پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضــوع تحقیــق: غشاها و فرایندهای غشایی در دهه‌های اخیر به‌عنوان فناوری‌های مهمی در صنعت، به‌ویژه در زمینه‌هایی مانند تصفیه آب، نفت، جداسازی گازها و نمک‌زدایی شناخته شده‌اند. از میان غشاها، غشاهای سرامیکی به‌دلیل ویژگی‌هایی نظیر مقاومت مکانیکی، شیمیایی و حرارتی بالا، تخلخل مناسب و شار عبوری زیاد، به‌طور فزاینده‌ای مورد توجه صنایع و محققان قرار گرفته‌اند. هدف این تحقیق، بررسی ویژگی‌های تعلیقی سرامیکی آلومینایی است که برای تولید غشاهای سرامیکی به روش قالب‌ریزی ژل استفاده می‌شود.

روش تحقیــق: این پژوهش بر ارزیابی تأثیر ترکیبات پلی‌ساکاریدی به‌عنوان افزودنی‌های آلی و پیونددهنده در ساخت غشاهای سرامیکی متمرکز است. به‌منظور دستیابی به ریزساختارهای بهینه، مطالعه حاضر پارامترهای رئولوژی و شیمی-رئولوژی تعلیقی های پودر سرامیکی آلومینا-پلی‌ساکاریدرها مورد بررسی قرار می‌دهد. تأثیر عوامل مختلفی از جمله دما، حضور یا عدم حضور پودر سرامیکی، ترکیب درصد اتصال‌دهنده عرضی و درصد افزودنی آلی تحت عنوان پیونددهنده بر زمان ژل‌شدن نیز ارزیابی شده است. ضمنا ریزساختار غشاهای نهایی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد ارزیابی قرار گرفت.

نتایــج اصلــی: این تحقیق نشان داد که تعلیقی تشکیل‌شده از پودر آلومینا، پلی‌ساکارید و اتصال‌دهنده عرضی آلدهیدی از نظر قابلیت شکل‌دهی، گزینه‌ای مناسب برای تولید قطعات سرامیکی پیچیده و مقاوم است. تحلیل­ها نشان داد که این سامانه با بار حجمی بالای 30 درصدی پودر سرامیکی با افزایش 5-۱۰ درجه­ای دما و افزایش ۲-۳ برابری مقادیر پلی ساکارید به عنوان پیونددهنده و اتصال‌دهنده عرضی آلدهیدی به طور معناداری زمان ژل‌شدن را کاهش می‌دهد. این یافته‌ها بر اهمیت کنترل دقیق پارامترهایی مانند دما و غلظت مواد افزودنی در بار حجمی پودر سرامیکی مشخص تأکید دارد.

چکیده یکی از مسائلی که در ارتباط با تولید نفت دچار مشکل شده است، تولید آب است که سبب کاهش عمر تولید از مخازن و چاه‌های نفت می‌شود. امروزه برای عملیات کنترل تولید آب در مخزن از روش تزریق ژل پلیمر استفاده می‌شود. از این‌رو، در این مطالعه سعی شده است که با توجه به مخازن ایران و همچنین به علت وجود مشکلات زیست محیطی در زمینه‌ی پلیمرهای سنتزی، ویژگی رئولوژیکی هیدروژل‌های بر پایه‌ی زانتان بررسی شود. استحکام و پایداری هیدروژل‌ها با تغییر شرایط محیطی به صورت تابعی از زمان و نرخ برش قابل بررسی است. بدین منظور، خواص ویسکوالاستیک هیدروژل‌ها شامل مدول الاستیک و ویسکوز نسبت به دما، زمان و نرخ تغییر شکل برای محلول ژلانت مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین تاثیر ترکیبات هیدروژل‌ها شامل غلظت پلیمر، نسبت وزنی عامل شبکه‌کننده به پلیمر و درصد وزنی نانوذرات سیلیکا در بررسی خواص رئولوژیکی مد نظر قرار گرفته است. علاوه‌براین، زمان ژل شدن به عنوان یکی از مهم‌ترین پارامتر تعیین‌کننده هیدروژل در طول تزریق در محیط متخلخل، بررسی شده است.

چکیده مذاب­های پلیمری رفتار آسودگی از تنش مرتبط با ساختار مولکولی پلیمرها را، در پاسخ به تغییر شکل اعمال شده نشان می­دهند. هدف از این تحقیق، بررسی و مطالعه­ی رفتار رئولوژیکی پلیمرهای شاخه­دار و اثر شاخه در جریان ویسکوالاستیک خطی و غیرخطی برای استفاده در کاربردهای مختلف صنعتی است. برای این منظور از آزمون­های رئولوژیکی نظیر روبش بسامد و کشش برای دو پلی­اتیلن سبک (LDPE) با شاخه­های بلند استفاده شده است. از این آزمون­ها مدول­های ذخیره و اتلاف، گرانروی پیچیده و گرانروی کششی بدست می­آید. همچنین در این راستا می­توان از مدل­های مولکولی در نواحی ویسکوالاستیک غیرخطی استفاده کرد. آزمون­های ویسکوالاستیک خطی تا حدودی حضور شاخه در LDPE را می­توانند نشان دهند، در حالی که آزمون­های ویسکوالاستیک غیرخطی برای نمونه شاخه­دار رفتار سخت­شوندگی در برابر کرنش نشان می­دهند. یکی از مدل­های کارآمد برای پلیمرهای شاخه­دار مدل پام-پام چند حالته (Multimode Pom-Pom, MPP) است که از آن در پیش­بینی پدیده­ی سخت­شوندگی در برابر کرنش در جریان­های کششی می­توان استفاده کرد. در این تحقیق با استفاده از این مدل متوسط تعداد شاخه­های جانبی نیز محاسبه شده است.

چکیده موضوع تحقیق: وجود ضعف در استحکام مکانیکی و عدم پایداری حرارتی هیدروژل­­ها، سبب ایجاد محدودیت در کاربرد گسترده­ی آن­ها در صنایع مختلف شده است. نیاز روز افزون صنعت برای رفع این مسئله و دستیابی به هیدروژل­هایی با خواص بهبود یافته، منجر به طراحی و تولید هیدروژل­های نانوکامپوزیتی شده است.
روش تحقیق: شبکه­ی پلیمری هیدروژل­های نانوکامپوزیتی در مقایسه با هیدروژل­های مرسوم، دارای خواص ارتجاعی و رئولوژیکی بهبود یافته است. از دیگر نکاتی که بر اهمیت مطالعات ساختاری هیدروژل­های نانوکامپوزیتی می­افزاید، استحکام بالای این مواد در مقابل اعمال نیروی خارجی و همچنین حفظ ساختار آن در برابر افزایش دما است. در ایــن راســتا نوع و مقادیر نانوماده، روش ساخت و شکل­گیری شبکه­­ی هیدروژل، نقش قابل توجهی در بهبــود خــواص فیزیکــی، شــیمیایی و زیســتی هیدروژل­ها دارد و البته پارامترهای ذکر شده وابسته به کاربرد هیدروژل­های نانوکامپوزیت، متفاوت خواهد بود. که همین امر لزوم تولید هیدروژل­های نانوکامپوزیت خیاط دوز(tailor-made) را نشان می­دهد. بنابراین آشنایی با گستره­ی نانومواد، روش ساخت و شناسایی محصول در کنار اطلاعات کافی در مورد کاربرد این مواد نقش مهمی در تضمین موفقیت این مواد خواهد داشت که این امر مستلزم پژوهش و مطالعات کتابخانه­ای جامع و اشراف به فرایندهای پلیمریزاسیون، علوم ریخت­شناسی و رئولوژی خواهد بود.
نتایج اصلی: در این مقاله مروری، به پیشرفت­های علمی در زمینه­ی هیدروژل­های نانوکامپوزیتی با تمرکز بر انواع آن مبنی بر نوع نانوذرات، ویژگی­های آن، روش­های ساخت، روش­های شناسایی با دیدگاهی نوین در زمینه­های رئولوژی، آنالیز حرارتی و ریخت­شناسی پرداخته شده است و در نهایت قابلیت کاربرد این مواد در قالب یک جدول جامع در زمینه­های متفاوتی چون مهندسی بافت، ازدیاد برداشت نفت، کشاورزی و... گردآوری شده است.

چکیده به منظور توسعه دامنه کاربرد مواد پلیمری در تهیه سیالات حفاری، در این پژوهش آمیزه های مختلفی از نشاسته گندم و پلی اکریل آمید تهیه و رفتار ریولوژی و سازگاری نمونه ها در شرایط متفاوت مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی رفتار رئولوژیکی آمیزه های نشاسته-پلی اکریل آمید در آب شیر و آب نمک اشباع نشان داد که در هر دو محیط با افزایش غلظت پلی اکریل آمید، ویسکوزیته نمونه ها افزایش یافت. با این وجود، آمیزه های نشاسته-پلی اکریل آمید در آب نمک اشباع ویسکوزیته پایین تری نسبت به آب معمولی داشتند. مشاهده شد که در هر دو محیط آب شیر و آب نمک اشباع پس از 24 ساعت ماندگی در دمای 90 درجه سانتیگراد، ویسکوزیته اکثر نمونه ها افزایش یافت. مقایسه منحنی های مربوط به داده های تجربی ویسکوزیته و پیش بینی قانون مخلوط ها نشان داد که در آب نمک اشباع و دمای ^◦c90 این منحنی ها بسیار به هم نزدیک بوده و این رفتار می تواند دلالت بر سازگاری اجزاء این آمیزه در محیط آب نمک اشباع باشد. انجام فرآیند پیرشدگی نمونه ها سبب بهبود سازگاری آمیزه های نشاسته- پلی اکریل آمید شد.
در مجموع نتایج این پژوهش نشان داد که آمیزه های نشاسته – پلی اکریل آمید در دمای بالا (^◦C90 ) و محیط آب نمک NaCl اشباع سازگار بوده و بکارگیری این آمیزه ها در تهیه سیالات حفاری می تواند توسعه دامنه کاربرد مواد پلیمری در تهیه این سیالات و سهولت در تنظیم خواص رئولوژیکی آنها را به همراه داشته باشد.

چکیده با توجه به عمر طولانی بسیاری از چاه‌های نفت و گاز، لزوم انسداد موقت آن‌ها به منظور عملیات تعمیر چاه بسیار ضروری به نظر می‌رسد. یکی از روش‌های نوین، استفاده از مجرابند‌های ژله‌ای است. استحکام هیدروژل در شرایط چاه مورد نظر از مهمترین چالش‌ها در زمینه کاربرد هیدروژل‌های پلیمری در انسداد موقت چاه به منظور عملیات تعمیر است. در این پژوهش از نانو ذرات سیلیکا به عنوان عامل بهبود استحکام ژل پلیمر‌های پلیمری و از آزمون‌های بطری و رئولوژی برای بررسی استحکام آن در شرایط چاه مورد نظر (دما و شوری زیاد) استفاده شد. همچنین خواص استحکامی هیدروژل٬ رفتار تورمی آن در محیط‌های مختلف آب مقطر، آب سازند، آب شیر و نفت مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شد با افزودن نانوذرات استحکام هیدروژل ازPa۵۲1 به حدود Pa26۲۰۰ افزایش یافت (۵000 درصد افزایش). همچنین با افزایش استحکام ژل٬ تورم آن در محیط آبی کاهش قابل ملاحظه‌ای داشته است. بر اساس نتایج بدست آمده در پژوهش حاضر، نمونه ژل پلیمر حاوی ۹% وزنی از نانوذرات سیلیکا با استحکام ساختاری و پایداری حرارتی در دمای C 90ْ برای انجام مطالعات میدانی معرفی می‌شود.