بخشی از مقاله
چکیده:
میکروکپسولها بطورگسترده در زمینههای مختلف از جمله مواد خود ترمیمشونده کاربرد دارند. در زمینه خود ترمیم-شوندگی، مواد احیاکننده با هدف ترمیم، درون ماتریس پلیمری جاسازی میشوند. در این پژوهش، میکروکپسولهای پلیاورتانی حاوی روغن بزرک از طریق پلیمریزاسیون بین سطحی سنتز شدند. میکروکپسولهای سنتز شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مورد مطالعه قرار گرفت و آزمون FTIR نیز برای شناسایی ساختار میکروکپسول های سنتز شده بکار گرفته شد. آنالیز DLS اندازه کپسولها را در محدوده 5-8 میکرومتر تصدیق میکند. مقدار روغن بارگیری شده%56 و نسبت هسته به پوسته تقریبا1/1 تعیین شد.
واژه های کلیدی: خودترمیم شونده، میکروکپسول، پلیمریزاسیون بین سطحی، روغن بزرک
مقدمه
سیستمهای پوششی پلیمری اغلب مستعد صدمه دیدن به شکل ترکهای ریز هستند که مشاهده اولیه این آسیبها و ترمیم آنها غیر ممکن است. این ترکهای ریز مکانهای مستعدی برای ایجاد خوردگی و آسیبهای بیشتر در پوششها میباشند. در واقع میتوان گفت که در طول زمان سرویسدهی، در سطح پوششها، ترکهای ریزی ایجاد میشوند که به مرور این ترکها انتشار مییابند و سطح را در معرض رطوبت و اکسیژن قرار میدهد. این عمل موجب شتاب گرفتن جدایش پوشش از سطح و پوسته- پوسته شدن میشوند. [1] روشهای مختلفی برای ممانعت از تخریب پوششها وجود دارد که هر کدام از این روشها دارای مزایا و معایبی هستند. [2] به منظور ترمیم میکروترکها و کاهش آسیبهای مکانیکی پوششها، روشهای جدیدی از طریق بکارگیری پلیمرهای خودترمیم شونده در حال توسعه میباشد.
پلیمرهای خودترمیم شونده به عنوان یک دسته از مواد هوشمند معرفی میشوند که ماموریت آنها تعمیر تمام و کمال آسیبهای کوچک بدون نیاز به هرگونه مداخله انسانی است. [3]رایجترین روش تهیهی پوششهای خودترمیم شونده، جاگذاری میکرو یا نانو کپسولها میباشد. [4] در این سیستمها، کپسولهای پلیمری حاوی یک مونومر سیال بصورت کاملا یکسان درون ماتریکس پلیمری پراکنده میشوند. ماده ترمیم-کننده درون دیواره یا پوسته بدام افتاده و از هر گونه برهمکنش آن با ماتریکس جلوگیری میشود. نحوهی کار این مواد به گونهای است که اگر شرایط محیطی تغییر کند یا بستر دچار آسیب شود، مونومرها از درون کپسول رها شده و درون قسمت-های آسیب دیده، جامد میشود و موجب ترمیم و احیای بستر یا ماتریکس میگردد. [5]
عوامل ترمیمکننده میتواند به شیوههای محتلفی درون پوششها جاسازی شوند که هر کدام عملکردهای مختلفی دارند. در مورد عوامل ترمیم کنندهای که به شکل کپسول هستند میتوان چندین روش اختصاص داد: استفاده از مونومرهای حلقه گشا[6] ، بکارگیری دو نوع کپسول مجزا[7] ، استفاده از مونومر عاملدار و بستر عاملدار[8] ، استفاده از مونومرهای قابل پخت بوسیله شرایط طبیعی که در این روش مونومرهایی که نقش احیاکننده را دارند در بستر پخش شده و بوسیله عوامل محیطی مانند تماس با هوا، رطوبت و... پخت می-شوند. در کار پژوهشی حاضر، روغن بزرک به عنوان پرکاربردترین روغن تجاری خودخشک شونده با قابلیت ایجاد لایه محافظتی و ترمیم کنندگی، در مقیاس میکرو کپسوله شدند.
بخش تجربی
جهت تهیه پیشپلیمر پلیاورتانی، 21/85 گرم تولوئندی-ایزوسیانات درون 141/65 گرم سیکلوهگزان در یک رفلاکس 250 میلیلیتری حل شد و درون حمام روغن 80°C قرار داده شد و به آرامی 4/12 گرم 1و4 بوتان دیال به آن اضافه شد. سیستم بمدت 4-3 ساعت در حضور گاز نیتروژن قرار داده شد و در نهایت تقطیر شد تا حلال و مقدار آب اضافی از محیط خارج شود. به منظور انجام پلیمریزاسیون بین سطحی، 2/9 گرم از پیشپلیمر در 4 گرم حلال کلروبنزن حلشد تا دمای 68°C حرارت دید تا کاملا حل شود و 9/5 گرم از روغن بزرک به آن اضافه شد و با دور بالا مخلوط شد و به آرامی به محلول سورفکتانت اضافه شد و دما تا 50°C افزایش داده شد.
در این دما 3/1 گرم افزاینده زنجیر 1 - و4 بوتاندی ال - افزوده شد و دما به 70°C رسانده شد. پس از 45 دقیقه اختلاط، سیستم تا دمای اتاق خنک شد و با آب دیونیزه شستشو داده شد و در آون خشک شد.برای محاسبه درصد وزنی هریک از اجزای کپسولها بایستی هریک از اجزا مجزا شده و جداگانه وزن شوند. برای این منظور از استخراج کننده سوکسلت - Soxhelt extractor - استفاده شد. تئوری سوکسلت بر مبنای حلالیت یکی از اجزا در حلال دستگاه سوکسلت و عدم حلالیت دیگر اجزا میباشد. بدلیل حلالیت روغن بزرک و عدم حلالیت پلیاورتان در زایلن سرد، این ماده به عنوان حلال مورد استفاده قرار گرفت. [9]دستگاه DLS مدل Nanotrac Wave شرکت Microtrac برای تعیین توزیع اندازه کپسولها استفاده شد. جهت بررسی مورفولوژی سطح کپسولهای سنتز شده، از دستگاه SEM مدل Tescan VEGA - چک - استفاده شد. پوسته و هسته میکروکپسولها توسط استخراج سوکسلت از یکدیگر جدا شده و جهت شناسایی ساختار نمونهها، طیفهای FTIR با استفاده از دستگاه طیفسنج مادون قرمز انجام شد.
نتایج و بحث
کپسوله شدن روغن بزرک، از طریق پلیمریزاسیون بین سطحی انجام میشود. هنگامی که مخلوط روغن و پیشپلیمر به درون فاز آبی حاوی سورفکتانت منتقل میشوند؛ قطرات روغن توسط پیش پلیمر احاطه شده و با افزودن افزاینده زنجیر پلیمریزاسیون بین فاز آلی و آبی انجام میشود و کپسولهای پلیاورتانی تشکیل میشوند - شکل . - 1مورفولوژی سطح و اندازه کپسولها توسط میکروسکوپ الکترونی SEM بررسی میشوند - شکل. - 2 در این بررسی، مشاهده شد که کپسولها دارای سطوحی هستند که در برخی مناطق زبر و خشن و در برخی نقاط هموار و صاف هستند. سطح داخلی هموار و بدون ناخالصی میباشد ولی سطح بیرونی بدلیل وجود پلیاورتانها، متخلخل است که همین امر موجب چسبندگی بهتر مکانیکی کپسولها به ماتریس پلیمر میگردد.همچنین نتایج SEM نشان میدهد که کپسولها دارای قطر متوسط 5 - 8μm میباشند.میزان مواد موجود در هسته کپسولها و نسبت وزنی هسته به پوسته توسط معادلات زیر تعیین میگردد:
طیفهای FT-IR روغن بزرک، کپسولهای پلیاورتان و پوسته در شکل - 3 - آورده شده است. همانطورکه مشاهده میشود، پیکهای ارتعاشی کشش پهن N-H در محدوده 3353 cm-1، پیکهای ارتعاشی کششی آلیفاتیک C-H در 2955 cm-1 وپیکهای C=O و N-H مربوط به گروههای کاربامید در محدوده1503 cm-1 و 1642 cm-1 تائیدکننده ساختار پوسته و کپسولها میباشند. در منحنی مربوط به روغن بزرک، پیک-هایی در محدوده 1455-1510 cm-1، 1600-1680 cm-1 ، cm-1 1685-1775 و 3500 cm-1 مشاهده میشود که این پیکها بترتیب مربوط به پیوندهای C-H ، C=C ، C=O و O-H می-باشند. این منحنی اثبات میکند که ماده ترمیم کننده موجود در کپسولهای حاصل، از روغن بزرک میباشند.
قبل از انجام تستهای پراکندگی دینامیکی نور - DLS - ، تمامی نمونهها بطور مناسب رقیق شده تا پخش کدورت نسبی رخ دهد. شدت تفرق نور، رابطه مستقیم با اندازه ذرات دارد به همین دلیل شدت نور متفرق شده از ذره ای که درشت تر است بیشتر از ذره ریزتر میباشد. اندازهگیریها در حالت پراکندگی برگشتی در موقعیت دتکتور 137 ° صورت گرفته است. شکل - 4 - توزیع هیدرودینامیکی ذرات - نتیجه آزمون - DLS را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود، کپسولهای سنتز شده، در گستره 5 -8 μm میباشند. باتوجه به اینکه نرخ همزدن، میزان سورفکتانت و عوامل دیگر، تاثیر بسزایی در تعیین قطر کپسولها دارند، ولی با انتخاب شرایط بهینه، میتواند کپسولهایی با قطر کنترل شده، سنتز شود.
