پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: در این پژوهش، نمونه‌های فوم پلی‌یورتان مبتنی بر پلی‌بوتیلن‌سوکسینات دی‌ال (PBS-diol) و هگزامتیلن دی‌ایزوسیانات (HDI) با استفاده از روش فروشویی نمک تهیه شد. هویت پلیمرها با روش‌های طیف‌سنجی مطالعه و رفتار گرمایی و تشکیل فوم بررسی شد. چنین فومی با ماهیت پلی‌استر آلیفاتیک زیست‌تخریب‌پذیر دارای کاربردهای زیستی است.
روش تحقیق: پلی‌بوتیلن‌سوکسینات (PBS-diol) با روش دومرحله‌ای استری‌شدن و تراکمی‌شدن سنتز شد. سپس با افزودن هگزامتیلن دی‌ایزوسیانات (HDI) اقدام به تهیه پلی‌یورتان شد. پیشرفت واکنش با استفاده از طیف‌های FTIR بررسی شد. نانوذرات سریم‌اکسید (CeO2) در مراحل پایانی تهیه پلی‌یورتان به مقدارهای 0/5، 0/25، 0/1 در صد وزنی افزوده شد. در نهایت با افزودن نمک طعام (NaCl) با اندازه mm 170 در مرحله پایانی و سپس فروشویی نمک، فوم تهیه شد. از حلال دی متیل فرمامید (DMF) برای کاهش گرانروی استفاده شد. پس از مطالعه هویت پلیمرها، رفتار گرمایی آن‌ها بررسی و وجود بلورینگی ثانویه در آن‌ها مشاهده شد. از مدل آورامی در مطالعه بلورینگی نمونه‌ها استفاده شد. تصاویر میکروسکوپی تشکیل سلول‌های فوم را نشان می‌دهد.
نتایج اصلی: جرم مولکولی پلی‌بوتیلن‌سوکسینات حدود g/mol1800 تخمین زده شد. این ماده PBS-دی‌ال نامیده شده و به آن هگزامتیلن دی‌ایزوسیانات (HDI) اضافه شده تا پلی‌یورتان تهیه شود. پیشرفت واکنش با تغییرات قله cm^-1 2265 متعلق به گروه ایزوسیاناتی در طیف FTIR مطالعه شد که با پیشرفت واکنش این قله کوچک‌تر و در نهایت حذف می‌شود. عمده واکنش در 60-120 دقیقه پس از افزودن ایزوسیانات انجام می‌شود. تغییرات ساختاری در طیف HNMR نیز بررسی شد. منحنی‌های سرمایش DSC بررسی و قله‌‌های بلورینگی قطعه‌های سخت و نرم مشاهده و سینتیک بلورینگی غیرهم‌دمای آن‌ها با مدل آورامی بررسی و ملاحظه شد که ساختار بلورها غیرمتقارن و سه‌بعدی هستند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی اندازه سلول‌های تشکیل‌شده در فوم را حدود mm170 نشان می‌دهد، این اندازه قابل‌مقایسه با اندازه ذرات نمک استفاده‌شده اولیه است.

چکیده موضوع تحقیق: در این پژوهش، نمونه‌های کوپلی‌استرهای خطی و شاخه‌ای پلی بوتیلن سوکسینات - اتیلن ترفتالات (PBSET) تهیه گردیدند. اثر شاخه‌ای شدن بر ساختار و خواص کوپلی‌استر مطالعه شد. چنین کوپلی‌استرهایی، که بخش عمده آنها پلی‌استر آلیفاتیک است، دارای کاربردهای زیستی می‌باشند. افزودن بخش آروماتیکی و همچنین شاخه‌ای شدن تاثیر مهمی بر خواص دارد.
روش تحقیق: کلیه کوپلی‌استرها با روش دو مرحله‌ای استری‌شدن و تراکمی شدن تهیه شدند. نمونه‌ها در یک تجهیز آزمایشگاهی سنتز شدند. ابتداء در مرحله استری‌شدن، دو نوع پیش‌پلیمر بطور مجزا تولید گردیدند.. سپس در مرحله تراکمی‌شدن به مقدار لازم پیش‌پلیمرها در رآکتور ریخته شده و پس از افزودن کاتالیست و پایدارکننده گرمایی، واکنش انجام شد. پنتااریتریتول (PER) و تری‌ملیتیک انیدرید (TMA) بعنوان عوامل شاخه‌ای استفاده شدند. ساختار با استفاده از ATR-FTIR و ¹³CNMR، بلورینگی با XRD و خواص مکانیکی مطالعه شدند. مشاهده گردید که حتی مقدار کم عامل شاخه‌ای، خواص را تغییر می‌دهد. در این تحقیق، 0.4 درصد مولی از PER و 0.4 و 0.6 درصد مولی از TMA استفاده شدند.
نتایج اصلی: اندازه‌گیری ویسکوزیته ذاتی نشانگر آن است که جرم مولکولی بالا، حدود g/mol 38000 حاصل شده است. بررسی طیف‌های ATR-FTIR نشانگر سنتز پلی‌استر است. در طیف‌های ¹³CNMR می‌توان کربن‌های مولکول‌های عامل شاخه‌ای را نیز مشاهده نمود. لذا، طیف‌های ¹³CNMR بیانگر حضور عامل شاخه‌ای در ساختار پلیمر است. مبتنی بر نتایج XRD، شاخه‌اشدن تاثیر جدی بر نوع بلورینگی نداشته اما مقدار بلورینگی کاهش یافته است. افزودن عامل شاخه‌ای تغییر بسیاری در منحنی تنش-کرنش ایجاد نمود. مشاهده گردید که افزایش طول در شکست و تنش در شکست افزایش چشمگیری داشته و بترتیب تا 400% و 200% افزایش نشان می‌دهند. بدین ترتیب، کوپلی‌استر شاخه‌ای با عامل‌های TMA و PER تهیه شده و ضمن مطالعه ساختار و بلورینگی، خواص مکانیکی نیز ارائه گردید.

چکیده در این پژوهش، به کنترل دمای رآکتور نیمه‌پیوسته تولید پلی‌اتین ترفتالات پرداخته شده است. بدلیل مکانیزم و سینتیک پیچیده فرآیندهای پلیمریزاسیون که عمدتا بشدت غیرخطی نیز می‌باشند، بدست آوردن یک مدل نسبتا دقیق برای این فرآیند امری مشکل و نیازمند صرف هزینه و زمان است. دمای پلیمریزاسیون بعنوان متغیر واسط، تعیین کننده خواص نهایی پلیمر می‌باشد. دما ، از آنجا که امکان اندازه‌گیری آسان آن وجود دارد، یکی از بهترین گزینه‌های کنترل رآکتورهای پلیمریزاسیون است. منطق فازی توانایی اعمال بر روی فرآیندهای که دینامیک آنها کاملا شناخته شده نیست، را دارد. پس از اندازه‌گیری دما، خطا و تغییرات خطا محاسبه می‌شود. با استفاده از مجموعه‌های فازی مثلثی شکل، خطا و تغییرات خطا فازی سازی شده است. سپس قوانین فازی برای گرمای اعمال شده به رآکتور ارائه شده است. پنج مجموعه فازی برای خطا و سه مجموعه فازی برای تغییرات خطا بکار برده شده است. در نتیجه پانزده قانون مختلف بکار برده شده است. این پانزده قانون براساس پنج مجموعه فازی مقدار گرما برای هر قانون را ارائه می‌نماید. از روش میانگین وزنی برای غیرفازی‌سازی استفاده شده است. پلی‌اتیلن ترفتالات براساس روش دو مرحله‌ای استریفیکاسیون و پلی‌کندانسیون در رآکتور نیمه‌پیوسته سنتز شده است. رآکتور مربوطه بگونه‌ای ساخته شده که دما، فشار، سرعت چرخش و گشتاور را اندازه‌گیری می‌نماید. آب تولید شده برای تعیین پیشرفت واکنش در مرحله استریفیکاسیون استفاده می‌شود. در مرحله پلی‌کندانسیون از تغییرات گشتاور، انتهای فرآیند تعیین می‌شود. منطق کنترل فازی مبتنی بر قوانین زبانی در هر دو مرحله استریفیکاسیون و پلی‌کندانسیون اعمال گردید. دمای مرجع در این دو مرحله بترتیب 230^oC و 260^oC می‌باشد که با دقت 1-2^oC و بصورت هموار کنترل شده‌اند. منطق کنترلی با استفاده از زبان برنامه‌نویسی C#.net بطور بلادرنگ به رآکتور اعمال شده است.