ترمیم کننده و ضدخوردگی، نوع پلیمر پوسته و مواد مصرفی در هسته، روش تولید نانوالیاف و شیوه پخش آن در پوشش هایی که به طور هم زمان شامل هر دوخاصیت ضدخوردگی و خودترمیمی هستند، معرفی شده است. در پایان، تازه ترین پژوهش ها درباره پوشش های رسانای دارای نانوالیاف و پوشش های دارای نانوالیاف سبز مرور شده است.

    کلیدواژگان: ضدخوردگی، خودترمیمی، پوشش، ریزپوشینه دار کردن، حامل های نانو، میکرو
  • طاهر ازدست*، رزگار حسن زاده، پیمان میهن خواه صفحات 539-549

    فرضیه :

     روش ساخت رشته ذوبی به دلیل مزایای آن، از جمله سادگی استفاده، مقرون به صرفه بودن و دسترس پذیری، پرکاربردترین روش تولید افزودنی است. خواص مکانیکی پلی (لاکتیک اسید) چاپ شده با روش ساخت رشته ذوبی را می توان با ترکیب آن ها با نانومواد نظیر نانورس و بهینه سازی پارامترهای فرایندی چاپ مانند دمای چاپ و زاویه رستر، به طور شایان توجهی بهبود بخشید.

    روش ها

    برای بررسی و بهینه سازی چندهدفی فرایند چاپ سه بعدی نمونه های نانوکامپوزیتی پلی (لاکتیک اسید) تقویت شده با نانوذرات رس از روش سطح پاسخ به عنوان یکی از روش های طراحی آزمایش ها، استفاده شد. دمای افشانک (190، 210 و 230 درجه سلسیوس)، زاویه رستر (0، 45 و °90) و مقدار نانورس (0، 2 و %4 وزنی) برای بهینه سازی پاسخ های خروجی مطالعه شدند. اختلاط ذوبی پلی (لاکتیک اسید) با نانوذرات رس با اکسترودر دو پیچی انجام شد و به کمک دانه ساز، دانه های کامپوزیتی پلی (لاکتیک اسید) دارای 2 و %4 وزنی نانورس تهیه شدند. دانه های کامپوزیتی تهیه شده وارد اکسترودر تک پیچی شده و رشته های کامپوزیتی تولید شدند.

    یافته ها

    براساس نتایج بررسی مشارکت پارامترها بر داده های چگالی اثر متقابل درصد وزنی نانورس و دمای افشانک به ترتیب بیشترین مشارکت و زاویه رستر کمترین اثرگذاری را بر داده های چگالی داشته و برای نتایج استحکام کششی، مقدار درصد وزنی نانورس بیشترین اثرگذاری و اثر متقابل درصد وزنی نانورس و زاویه رستر کمترین اثرگذاری را در بین پارامترهای بررسی شده داشتند. همچنین نتایج مربوط به بهینه سازی چندهدفی نشان داد، بیشترین سطح درصد وزنی نانورس (%4 وزنی)، بیشترین سطح دمای افشانک (230 درجه سلیسوس) و زاویه رستر حدود °25.5، بهینه شرایط فرایندی برای دستیابی به بیشینه استحکام کششی 33.78MPa و کمینه چگالی 1.089g/cm3 است.

    کلیدواژگان: ساخت رشته ذوبی، پارامترهای چاپ سه بعدی، کامپوزیت پلی(لاکتیک اسید)-نانورس، خواص مکانیکی، بهینه سازی
  • پژمان عسگری، صبا سهراب نژاد، سمانه کودزری فراهانی، میثم سلیمانی، سید محسن حسینی* صفحات 551-565

    فرضیه :

     در این پژوهش، ابتدا غشای نانوصافشی بر پایه  پلی اترسولفون با روش تغییر فاز-غوطه ورسازی تهیه شد. سپس، غشاهای تهیه شده با پلی (متیل متاکریلات)-نانوصفحه های گرافن اکسید به روش پوشش دهی سطح اصلاح شدند. اثر لایه فعال ایجادشده بر ساختار غشا، خواص فیزیکی-شیمیایی، عملکرد ضدگرفتگی و قابلیت جداسازی آن در حذف یون های فلزی از پساب بررسی شد.

    روش ها

    مشخصات اولیه غشاها با عکس های میکروسکوپ الکترون پویشی و طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه-پرتو فرابنفش ارزیابی شد. همچنین، اثر لایه سطحی شکل گرفته بر خواص فیزیکی و شیمیایی غشاها از جمله زاویه تماس آب، شار و پس زنی نمک سدیم سولفات، شار آب خالص، تخلخل، اندازه حفره ها، پس زنی فلزات سنگین و تغییرات مقاومت غشا در برابر گرفتگی بررسی شد. 

    یافته ها

    نتایج نشان داد، نمونه اصلاح شده با %1 وزنی متیل متاکریلات-%5/0 وزنی نانوصفحه های گرافن اکسید، دارای عملکرد جداسازی مناسب تر و خواص ضدگرفتگی بهتری در مقایسه با سایر غشاهاست. تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی تهیه شده از مقطع عرضی غشاها، تشکیل لایه نسبتا یکنواختی را بر سطح غشاها نشان داد که با افزایش مقدار نانوصفحه های گرافن اکسید تراکم یافته است. عملکرد غشای بهینه در حذف دو فلز سنگین مس و کروم بررسی شد و نتایج با غشای پایه مقایسه شد. درصد حذف دو فلز سنگین با غشای پایه به ترتیب برابر 49.3 و %51.4 و برای غشای بهینه 81.7 و %75.3 اندازه گیری شد. همچنین، مقدار گرفتگی کل برای غشای پایه حدود %23 اندازه گیری شد، در حالی که این پارامتر برای نمونه اصلاح شده بهینه %13.2 بود (0.05> P value). مقدار گرفتگی بازگشت ناپذیر غشای بهینه به مقدار شایان توجهی از %20 در غشای پایه به %3.2 در این نمونه کاهش یافت که نشان از عملکرد ضدگرفتگی مناسب غشای اصلاح شده است.

    کلیدواژگان: غشای نانوصافشی، اصلاح سطح، لایه فعال پلی (متیل متاکریلات)-نانوصفحه های گرافن اکسید، عملکرد جداسازی، قابلیت ضدگرفتگی
|
  • Atieh Feda, Mostafa Moslempoor, Esmaeil Sheibani * Pages 457-485

    Perovskite solar cells (PSCs), despite the stability challenges they face, have made significant progress. It is predicted that this trend will continue due to the progress in composite engineering and the materials that make up the layers. It is expected to continue to achieve high performance and long-term stability in these cells. One of the key components and layers in PSCs is “electron transporting material” (ETM), playing a crucial role in electron transfer, extraction, and cell efficiency. ETMs are categorized into various types based on their constituent materials, including inorganic, organic, and polymer-based ETMs. Polymeric ETMs are of particular importance due to their unique properties and considering the limitations in other types of ETMs. Fullerene derivatives, which are organic ETMs, lack adequate electron mobility and solubility. However, in polymeric ETMs, the ability to connect different functional groups to their central core creates significant changes in the photovoltaic parameters of the cell. By choosing polymeric ETMs, potential advantages such as high electron mobility, easy purification, suitable solubility for processing during layer deposition, and desirable stability can be achieved. Polymeric ETMs with various central cores such as naphthalenediimide (NDI), perylenediimide (PDI), and bithiopheneimide (BTI) have been widely used in reverse PSCs due to their high electron mobility and the absence of additives. Among them, the highest efficiency (20.43%) relates to a cell containing the PDI-core polymer PPDIN6. Additionally, researchers use n-type polymers to modify, create effective interlayer connections, and improve the photovoltaic parameters of reverse PSCs. This review article highlights that the selection of polymeric ETMs along with specific central cores can lead to meaningful changes, resulting in desirable performance and stability in PSCs.

    Keywords: perovskite solar cells, polymeric electron transporter materials, Power conversion efficiency, conjugated polymers, Stability
  • Dariush Godarzi, Seid Mohammad Hosseini, MohammadReza Pourhossaini *, Mohamoud Razavizade, Mohammad Khabiri, Milad Saadat Tagharoodi Pages 509-519

    Hypothesis:

     The technology of preparing materials with desired dielectric constants is used in designing and manufacturing telecommunication equipment. Foaming of the polymers is an effective method to reduce their dielectric constant further, as the influence of the microstructural characteristics of the expanded polystyrene foams is important for their dielectric characteristics and mechanical properties. This article focuses on the effect of cell wall thickness of the expanded polystyrene foams on their dielectric constant, loss factor, hardness and resilience.

    Methods

    Many samples of the expanded polystyrene foam with different porosity and overall thickness values were prepared using a specific thermal procedure in a programmable oven. At first, the physical properties such as density and porosity of the expanded polystyrene foams were measured. Next, their microstructural characteristics such as the average cell wall thickness of the expanded polystyrene foams were investigated using a scanning electron microscope. The dielectric constant and loss factor of the samples were assessed with a vector network analyzer with a lens horn antenna. The mechanical properties of the expanded polystyrene foams were evaluated according to Shore D hardness, and the value of mechanical energy stored in them was measured by a resilience tester.

    Findings

    By increasing cell wall thickness in samples at equal overall thickness, the dielectric characteristics such as dielectric constant and dielectric loss factor increase by 12% and 53%, respectively. Moreover, the mechanical properties such as hardness and resilience reveal an increase of 40 and 42%, respectively, due to the increase of cell wall thickness in samples at the same overall thickness. While the dielectric constant and the dielectric loss factor decrease with the reduction of the overall thickness at the same cell wall thickness, the variation of the overall thickness depicts no effect on the hardness and resilience.

    Keywords: dielectric constant, mechanical properties, expanded polystyrene, foam, Cell wall thickness
  • MohammadAli Tavanaie *, Mohammad Karimi, Amin Ebrahimzade, Maryam Korang Beheshti, Shahin Kazemi Pages 521-537

    Hypothesis: 

    Fibers with low melting point have high bonding strength with other fibers, and in addition, they have a controllable melting temperature and good processability. Currently, these fibers are used in production of non-woven fabrics for textile, medical and agricultural applications. In this study, melt spinnability of two grades of low melting point co-polyester in high speed spinning has been investigated. Also, structural, rheological and physical properties of the resulting filament yarn have been studied.

    Methods

    The properties of polymeric chips were investigated, and for this purpose, differential scanning calorimetry analysis, melting point determination test, drying conditions and rheological analysis were carried out. Then filament yarns produce, and their properties were investigated. Linear density, yarn tensile properties, melting temperature, thermal shrinkage, rheological properties, X-ray diffraction, differential scanning calorimetry, optical birefringence index and surface longitudinal cross-section were analyzed.

    Findings

    The results of thermal analysis of polymeric chips with low melting point analysis showed that the used polymers are not crystalline and their melting point is about 176°C. The temperature 60°C for 24 h is enough to dry the chips, and the melt of these materials has a viscous behavior. Both low melting point co-polyesters grades were spun by melt spinning process. But only one of them had a suitable spinnability. After melt spinning, as-spun yarns were drawn because it was necessary to produce no brittle filaments. The results of the investigation of the properties of as-spun and drawn yarns showed that the best conditions for melt spinning of the copolyester yarn is as follows: the optimum extrusion temperature of 230°C and the take-up speed of 2500 m/min. All samples have no crystalline region, the polymer chains are oriented, and the phenomenon of rheological instability, such as melt fracture during melt spinning, which disrupts the cross-sectional area of the fibers, has not occurred.

    Keywords: Low melt co-polyesters, melt spinning, spinnability, Crystallinity, orientation
  • Amir Navarchian *, Elham Alikhani Faradonbeh Pages 527-537

    Traditional anti-corrosion coatings only act as a passive barrier on the metal substrate and have no active protective function if the coating on the surface is damaged. Recent smart anti-corrosion coatings can greatly increase the lifespan of the coating. On the other hand, self-healing technology in polymer coatings is a preventive method to progress of corrosion process on the surface of metals. This technique has been developed in order to prevent the growth and propagation of cracks in the early stages and to repair the damage automatically without external intervention. The increasing trend of published scientific articles shows that the use of anti-corrosion smart polymer coatings with self-healing capability has received much attention. In this type of coatings, corrosion inhibitors and healing agents can be loaded together or separately in spherical or nanofiber micro-carriers. In the case of damage of the coating surface, the anti-corrosion as well as healing processes trigger simultaneously to prevent the corrosion progress of the metal surface. The purpose of this study is to review novel epoxy-based coatings with self-healing and anti-corrosion properties. For this purpose, the self-healing mechanisms, methods of implementation of self-healing materials and anticorrosion agents on the coating have been reviewed and categorized. The use of polymer microcapsules with core-shell structures in the form of spherical particles or electrospun nanofibers in self-healing coating has been described. Various nanofiber systems have been classified in terms of the location of restorative and anticorrosion materials, the type of polymer shell and core materials, the electrospinning methods of nanofibers, and the method of dispersing within the coatings, for simultaneous anti-corrosion and self-healing properties. Finally, the recent studies on the coatings containing conductive and/or green nanofibers have been reviewed.

    Keywords: anticorrosion, Self-Healing, coating. encapsulation, Micro, nanocarrier
  • Taher Azdast *, Rezgar Hasanzadeh, Peyman Mihankhah Pages 539-549

    Hypothesis: 

    Fused filament fabrication (FFF) method is widely used in additive manufacturing due to its benefits, such as ease of use, cost-effectiveness, and availability. The mechanical properties of polylactic acid (PLA) printed by the FFF method can be significantly improved by combining them with nanomaterials such as nanoclay and optimizing the printing process parameters such as printing temperature and raster angle.

    Methods

    In order to investigate and optimize the multi-objective 3D printing process of PLA nanocomposite samples reinforced by nanoclay, the response surface method (RSM) was used as one of the methods of design of experiments. Nozzle temperature (190, 210 and 230°C), raster angle (0, 45 and 90°) and nanoclay weight percentage (0, 2 and 4% by wt) were studied to optimize output responses. Melt mixing of PLA with nanoclay particles was done using a twin-screw extruder machine and a granulator machine. The composite granules of PLA were prepared with 2 and 4% (by wt) of nanoclay. The prepared composite granules were entered into a single-screw extruder and composite filaments were produced.

    Findings

    The analysis of parameter participation in the density data reveals that the weight percentage of nanoclay and the nozzle temperature exhibit the most substantial influence, while raster angle has the least impact. Conversely, when considering tensile strength results, the weight percentage of nanoclay is the dominant factor, while the interaction between the weight percentage of nanoclay and raster angle has the smallest influence among the parameters under investigation. The multi-objective optimization results revealed that the optimal process conditions to achieve maximum strength are a nanoclay weight percentage of 4% (by wt), a nozzle temperature of 230°C, and a raster angle of about 25.5°. The tensile strength of the parts produced is 33.78 MPa, and their density is at least 1.089 g/cm3.

    Keywords: Fused filament fabrication (FFF), 3D printing parameters, Polylactic acid, nanoclay composite, mechanical properties, optimization
  • Pejman Asgari, Saba Sohrabnejad, Samaneh Koudzari Farahani, Meysam Soleymani, Sayed Mohsen Hosseini * Pages 551-565

    Hypothesis: 

    first, poly ether sulfone (PES)-based nanofiltration (NF) membranes were prepared through the phase inversion-immersion precipitation technique. Then, the surface of the membranes made of polymethyl methacrylate (PMMA)-graphene oxide nanoplates (GO NPs) was modified using dip-coating technique. The effect of the active coating layer on the morphology, physical-chemical properties, and antifouling performance and separation ability to remove metal ions from wastewater was studied.

    Methods

    The properties of prepared membranes were studied by scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared (FTIR) analysis.  Also, the effect of the formed active layer on the physio-chemical properties of the membrane including water contact angle, water content, flux and sodium sulfate rejection, porosity, mean pore size, heavy metal rejection and anti-fouling performance was investigated. 

    Findings

     The obtained results revealed that the surface-modified membrane with 1 % (by wt)  MM-0.5% (by wt) GO-NPs had a more appropriate separation performance and better antifouling properties compared to other membranes. SEM images of the cross-sectional area of the membranes showed the formation of a relatively uniform layer on the membrane surface, which became more dense with increase in the amount of GO-Nps. The performance of the modified membrane in the removal of Cu and Cr heavy metal ions was also evaluated and compared with the pristine membrane. The removal percentage of Cu and Cr ions was 51.4% and 49.3% for the neat membrane, whereas it was 81.7% and 75.3% for the superior modified membrane, respectively. Moreover, the total fouling resistance was measured to be 23% for the virgin membrane, while it was 13.2% (Pvalue<0.05) for the best modified one. The irreversible fouling parameter was obviously decreased from 20% for the pristine membrane to 3.2% for the optimum modified membrane that shows  a superior antifouling ability for them.

    Keywords: nanofiltration membrane, surface modification, polymethyl methacrylate, graphene oxide nanoplate’s active layer, separation performance, antifouling ability