مقدمه

امروزه استفاده از ضايعات طبيعي به جاي پليمر هاي مصنوعي تبديل به يكي از موضوعات جدي تحقيقات علمي شده است. عوامل مختلفي نظير گرمايش زمين، رشد جمعيت و به تبع آن افزايش توليد محصولات بر پايه پليمرهاي مصنوعي و نگراني هاي در مورد كاهش تدريجي منابع نفتي باعث افزايش انگيزه ي توليدكنندگان محصولات پليمري جهت استفاده از ضايعات طبيعي ارزان قيمت و سازگار با محيط زيست شده است. اين ضايعات طبيعي همه از منابع تجديدپذير به حساب مي آيند و بطور مزاياي فراواني نظير زيست سازگاري، زيست تخريب پذيري، غير سمي بودن، ارزاني و قابل دسترس بودن دارند كه آنها را تبديل به جايگزين هاي مناسبي براي پليمرهاي مصنوعي كرده است. يكي از منابع وافر بيوپليمرها، ضايعات طبيعي هستند كه انبوهي از آنها سالانه به عنوان مواد دورريز صنايع مختلف از جمله كشاورزي، دامداري، شيلات و چوب توليد مي شود. در اين ميان، با اين حجم عظيم از ضايعات برخوردهاي مختلفي انجام مي گيرد كه در اكثر مواقع به سوزاندن و از بين بردن انرژي و پتانسيل نهفته در آنها محدود مي شود. با توجه به گزارش هاي متعددي كه در مورد آلودگي هاي ناشي از سوزاندن اين مواد و همچنين بروز آتش سوزي هاي مكرر جنگل ها بر اثر سوزاندن ضايعات مزارع منتشر شده است، قوانين زيست محيطي سختگيرانه اي به منظور جلوگيري از سوزاندن ضايعات طبيعي وضع شده است كه امروزه در كشورهاي توسعه يافته با جديت پي گيري مي شود. در عين حال، با توجه به پتانسيل بالايي كه اين ضايعات ارزان قيمت جهت استفاده در كاربردهاي مختلف دارند، از بين بردن آنها رفتار منطقي اي به نظر نمي آيد. به همين دليل، مطالعات گسترده اي در زمينه استخراج و سنتز پليمرهاي زيست سازگار نظير پليلاكتيك اسيد [1] و پلي هيدرواكسي آلكانوات ها [2] انجام گرفته است. با اين وجود، فرآيند استخراج و سنتز اين بيوپليمرها پيچيده، زمانبر و گرانقيمت است و اين موضوع باعث لطمه خوردن ديدگاه اقتصادي توليد اين مواد و محدود شدن كاربرد آنها در مقياس صنعتي مي شود. همچنين، نتايج تحقيقات مختلف در اين زمينه حاكي از آن است كه بيوپليمرهاي استخراج شده از ضايعات طبيعي به تنهايي قادر تامين خواص مكانيكي مورد نياز كاربردهاي مختلف نيستند و نيازمند اجراي اصلاحات شيميايي بعدي ميباشند كه خود بر هزينه توليد آنها مي افزايد [3]. لذا، راهكاري كه در ادامه اين مطالعات ارائه شد، آميزه سازي ضايعات طبيعي با ساير پليمرها بود. استفاده از پليمرهاي پرمصرف در كنار ضايعات پليمري، با اصلاح خواص مكانيكي بيوپليمرها، مسير توسعه و استفاده آنها را در كاربردهاي صنعتي هموار ميكند.

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست مطالب

چكيده …………………………………………………………………………………….…………………1 مقدمه ……………………………………………………………………………………..…………………2

فصل اول: كليات

ضايعات طبيعي موجود، حاوي بيوپليمرهايي هستند كه عمدتاً متعلق به دو خانواده اصلي پلي ساكاريدها و پلي پپتيدها مي باشند. تحقيقات اوليه در زمينه آميزه سازي ضايعات طبيعي با ديگر پليمرها بيشتر بر روي بيوپليمرهاي استخراج شده از منابع پلي ساكاريدي به خصوص سلولز و نشاسته موجود در مواد گياهي نظير گندم [4]، برنج [5]، ذرت [6] و جو [7] متمركز بوده است و گزارش ها و اطلاعات بيشماري در مورد آميزه هاي اين مواد با پليمرهاي گرمانرمي نظير پلي اتيلن [8]، پلي پروپيلن [9]، پلياستايرن [10]، پلي آميدها [11]، پليوينيل استات [12] و پلياتيلن ترفتالات [13] و پليمرهاي گرماسختي نظير اپوكسي [14]، پلياستر غير اشباع [15]، لاستيك طبيعي [16]، استايرن- بوتادي ان رابر [17]، آكريلونيتريل رابر [18] و بوتيل رابر [19] در دسترس مي باشد. با اين وجود، محققان فعال در اين زمينه اذعان دارند كه استفاده از اين نوع بيوپليمرها، به دليل پايداري حرارتي پايين، در دستگاه هاي فرآورش متداول با مشكلات فراواني همراه است. از جهتي ديگر، به دليل فصلي بودن عرضه محصولات كشاورزي كه منبع عمده بيوپليمرهاي پلي ساكاريدي هستند، اين پليمرهاي طبيعي در زمان هاي خاصي از سال در دسترس هستند كه خود باعث بروز مشكلاتي براي صنايع ذيربط جهت تامين مواد اوليه ميشود. از اين رو، اخيراً مطالعات محققان به سمت بيوپليمرهاي پلي پپتيدي و بويژه، مخلوط آنها با ساير پليمرها تغيير جهت داده است. بيوپليمرهاي پلي پپتيدي، كه پر پرندگان از جمله مهمترين نمونه هاي آنها بشمار مي رود، از واكنش پليمريزاسيون بين مجموعه اي 20تايي از اسيدآمينه هاي شناخته شده در طبيعت توليد مي شوند. از اين جهت، ساختار و خواص اين گونه بيوپليمرها تابع نوع و ميزان اسيدآمينه هاي موجود در واحدهاي تكراري آنها ميباشد كه خود باعث پيدايش موادي برخوردار از محدوده وسيعي از خواص مي شود. با توجه به نو و جديد بودن اين زمينه تحقيقاتي، پرداختن بيشتر به آن و مشاركت در توليد داده هاي قابل استفاده توسط ساير گروه هاي تحقيقاتي مرتبط بسيار حائز اهميت بشمار مي رود. در اين راستا، پژوهش جاري به شناسائي ميزان سازگاري پليمر مصنوعي و پرمصرف پلي وينيل كلرايد و پلي پپتيد پر مرغ به عنوان عاملي تعيين كننده در خواص و ويژگيهاي نهائي مخلوط هاي تهيه شده از آنها مي پردازد.
1-1-1) بيوپليمرهاي پليپپتيدي
بيوپليمرهاي پليپپتيدي، پليمرهاي خطي و بدون انشعابي هستند كه از به هم پيوستن زنجيره هاي كوچكي از اسيد آمينه ها توسط پيوندهاي پپتيدي تشكيل مي شوند. اسيدآمينه ها نيز خود ملكول هاي آلي حاوي گروههاي آمين و كربوكسيل و يك گروه جانبي R هستند كه ساختار شيميايي نظير شكل 1-1 دارند: شكل 1- 1. ساختار شيميايي عمومي اسيدآمينهها. تاكنون بيش از صد نوع اسيدآمينه در طبيعت يافت شده است كه در اين ميان 20 نوع از آنها در ساختارهاي پلي پپتيدي به كار مي روند. همانطور كه در شكل 1-2 به صورت شماتيك نمايش داده شده است، براي تشكيل پيوندهاي پپتيدي بين اسيدآمينه ها، هيدروژن متصل به گروه آمين يكي از اسيد آمينه ها با اكسيژن گروه كربوكسيل ديگري واكنش داده و با خروج يك مولكول آب از تركيب، پيوند پپتيدي قوي اي بين آنها برقرار مي شود.

يكي ديگر از بيوپليمرهاي پليپپتيدي، كازئين مي باشد كه 80 درصد پروتئين شير را تشكيل مي دهد. در ساختار شيميايي اين بيوپليمر، مقادير زيادي از اسيدآمينه پرولين موجود است؛ در حاليكه هيچ گونه اسيدآمينه گوگرددار در آن يافت نمي شود. به همين دليل، كازئين ساختاري آب گريز دارد و به سختي در آب حل مي شود. كازئين به عنوان يكي از پلاستيك طبيعي پلي پپتيدي شناخته مي شود كه كاربرد آن در صنايع غذايي به دليل ارزش خوراكي و نيز عامل چسبندگي نسبتاً موفق بوده است. با اين وجود، گزارشات موجود در زمينه آميزه سازي اين بيوپليمر با پليمرهاي سنتزي بسيار محدود مي باشد [22].
فيبروئين نيز يكي از پليمرهاي پلي پپتيدي اليافي با وزن مولكولي بالا است كه ماده اصلي ابريشم توليد شده توسط كرم هاي ابريشم، پروانه ها، عنكبوت ها، عقرب ها و بندپايان مي باشد. ساختار شيميايي فيبروئين از توالي شش نوع اسيدآمينه تشكيل شده (شكل 1-4) و حاوي صفحات β مي باشد كه باعث استحكام كششي بالاي الياف فيبروئين حتي بيشتر از الياف كولار مي شود [23]. شكل1- 4. توالي اسيدآمينه در ساختار شيميايي بيوپليمر فيبروئين. مطالعات فراواني در زمينه استفاده از الياف فيبروئين در ماتريس پليمرهاي سنتزي گرمانرم و گرماسخت صورت گرفته كه نشان از كارايي بالاي اين بيوپليمر پلي پپتيدي دارد [23]. همچنين، گلوتن از جمله بيوپليمرهاي پلي پپتيدي است كه در دانه گياهاني نظير گندم، جو، سويا و چاودار و همچنين موم كندوي عسل يافت ميشود. ساختار شيميايي اين بيوپليمر عمدتاً حاوي اسيدآمينه هاي پرولامين و گلوتلين مي باشد. با توجه به خاصيت الاستيك بالاي اين بيوپليمر، اخيراً مورد توجه محققان بسياري قرار گرفته است و جهت چقرمه سازي پليمرهاي سنتزي از قبيل پلي اتيلن [24]، پلي استايرن [25]، پلي پروپيلن [26] و پليمرهاي طبيعي نظير نشاسته [27] ، سلولز [28]، پليوينيل الكل [29] و پلي كاپرولاكتون [30] مورد استفاده قرار گرفته است. غني ترين منبع پليمرهاي پليپپتيدي، كراتين ميباشد كه ماده اصلي تشكيل دهنده موي انسان، ناخن، نوك و چنگال پرندگان، سم چهارپايان، پشم و پر ميباشد. از آنجاكه تمامي اسيدآمينه هاي به كار رفته در پليمرهاي پليپپتيدي در ساختار شيميايي كراتين يافت ميشوند، اين بيوپليمر حاوي گروه هايشيميايي متنوع و انواع پيوندهاي بين مولكولي ميباشد. از اين رو، ساختار شيميايي كراتين مي تواند باعث پيدايش مورفولوژي ماكروسكوپيك و ساختارهاي فيزيكي مختلفي شود. به عنوان مثال، اسيدآمينه هاي غالب در ساختار شيميايي پشم لئوسين، سرين و گلسين هستند كه جزو اسيدآمينه هاي سنگين محسوب مي شوند. در نتيجه، پشم در مقايسه با موي انسان كه غالباً از اسيدآمينه هاي سيستئيك اسيد، والين و آسپارتيك اسيد تشكيل شده جرم مولكولي بالا تري دارد (جرم مولكولي پشم و موي انسان به ترتيب برابر KDa 60 و 15 مي باشد) [31]. يكي از منابع بيوپليمرهاي كراتيني، پر ماكيان ميباشد. به طور كلي، پر، ماكيان را از ديگر مهرهداران متمايز مي كند و نقش مهمي در اجراي فرآيندهاي فيزيولوژيكي اين موجودات دارد. تمامي بدن اكثر پرندگان بالغ بجز منقار، چشم ها و پاها از پر پوشيده شده كه نه تنها امكان پرواز كردن را به پرندگان مي دهد بلكه براي تنظيم دماي بدن آنها نيز حياتي مي باشد.

ساختار شيميايي عمومي  اسيدآمينهها.

ساختار شيميايي عمومي اسيدآمينهها.

1- 1) پليمرهاي طبيعي…………………………………………………………….….……………… 4
1- 1- 1) پليمرهاي طبيعي پلي پپتيدي….………………… ..………………………….………5
1- 1- 1-1) انواع پليمرهاي طبيعي پلي پپتيدي.…………………….……….………………………7
1- 2) ساختار فيزيكي و شيميايي پر ………………………………………………..………………12

فصل دوم: كاربرد پر

هونگ و وول [4] از پر به جاي سيليكون در توليد ميكروچيپ هاي كامپيوتري استفاده كردند. به دليل ساختار متخلخل پر و جمع شدن هوا در اين حفره ها، پر قابليت خوبي در هدايت الكترون ها دارد كه استفاده از آن را در اين كاربرد ميسر مي كند. همچنين بارنز و ياكوبسن از پر در توليد بردهاي مدارهاي الكتريكي استفاده كردند. اين بردها نسبت به بردهاي سيليكوني 50% سبكتر هستند و سيگنالهاي الكتريكي دو برابر سريعتر در آنها حركت مي كنند. كاوادا [5] نيز فرآيندي براي تهيه الياف كوتاه از پر ابداع كرد. با اين وجود اين گونه ابداعات تونايي استفاده از پر در حجم انبوه را ندارند. يكي از صنايعي كه مي توان در آن از ضايعات پر درحجم انبوه و صنعتي استفاده كرد، صنايع پليمري است. اما خواص ضعيف مكانيكي و همچنين شكنندگي نامناسب پر، كاربرد آن را در اين صنعت محدود مي كند. بهترين راه حل جهت هر چه كم رنگ تر كردن اين نواقص، آلياژ كردن پر با ديگر پليمرهاست كه راه حلي مناسب براي كاهش سهم پليمرهاي توليدي پتروشيمي هاست و همچنين خواص مكانيكي آنها را علاوه بر قيمت پايين پر ميسر مي نمايد.
2 -2) راهكارهاي اصلاح خواص پر
با توجه به مطالب پيش گفته، محققان و صاحبان صنايع مختلف همواره در انديشه يافتن راهكاري براي استفاده مناسب از ضايعات پر بودهاند. از جمله راهكارهايي كه تاكنون مورد بهره برداري قرار گرفته است، مي توان به اصلاح شيميايي ساختار و نيز آميزه سازي آن با ساير پليمرهاي مصنوعي اشاره نمود. در اين بخش، ابتدا به نتايج تحقيقات در زمينه تغيير در ساختار شيميايي پر پرداخته شده و در ادامه نيز يافته هاي گزارش شده در راستاي آميزه سازي پر / پليمرهاي مصنوعي ارائه خواهد گرديد.
2 -2-1) اصلاح شيميايي پر
مطالعات متعددي در زمينه اصلاح شيميايي پر به منظور افزايش خواص مكانيكي آن انجام پذيرفته است به عنوان مثال، شروين و همكارانش [50] نشان دادند كه برهم كنش كنترل شده جزء سيستئين كراتين پر با يدواستيك باعث پايداري محلول پر شده و توليد فيلم از آن را هموار ميكند. همچنين، جزء باقيمانده سيستئين طبق مدل فرضي شكل 1-8، قادر به توليد شبكه هاي فيزيكي ميان زنجيره هاي پلي پپتيدي هستند؛ كه در نهايت باعث افزايش خواص مكانيكي حين فرآيند توليد فيلم مي شود. اين بهبود در خواص مكانيكي از طرفي به افزايش ميزان پيوندهاي دي سولفيدي و از طرفي ديگر به افزايش ميزان بلورينگي ناشي

علاوه بر اين، مور و همكاران [53]، اثر گليسرول را بر روي خواص مكانيكي و حرارتي و همچنين ميزانعبوردهي بخار آب و حلاليت فيلم پر مورد بررسي قرار دادند. نتايج آزمايشات مكانيكي نشان داد كهاستحكام كششي از MPa 6/16 براي فيلم پر خالص به MPa 2 براي فيلم پر حاوي g 0.09 گليسرولكاهش، ازدياد طول در شكست از 7/1 به 9/31 ٪ افزايش و مدول يانگ از MPa 2/10 به 2/0 كاهش يافت. همچنين، در اثر افزودن مقدار مشابه از گليسرول، عبوردهي بخار آب از 8-10 × 19/5 براي فيلم خالص به حدود6-10 و حلاليت فيلم پر نيز از g/g 307/0 به g/g 507/0افزايش يافت. دماي انتقال شيشه اي ((Tg فيلم پر نيز بر اثر افزايش درصد وزني گليسرول افزايش يافت. اين محققان رابطه استحكام كششي و مدول
يانگ را با Tg براي فيلم هاي پر با درصدهاي وزني مختلف گلسيرول نيز بررسي كردند (شكل 1-11). نتايج حاكي از آن بود كه خواص مكانيكي با افزايش Tg بيشتر مي شوند.
همچنين، اين گروه تحقيقاتي در مطالعهاي ديگر نشان دادند كه الياف پر برخلاف ماتريس LDPE، قادربه ايفاي نقش تقويت كنندگي در ماتريس پلي اتيلن سنگين (HDPE) نيستند. آنها علت اين پديده را به اين حقيقت نسبت ميدهند كه الياف پر مانع از بلورينگي كامل ماتريس LDPE مي شوند، در حاليكه حضور اين الياف در ماتريس HDPE منجر به بلورينگي زنجيرهاي پليمر اطراف سطح الياف مي شود (ترانس- كريستاليزاسيون ). اين مطلب را مي توان به روشني با مقايسه نمودار DSC پليمر خالص و كامپوزيت HDPE / الياف پر مشاهده كرد (شكل 1-13). از آنجا كه نوع اين بلورها با بلورهاي واقع در توده ماتريس HDPE متفاوت است، حين اعمال تنش به كامپوزيت، اين بلورها تبديل به نقاط تمركز تنش شده و خواص مكانيكي را كاهش مي دهند [55].

. اجزاي مختلف پوش پر

. اجزاي مختلف پوش پر

2- 1) استفاده از پر به صورت خالص.………………………………………….……………..………21
2- 2) راهكارهاي اصلاح خواص پر…………..……………………… ……….….……………………22
2- 2- 1) اصلاح شيميايي پر………………..…………… …..…………….…….……………………22
2- 2- 2) مخلوط هاي پر با ساير پليمرها.………………..……………… ……………………………28
نتيجه گيري……..……………………………….……………………….….……………………..……44 منابع و مĤخذ …………….……………………………………………….…….……..………………… 46 فهرست منابع لاتين ……..…………………………………………….…….……..…………………46

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست جداول

جدول 1-1. نوع و تركيب درصد اسيدآمينه هاي موجود در پر مرغ…………………………………17
جدول 2-1. خواص مكانيكي فيلم هاي پر شبكه اي شده و شبكه اي نشد…………………25
جدول 2-2: مقادير NRC كامپوزيت PP حاوي درصدهاي وزني مختلف الياف پر و جوت..………30
جدول 2- 3: استحكام و مدول كششي و خمشي كامپوزيت اپوكسي تقويتشده با الياف پر اصلاح شده و اصلاح نشده.…………………………………………………………………………35

فهرست اشکال

شكل 1-1: ساختار شيميايي عمومي اسيدآمينه ها………………………………………6
شكل 1-2: نحوه تشكيل پيوند پپتيدي ميان دو اسيدآمينه………………………………..7
شكل 1-3: ساختار مارپيچي سه زنجيره پلي پپتيدي يك ريز رشته كلاژن……………..8
شكل1- 4: توالي اسيدآمينه در ساختار شيميايي بيوپليمر فيبروئين…………………….10
شكل 1-5: پنج نوع اصلي پر: a) پوش پر، b) زبر، c) سمي پلام، d) خوابيده، e) فيلوپلام…………………………………………………………………………………………..12
شكل 1-6: اجزاي مختلف پوش پر…………………………………………………………….14
شكل 1-7: تصاوير SEM پر مرغ: a) كوئيل دروني b) الياف پر c) كوئيل بيروني d) كوئيل دروني e) الياف پر………………………………………………………………………………………………..15
شكل2- 1: مدل فرضي شكل گيري شبكه هاي فيزيكي حين فرآيند توليد فيلم پر. در حالت (a) صفحات β حين فرآيند توليد فيلم شكل مي گيرند كه منجر به جلوگيري از دوباره تاخوردگي ساختار مي شود. در حالت (b) ساختارهاي ثانويه شامل شبكه هاي فيزيكي و شيميايي شكل مي گيرند……………………………………………………………………. 23
شكل 2-2: مدول يانگ، استحكام كششي و ازدياد طول در شكست بر حسب درجه اصلاح شدگي جزء سيستئين پر……………………………………………………………………..24
شكل 2-3: تاثير غلظت هاي مختلف گليسرول بر روي محتوي تعادلي رطوبت فيلم پر……………………………………………………………………………………………………26
شكل 2 -4: رابطه استحكام كششي و مدول يانگ با Tg فيلم هاي پر حاوي درصدهاي وزني مختلف گليسرول…………………………………………………………………………………..27
شكل 2- 5: تصاوير SEM كامپوزيت LDPE / الياف پر: a)10 درصد وزني الياف پر، b) 40 درصد وزني الياف پر……………………………………………………………………………………..28
شكل 2-6: نمودار DSC پليمر خالص HDPE و كامپوزيت HDPE / پر…………………………………………………………………………………………………29
شكل2- 7: نمودار مدول ذخيره – دما كامپوزيت هاي PMMA / كراتين پر و PMMA خالص…………………………………………………………………………………………..32
شكل 2- 8: نتايج آزمون هاي مكانيكي و ديناميكي – مكانيكي كامپوزيت هاي PLA / كراتين پر و PLA خالص…………………………………………………………………………………. 33
شكل 2-9: نتايج آزمون هاي ديناميكي – مكانيكي كامپوزيت هاي PLA / پر و PLA خالص…………………………………………………………………………………………..33
شكل2- 10: نمودار ضريب اتلاف بر حسب دماي PLA خالص و كامپوزيت هاي PLA با درصدهاي وزني مختلف الياف پر…………………………………………………………34
شكل2- 11: تصوير SEM سطح شكست كامپوزيت كراتين پر / الياف ليگنوسلولز………37
شكل 2- 12: مدول الاستيك، ازدياد طول در نقطه شكست و استحكام كششي آميزه كراتين پر / گلوتن بر حسب كسر جرمي گلوتن گندم………………………………………………39
شكل2- 13: مدول الاستيك، ازدياد طول در نقطه شكست و استحكام كششي آميزه كراتين پر / لاكتالبومين بر حسب كسر جرمي لاكتالبومين……………………………………..40
شكل 2-14: كسر تجمع بر حسب زمان اختلاط در دورهاي rpm 50، 75 و 100 براي كامپوزيت LDPE /الياف پر……………………………………………………………………………. 41



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان