نانو رس، افزودنی منحصر به فرد در پلیمر ها

24 تیر 1399 ساعت 11:46

نانورس (nano clay) به رس خالص شده از ناخالصی ­های معدنی اطلاق می­ شود که حداقل در یکی از ابعادش اندازه ای در محدوده 1 تا 100 نانومتر داشته باشد. این نانوذرات به‌ دلیل ارزانی و در دسترس بودن، توجه زیادی در زمینه فناوری‌ نانو به خود جلب كرده‌اند، همچنین اندازه کوچک این مواد آنها را قادر ساخته تا بتوانند با مواد دیگر که در این زمینه وجود دارند، رقابت کنند.

نانو ذرات رس از جمله نانو ذرات پر طرفداری هستند که در سال های اخیر کاربرد زیادی را در صنایع مختلف از جمله صنعت پلیمر پیدا کرده اند. هنگامی که این ذرات در ابعاد مولکول با ماتریس پلیمری برهمکنش می دهند موجب بهبود چشمگیری در بسیاری از خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرها می شوند. نیاز صنعت به استفاده از مواد پلیمری با خواص مکانیکی بالا سبب استقبال چشمگیر از مواد نانو کامپوزیت پلیمری گشته است. تغییر خواص پلیمر توسط این نانو ذره معدنی، نه تنها به مقدار و کیفیت نانو ذره بلکه به اندازه و شکل آن، فعالیت سطح، پیوند آن و همچنین نوع پراکنش آن بستگی دارد. به همین خاطر گاها دیده می شود که یک تولید کننده بعد از استفاده از نانو ذرات تغییر و تفاوت چندانی در خواص مشاهده نمی کند لذا توصیه می شود برای استفاده از نانو ذرات حتما از متخصص مربوطه و روش صحیح استفاده شود.

ساختار

 نانورس ها شامل صفحاتی کوچک و نامنظم با ضخامتی در حدود 1 نانومتر و قطر چندصد نانومتری می باشند. ساختار کریستالی آنها عمدتا شامل ساختاری به نام T-O-T می باشد: دو لایه نازک از اتم سیلسیم (چهاروجهی) در طرفین فوقانی و تحتانی و یک لایه آلومینیوم (هشت وجهی). اصولاً این ساختار سه قسمتی یک لایه از نانورس را تشکیل می دهد. رس های رایج به صورت طبیعی به عنوان مواد معدنی به شمار می آیند.بسیاری از آن ها سیلیکات های آلومینیم می با شند که ساختار ورقه ای دارند.شایع ترین نانو رس مونت موریلنت (ازخانواده اسمکتیت)می باشد

 

 

نانورس‌ها سطح ویژه‌ای در حدود 750 مترمربع بر گرم دارند.از اين رو به طور عمده به عنوان تقويت كننده استفاده مي شوند. 

 

خواص نانورس ها

یکی از مهمترین خصوصیات نانورس ها نسبت طول به ضخامت بسیار بالای تک تک صفحات (از 300 به 1 و1500 به 1 است) است. مساحت سطح صفحات جدا و پراکنده می تواند به m2/g 1000 برسد.به علت ساختار صفحه ای، نانورس ها مواد پلیمری معمول را تقویت می کنند ، یعنی خواص مکانیکی آنها را بهتر می کنند، افزایش استحکام،‌ مدول و ثبات ابعادی از این موارد است. صفحات نانورس به عنوان محافظ در برابر رطوبت و مواد شیمیایی به خوبی به عنوان حائلی برای جلوگیری از نفوذ یا عبور گازها عمل می کنند.

معرفی، خواص وکاربردهای نانورس ها (1)

پلیمرهایی که با نانورس ها ترکیب شده اند در مقایسه با مواد پلیمری رایج خاصیت ضدگرمایی و ضدآتش بالاتری نشان می دهند و کارایی بیشتری در خاموش کردن شعله دارند و تغییر شکل آنها در معرض دماهای بسیار بالا یا مواد شیمیایی کمتر است. نانوکامپوزیت هایی که با استفاده از نانورس ها ساخته می شوند، رسانایی الکتریکی و تمیزی نوری بهتری نیز نشان می دهد. یکی از نتایج مهم باردار بودن نانورس ها (یعنی توانایی عوض کردن یونها) امکان سازگار کردن خصلت متضاد آنها یعنی ذات کاملاً آبدوست با پلیمرها است. چرا که خیلی از پلیمرها آبگریزند. عملکرد ضروری برای تشکیل نانوکامپوزیتهای پلیمر رس، تغییر قطبیت رس و تبدیل آن به مواد آلی دوست (آبگریز) می باشد.

 

 

در سال 1980 با تهیه نانوكامپوزیتهای نایلون و رس در صنایع خودروسازی، نانوكامپوزیت های نانورس شناخته شدند. در نانورسهای آلی دو لایه از چهاروجهی های SiO2 مستقر در یک صفحه ساختارهای چهاروجهی ترکیباتی مانند سدیم، آلومینیوم و منگنز را دربرمیگیرند. نانورسها می توانند سختی و استحکام پلیمرها را بالا برده و میزان آتش پذیری الیاف پلیمری و عبوردهی گازهایی مانند اکسیژن را در ظروف پلاستیکی کاهش دهند. قطعات نانوكامپوزیت پلی پروپیلنی كه حاوی 2/5 درصد نانورس است با ایجاد یک استحکام قابل قبول موجب 20 درصد صرفه جویی در وزن می شود. این قطعات در بدنه خارجی محصولات استفاده شده است. كاربرد نانوكامپوزیت های پلی پروپیلنی در تهیه بدنه خارجی خودرو، در فیلم های بسته بندی نایلونی، در بطری های نگهداری مواد نوشیدنی، در لوله ها و در پوشش های كابل و سیم در حال گسترش است.

از ویژگی های دیگرنانورس ها می توان به موارد زیراشاره کرد:

مقاوم در برابر شعله

ویژگیهای ایستادگی در برابر شعله در نانورس ها به علت تشکیل لایه ای ذغالی در هنگام سوختن نانوکامپوزیت می باشد. ذغال خود به عنوان عایق و یک ماده نسوز عمل کرده و میزان آزاد شدن گازهای فرار در سطح شعله را کاهش می دهد. تشکیل ذغال توجیهی برای بهبود ثبات نانوکامپوزیت در برابر حرارت،‌ جداسازی فیزیکی پلیمر و قسمت سوخته آن است.

ممانعت از عبور گازها

صفحات نانورس می توانند مسیری پر پیچ و خم ایجاد کنند که از نفوذ بخارهای گازی و مایعات به درون پلیمر جلوگیری کرده و علاوه برخواص برجسته در ممانعت عبورگازها سبب بهتر شدن مقاومت شیمیایی و مقاومت در برابر رطوبت نیز می شود.

درون توپ تنیس هوای فشرده قراردارد. لایه بیرونی و پوسته اجزای یک توپ معمولی هستند. درقسمت درونی این توپ ها، یک لایه از جنس نانوکامپوزیت پلیمری قرار دارد و مانع عبور هوا از توپ می شود.

نانوکامپوزیتهای رس را می توان در بطری ها هم استفاده کرد. کارخانه های بسته بندی به دنبال تولید بطری هایی هستند که به محکمی شیشه بوده ولی به راحتی شکسته نمی شوند. بطری های پلاستیکی ذرات نانورس این بطری ها را به محکمی شیشه یا حتی محکم تر کرده است و احتمال شکستن آنها کمتر است.

 

 ترکیب نانوذرات به نحوی است که مانع فساد مایعات و تغییر رنگ و بوی آنها شده و تاریخ مصرف آنها را به شش ماه افزایش داده است. بعضی از کارخانه های غذایی از جاذب های اکسیژن برای جلوگیری از رشد پاتوژن هاو موجودات زنده هوازی استفاده می کنند که این امر باعث فساد غذا و ناسالم شدنشان می شود.

استحکام مکانیکی

تقویت کننده های نانومتری حدوداً به ابعاد مولکولی پلیمرها می رسند. این امر موجب تقابل نزدیک دو ماده با یکدیگر می شود. وقتی پلیمر به خوبی با نانورس اصلاح می شود، ذرات پرکننده با پلیمرها برخورد می کنند و مناطق محدودی در سطح ذرات ایجاد می کنند. این امر بخشی از زنجیره پلیمری را تثبیت می کند که اثر تقویت کننده ای را در پی دارد.



برگرفته شده از basparan.ir

 

نانوکامپوزیت های پلیمری رس

پلیمرهایی که با نانورس ترکیب شده اند در مقایسه با مواد پلیمری رایج نسبت به گرما و حرارت مقاوم تر می باشند و قابلیت بیشتری در کندکردن برافروختگی و تغییر شکل پذیری کمتری در هنگامی که در معرض دمای بسیار بالا با مواد شیمیایی قرار می گیرند از خودنشان می دهند. نانوکامپوزیت هایی که با استفاده از نانورس ها ساخته می شوند، هدایت الکتریکی و وضوح نوری بهتری نیز نشان می دهند.

همان طور که گفتیم یکی از پیامدهای مهم طبیعت باردار شده ی نانورس ها، برای مثال توانایی جابه جایی یون است که آنها به طورکلی آبدوست می باشند و از این رو به طور طبیعی با طیف وسیعی از پلیمرها سازگار نمی باشند. یک عملکرد ضروری برای تشکیل نانوکامپوزیت های پلیمر-رس،تغییر قطبیت رس و تبدیل آن به مواد آلی دوست می باشد.

 

 

ثبت نظر


( نظر خود را درباره این مقاله ثبت نمایید )

طراحی سایت طراحی سایت