بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، نانوکامپوزیت پلی لاکتیک اسید - PLA - و نانورس اصلاح شده با لانتانیوم کرومات - LCMMT - با استفاده از روش قالب ریزي - solvent casting - سنتز گردید. پروسکیت لانتانیوم کرومات - LCO - به عنوان یک اصلاح کننده نیمه هادي، با توجه به پایداري حرارتی و شیمیایی برتر خود در مقایسه با سایر نیمه هادیهاي یونی استفاده شد. حضور نانوذرات رس اصلاح شده - LCMMT - ، باعث افزایش پایداري حرارتی نانوکامپوزیت هاي زیست تخریب پذیر در آزمون گرما- وزن سنجی TGA شد. سرعت تخریب نانوکامپوزیتها در تجزیه و تحلیل TG-DTG بررسی شد که نشان داد، شروع دماي تخریب نسبت به PLA خالص افزایش یافته و بیشترین دماي تخریب براي نانو کامپوزیت با LCMMT 0/3 به 114/02 درجه سانتیگراد رسیده است. بررسی هدایت حرارتی نانوکامپوزیت نشان داد که، نمونه ي حاوي LCMMT %2 می تواند بهبود قابل توجهی در هدایت حرارتی ایجاد نماید.
مقدمه
فناوري نانو و تولید مواد در ابعاد نانومتر موضوع تحقیقاتی جذابی است که در دهه اخیر توجه بسیاري را به خود جلب کرده است. نانوکامپوزیت ها به عنوان یکی از شاخه هاي این فناوري جدید اهمیت بسیاري یافته است و یکی از زمینه هايتحقیقاتی فعال روز به شمار میآیند. نانوکامپوزیت ها مواد مرکبی هستند که حداقل یکی از اجزاء تشکیل دهنده آنها داراي ابعادي در محدوده نانومتري - یک تا یکصد نانومتر - باشد. اندازه در این مواد بسیار مهم است، زیرا بسیاري از ویژگی هاي فیزیکی با بی نهایت کوچک شدن ذرات به شدت افزایش مییابند. در ساخت نانو کامپوزیت ها دستیابی به مخلوطی در حد مولکولی یکی از اهداف دانشمندان و مشکلات مهم پیش روي آنهاست2]،.[1 27NCNNN2017بهمن ماه 1395 افزایش آلودگیهاي محیط زیست در اثر استفاده بیرویه ازپلاستیکهاي سنتزي، افزایش قیمت نفت و فراوردههاي پتروشیمی، گرمشدن زمین و آثار زیستمحیطی آن، از جمله عواملی استکه باعث شده است طی سالهاي اخیر، استفاده از پلیمرهاي زیست تخریب پذیر به عنوان جایگزین پلیمرهاي رایج حاصلازمشتقات نفتی، توجه همگان را به خود جلب کند. پلی لاکتیک اسید از پلیمرهاي زیست تخریب پذیري است که به دلیل سهولت تولید و خواص مکانیکی مطلوب، مطالعات گستردهاي روي آن انجام شده است . پلی لاکتیک اسید، پلی استر گرمانرم با زنجیر خطی است که از منابع تجدید پذیر تولید میشود. لاکتیک اسید به عنوان مونومر تشکیل دهنده PLA، ازتخمیر مواد اولیه گیاهی از جمله ذرت به دست میآید.[3]
درمقایسه با پلیمرهاي سنتزي رایج مانند پلی پروپیلن و پلی استیرن، PLA از خواص مطلوبی مانند استحکام مکانیکی زیاد، شفافیت و بازدارندگی در برابر عبور پرتوهاي فرابنفش برخوردار است.[4] با وجود این خواص مطلوب، PLA معایبی دارد که کاربرد آن رابه عنوان جایگزین پلیمرهاي سنتزي در صنعت بستهبندي محدود کرده است، از آن جمله میتوان به خاصیت شکنندگی زیاد، پایداري گرمایی کم و خواص بازدارندگی ضعیف آن اشاره کرد که کاربرد این پلیمرها را محدود کرده است6]،.[5 بنابراین اصلاح پلیمرهاي زیست تخریب پذیر ضروري گردیده است. در این میان سیلیکات هاي لایه اي بدلیل محدوده وسیعی از خواص بهبود یافته که شامل نفوذ ناپذیري بالا، مقاومت در برابر اشتعال پذیري، پایداري حرارتی و زیست سازگاري، جذب حلال و سرعت تخریب پذیري بالا می باشد، مورد توجه بیشتري قرار گرفته اند.[7] افزودنی هاي نانومقیاسی مانند خاك رس مونت موریلونیت بدلیل خاصیت تورق پذیري لایه هاي آن که منجر به ورود بیشتر مولکولهاي آب بین لایه ها و در نتیجه آماس پذیري بیشتر شده و همچنین سطح تماس بیشتري با پلیمر براي بهبود خواص مکانیکی ایجاد می کند، انتخاب می شود9]،.[8
مونتموریلونیت خاك رس کاتیونی با ظرفیت بزرگ تبادل کاتیونی است. که به دلیل سازگاري با محیط، دسترسی آسان و قیمت پایین استفاده گسترده اي دارد، امروزه با استفاده از مونت موریلونیت و مونت موریلونیت اصلاح شده، خواص برخی مواد و ترکیبات را بهبود بخشیده و از آنها در صنایعی مانند پیل سوختی، سیمان، جداسازي، پوشش مخازن و لوله هاي نفت و گاز، داروسازي و … استفاده می شود. مونت موریلونیت به علت خواص ویژه جذبی، قابلیت تصحیح، قیمت ارزان و در دسترس بودن آن می تواند به عنوان جاذب مناسبی در جذب کاتیون ها و فلزات سنگین مطرح شود.[10] همچنین با ویژگی هاي منحصر به فرد خود یعنی مساحت سطحی بالا در مقیاس نانو، ساختار متخلخل و خاصیت تبادل یون یک فرصت ویژه براي معرفی خود به عنوان یک ماتریس در فرایندهاي فوتوکاتالیستی فراهم کرده است. از آنجایی که این نانو ذرات به علت نسبت سطح به حجم زیاد تمایل به تجمع دارند، این امر مانع اثر بخشی آنها در ماتریس پلیمري میگردد. بنابر این فرایند اصلاح سطح نانوذرات به وسیله ي اکسید هاي فلزي به دلیل خواص منحصر به فردشان بسیار مورد توجه قرار گرفته است12]،.[11 از آنجایی که نانوذره اکسید لانتانیوم در ساخت مواد نانو ساختار از جمله لانتانیوم کرومات مورد استفاده در لایه کاتدي پیل هاي سوختی اکسید جامد، به عنوان نانو ذره مغناطیسی جهت ذخیره سازي داده هاي مغناطیسی و تصویر برداري تشدید مغناطیس، جهت حذف فسفات در زیست پزشکی و تصفیه آب در لیزرهاي کریستالی و اپتیکی، در لنزهاي تلسکوپ و میکروسکوپ و اجزاء دوربین هاي پیشرفته در بیوسنسورها، در نانوسیم ها، نانو الیاف ها، آلیاژهاي خاص، در کاتالیست ها، به عنوان مواد گالوانومتري، به عنوان یکی از اجزاي مهم در جسم انتقال دهندهي گرماي خروجی اتومبیل، همچنین در فرمولاسیون انتقال حرارت نانو سیالات و... می تواند استفاده شود13]،.[14 رسانایی لانتانیوم کرومات خالص با افزایش دما و ناخالصی در این ترکیب، افزایش می یابد و دماي ذوب این ماده بسیار زیاد است و دربرابر خوردگی نیز مقاوم است، این سرامیک با داشتن چنین خواصی به عنوان اتصال دهنده داخلی در سلولهاي سوختی اکسید جامد استفاده می شود و چون در میان پروسکیتها یکی از فعال ترین مواد براي اکسیداسیون CO به شمار می رود، براي تجزیه نیز استفاده می شود17]،16،.[15
هدف از انجام تحقیق
با توجه به اهمیت انجام تحقیقات در ساخت انواع مختلف غشاهاي مورد استفاده در پیل هاي سوختی به نظر می رسد، استفاده از لانتانیوم کرومات به عنوان اصلاح کننده سطح رس در نانوکامپوزیت هاي پلی لاکتیک اسید میتواند نتایج ارزشمندي را به همراه داشته باشد. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر استفاده از پروکسیت لانتانیوم کرومات LaCrO3 به عنوان اصلاح کننده نانورس بر پایداري حرارتی و انتقال حرارت در نانو کامپوزیت پلی لاکتیک اسید می باشد.
مواد و روش ها مواد
در این پژوهش از PLA پلی لاکتیک اسید به عنوان ماتریس پلیمري با چگالی 1/30 g/cm3، دماي ذوب 210°C و وزن مخصوص 1/24 شرکت نیچر ورك با نام تجاري اینجیو ساخت کشور چین استفاده شده است. نانو رس مورد استفاده در این پژوهش از شرکت نانومر چین با نام تجاري Cloisite20A می باشد. از اصلاح کننده ي نیمه رساناي لانتانیوم کرومات LaCrO3 جهت بهبود خواص نانو رس استفاده شد. این اصلاح کننده محصول شرکت کاتاپل ساخت کشور ایران می باشد. همچنین از کلروفرم به عنوان حلال پلیمر از شرکت مرك آلمان استفاده کردیم.
تهیه فیلم ها
فیلم هاي PLA و نانوکامپوزیت هاي آن با استفاده از روش قالب ریزي - solvent casting - تهیه شد. ابتدا محلول 3٪ وزنی PLA در کلروفرم تهیه و به مدت 24 ساعت دردماي محیط توسط همزن مغناطیسی همزده شد، تا گرانولها کامل حل شده و محلول یکنواختی به دست آید. براي تهیه فیلم خالص PLA مقداري از محلول PLA روي صفحه شیشه اي با قطر 10 سانتی متر ریخته و به مدت 24ساعت در دماي محیط خشک شد. براي تهیه فیلم هاي نانوکامپوزیت به اینصورت عمل شد که پس از اصلاح نانو ذرات رس با استفاده از نانو ذره لانتانیوم کرومات - نسبت هاي یک به یک از MMT و LC در دماي مشخص در متانول دیسپرس شده و پس از فرایند هاي هم زدن و امواج ماورا صوت خشکانده می شود- درصد ترکیب هاي مختلف از LCMMT در 10 میلی لیتر محلول پلیمريPLA به مدت 24 ساعت براي پراکنش بهتر ذرات نانورس و جداسازي کامل آنها از یکدیگر توسط
