نانو‌‌کامپوزیت­های (نانوچندسازه‌های) جدید‌ در راه بازار

گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ ایران پلیمر به‌ نظر می‌رسند که نانوچندسازه‌ها نو‌ظهور هستند، در صورتی که نانو‌چند‌سازه‌ها بیش از 30 سال است که وجود دارند.  نانوچندسازه به عنوان آمیزه­ای تعریف شده که حاوی یک پرکننده است که حداقل یکی از ابعاد آن در حد نانو  10 به توان منهای 9 متر باشد. نانوچند‌سازه‌ها در آزمایشگاه تحقیقاتی Toyota در اواخر سال 1980 خلق شد و در سال 1991 به شکل PA6 تقویت شده با نانو‌رس در یک تسمه تایم به منظور افزایش خواص مکانیکی مورد استفاده قرار گرفت. از آن به بعد، آن­ها به زمینه­ی مهم پژوهشی تبدیل شدند و با نانو‌افزودنی‌های متفاوت، نه تنها سفتی و استحکام، بلکه مقاومت در برابر آتش، سدگری گاز (gas barrier)، رسانایی گرمایی و الکتریکی نیز بهبود می‌یابد. نانوافزودنی­ها با استفاده از مقادیر بسیار کمتر از افزودنی­های معمول به کار می‌روند تا همان تاثیر را داشته باشند.

توسعه قابل توجهی در زمینه آماده‌سازی و تلفیق گرمانرم‌ها با نانوذراتی که از نظر شکل، اندازه، ضریب منظر، ساختار و هندسه متفاوت هستند، انجام شده‌است. چندین نوع نانوذره به عنوان افزودنی‌های ممکن برای افزایش خواص عملکردی شناخته شده‌اند. این‌ نانوذرات شامل نانورس‌هایی مانند مونت‌موریلونیت (montmorillonite) و هالوسایت‌ها (halloysite) هستند و هم­چنین کربن که ممکن است تقریبا به شکل تک بعدی (نانولوله‌های تک­جداره (SWCNT) و چندجداره (MWCNT)) و دوبعدی (گرافن) در نظر گرفته شود. هم­چنین نوع دیگر کربن‌ها به شکل کروی هستند، اما این‌ها تا به امروز کاربردهای کمی در نانوچندسازه‌ها داشته‌اند.

نانوفناوری قطعا آینده مهمی در آمیزه‌های پلاستیکی دارد، اما این آینده احتمال دارد به آن درخشندگی که در ابتدا تصور می­شد نباشد. به نقل از شرکت آمریکایی TenasiTech، پتانسیل فوق­العاده­­ای برای نانوچندسازه‌ها وجود دارد. این شرکت افزودنی‌های ضدخش/ضدآسیب (anti-mar/scratch) بر پایه فناوری نانورس برای بسپارهای مختلف از جمله آکریلیک‌ها، پلی‌آمیدها و پلی‌استر‌ها تولید کرده است.

از نظر راهبردی در سال‌های اخیر، تولیدکنندگان بسپار، بسپارهای جدید کمتری را به بازار عرضه کرده‌اند. ترجیحا، عملکرد بسپار را با ایجاد تغییرات جزئی در شیمی بسپار یا تولید هم‌بسپارها بر پایه مواد اولیه موجود، گسترش می‌دهند. این برای نانوچندسازه‌ها فرصت­های فراوانی را فراهم می‌‌کند.

به عقیده شرکت، اولا نوآوری آمیزه‌کارها و OEM بیشتر و بیشتر شده است، ­آن_­هایی که راه را برای مواد چندسازه‌ای بیشتر باز کرده­اند تا محصولات خود را برای کاربران نهایی متمایز سازند و انعطاف‌پذیری بیشتری برای ارایه­ی چنین موادی دارند. دوما هم‌بسپارهای جدید از برخی لحاظ کمبود عملکرد دارند که باید به واسطه افزودنی‌ها آن­ها را اصلاح کرد.

اگر انتقادی وجود داشته باشد، این است که نانوچندسازه می­تواند مدتی مد باشد، همان­طور که در مورد نانورس‌ها مشاهده شد که اوایل در زمینه‌های دانشگاهی و تجاری به شدت منتشر ‌شدند، اما زمانی که مواد دیگر رواج پیدا کردند، از توجه خارج شدند. فلسفه شرکت این است که کار را با مشتریانی انجام دهد که نیاز به استخراج ارزش این مواد دارند.

جدیدترین محصول شرکت TenasiTech، Solid-HT است که برای بسپارهای فراورش شده در دماهای زیاد طراحی شده‌است. در حال حاضر، این محصول به مشتریان پلی‌کربنات فروخته می­شود. خراشیدگی (Scratching) مشکل همیشگی چه در قالب­گیری و چه در رانشگری ورق پلی‌کربنات‌ها بوده است. با افزودن HT–Solid هنگام فرایندکاری PC، ورق‌ رانشگری شده می‌تواند بدون افت عملکرد ضد‌خش، گرماشکل‌دهی شود. این مزیتی است که با پوشش­های سخت (hard coating) رایج به دست نمی‌آید.

نکاتی در مورد فرایند نانوذرات

به نقل از موسسه فناوری پلاستیک AIMPLAS فراورش نانوذرات با گرمانرم‌ها همیشه چالش بوده‌ است. سطح ویژه فوق­العاده زیاد نانوذرات در مقایسه با الیاف تقویت­کننده معمول، نیروهای جاذبه بسیار زیادی را بین خود نانوذرات اعمال می­کند که موجب مقادیر مختلف انبوهش (aggregation) و تولید کلوخه‌ها (از 5/0 میکرون تا 200 میکرون) می‌شود. بسته به هندسه ذرات، انواع مختلف کلوخه‌ها، ذرات کروی، صفحه‌ای و لیفچه‌ای (fibrillar)، یافت می­شود.

شرکت AIMPLAS چندین چالش کلیدی را برای پراکنش مواد گرافنی در گرمانرم‌ها شناسایی کرده است: 1. گرمانرم‌ها در حالت مذاب سیالاتی با گرانروی زیاد هستند و صفحات گرافنی می‌توانند بر اثر برش زیاد بشکنند و به راحتی خم و گرد شوند، 2. تنوع بسیار زیادی در رفتار شیمیایی بسپارها وجود دارد، از کاملا قطبی تا غیر قطبی، 3. روش‌های پراکنش در مقیاس صنعتی باید ساده و ارزان باشد و 4. بسپارها مولکول‌های بسیار بزرگ با قدرت نفوذپذیری محدود بین صفحات گرافنی هستند.

موسسه AIMPLAS 3 فناوری کلیدی برای پراکنش نانومواد در بستر بسپارها شناسایی کرده است: پراکنش در مایعات؛ بسپارش درجا (In-situ polymerisation)؛ و اختلاط مذاب (در آمیزه­کاری مرسوم استفاده می‌شود). جدول 1، جوانب مثبت و منفی هر روش را بررسی می‌کند.

برگردان : مهندس آناهیتا خدر

[email protected]

(ادامه دارد…)

متن کامل این مقاله را در شماره 206 ماهنامه بسپار که در نیمه آذرماه منتشر شده است، بخوانید. 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق فیدیبو قابل دسترسی است.