مقدمه

امروزه استفاده از ضایعات طبیعی به جای پلیمر های مصنوعی تبدیل به یکی از موضوعات جدی تحقیقات علمی شده است. عوامل مختلفی نظیر گرمایش زمین، رشد جمعیت و به تبع آن افزایش تولید محصولات بر پایه پلیمرهای مصنوعی و نگرانی های در مورد کاهش تدریجی منابع نفتی باعث افزایش انگیزه ی تولیدکنندگان محصولات پلیمری جهت استفاده از ضایعات طبیعی ارزان قیمت و سازگار با محیط زیست شده است. این ضایعات طبیعی همه از منابع تجدیدپذیر به حساب می آیند و بطور مزایای فراوانی نظیر زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری، غیر سمی بودن، ارزانی و قابل دسترس بودن دارند که آنها را تبدیل به جایگزین های مناسبی برای پلیمرهای مصنوعی کرده است. یکی از منابع وافر بیوپلیمرها، ضایعات طبیعی هستند که انبوهی از آنها سالانه به عنوان مواد دورریز صنایع مختلف از جمله کشاورزی، دامداری، شیلات و چوب تولید می شود. در این میان، با این حجم عظیم از ضایعات برخوردهای مختلفی انجام می گیرد که در اکثر مواقع به سوزاندن و از بین بردن انرژی و پتانسیل نهفته در آنها محدود می شود. با توجه به گزارش های متعددی که در مورد آلودگی های ناشی از سوزاندن این مواد و همچنین بروز آتش سوزی های مکرر جنگل ها بر اثر سوزاندن ضایعات مزارع منتشر شده است، قوانین زیست محیطی سختگیرانه ای به منظور جلوگیری از سوزاندن ضایعات طبیعی وضع شده است که امروزه در کشورهای توسعه یافته با جدیت پی گیری می شود. در عین حال، با توجه به پتانسیل بالایی که این ضایعات ارزان قیمت جهت استفاده در کاربردهای مختلف دارند، از بین بردن آنها رفتار منطقی ای به نظر نمی آید. به همین دلیل، مطالعات گسترده ای در زمینه استخراج و سنتز پلیمرهای زیست سازگار نظیر پلیلاکتیک اسید [1] و پلی هیدرواکسی آلکانوات ها [2] انجام گرفته است. با این وجود، فرآیند استخراج و سنتز این بیوپلیمرها پیچیده، زمانبر و گرانقیمت است و این موضوع باعث لطمه خوردن دیدگاه اقتصادی تولید این مواد و محدود شدن کاربرد آنها در مقیاس صنعتی می شود. همچنین، نتایج تحقیقات مختلف در این زمینه حاکی از آن است که بیوپلیمرهای استخراج شده از ضایعات طبیعی به تنهایی قادر تامین خواص مکانیکی مورد نیاز کاربردهای مختلف نیستند و نیازمند اجرای اصلاحات شیمیایی بعدی میباشند که خود بر هزینه تولید آنها می افزاید [3]. لذا، راهکاری که در ادامه این مطالعات ارائه شد، آمیزه سازی ضایعات طبیعی با سایر پلیمرها بود. استفاده از پلیمرهای پرمصرف در کنار ضایعات پلیمری، با اصلاح خواص مکانیکی بیوپلیمرها، مسیر توسعه و استفاده آنها را در کاربردهای صنعتی هموار میکند.

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

فهرست مطالب

چکیده …………………………………………………………………………………….…………………1 مقدمه ……………………………………………………………………………………..…………………2

فصل اول: کلیات

ضایعات طبیعی موجود، حاوی بیوپلیمرهایی هستند که عمدتاً متعلق به دو خانواده اصلی پلی ساکاریدها و پلی پپتیدها می باشند. تحقیقات اولیه در زمینه آمیزه سازی ضایعات طبیعی با دیگر پلیمرها بیشتر بر روی بیوپلیمرهای استخراج شده از منابع پلی ساکاریدی به خصوص سلولز و نشاسته موجود در مواد گیاهی نظیر گندم [4]، برنج [5]، ذرت [6] و جو [7] متمرکز بوده است و گزارش ها و اطلاعات بیشماری در مورد آمیزه های این مواد با پلیمرهای گرمانرمی نظیر پلی اتیلن [8]، پلی پروپیلن [9]، پلیاستایرن [10]، پلی آمیدها [11]، پلیوینیل استات [12] و پلیاتیلن ترفتالات [13] و پلیمرهای گرماسختی نظیر اپوکسی [14]، پلیاستر غیر اشباع [15]، لاستیک طبیعی [16]، استایرن- بوتادی ان رابر [17]، آکریلونیتریل رابر [18] و بوتیل رابر [19] در دسترس می باشد. با این وجود، محققان فعال در این زمینه اذعان دارند که استفاده از این نوع بیوپلیمرها، به دلیل پایداری حرارتی پایین، در دستگاه های فرآورش متداول با مشکلات فراوانی همراه است. از جهتی دیگر، به دلیل فصلی بودن عرضه محصولات کشاورزی که منبع عمده بیوپلیمرهای پلی ساکاریدی هستند، این پلیمرهای طبیعی در زمان های خاصی از سال در دسترس هستند که خود باعث بروز مشکلاتی برای صنایع ذیربط جهت تامین مواد اولیه میشود. از این رو، اخیراً مطالعات محققان به سمت بیوپلیمرهای پلی پپتیدی و بویژه، مخلوط آنها با سایر پلیمرها تغییر جهت داده است. بیوپلیمرهای پلی پپتیدی، که پر پرندگان از جمله مهمترین نمونه های آنها بشمار می رود، از واکنش پلیمریزاسیون بین مجموعه ای 20تایی از اسیدآمینه های شناخته شده در طبیعت تولید می شوند. از این جهت، ساختار و خواص این گونه بیوپلیمرها تابع نوع و میزان اسیدآمینه های موجود در واحدهای تکراری آنها میباشد که خود باعث پیدایش موادی برخوردار از محدوده وسیعی از خواص می شود. با توجه به نو و جدید بودن این زمینه تحقیقاتی، پرداختن بیشتر به آن و مشارکت در تولید داده های قابل استفاده توسط سایر گروه های تحقیقاتی مرتبط بسیار حائز اهمیت بشمار می رود. در این راستا، پژوهش جاری به شناسائی میزان سازگاری پلیمر مصنوعی و پرمصرف پلی وینیل کلراید و پلی پپتید پر مرغ به عنوان عاملی تعیین کننده در خواص و ویژگیهای نهائی مخلوط های تهیه شده از آنها می پردازد.
1-1-1) بیوپلیمرهای پلیپپتیدی
بیوپلیمرهای پلیپپتیدی، پلیمرهای خطی و بدون انشعابی هستند که از به هم پیوستن زنجیره های کوچکی از اسید آمینه ها توسط پیوندهای پپتیدی تشکیل می شوند. اسیدآمینه ها نیز خود ملکول های آلی حاوی گروههای آمین و کربوکسیل و یک گروه جانبی R هستند که ساختار شیمیایی نظیر شکل 1-1 دارند: شکل 1- 1. ساختار شیمیایی عمومی اسیدآمینهها. تاکنون بیش از صد نوع اسیدآمینه در طبیعت یافت شده است که در این میان 20 نوع از آنها در ساختارهای پلی پپتیدی به کار می روند. همانطور که در شکل 1-2 به صورت شماتیک نمایش داده شده است، برای تشکیل پیوندهای پپتیدی بین اسیدآمینه ها، هیدروژن متصل به گروه آمین یکی از اسید آمینه ها با اکسیژن گروه کربوکسیل دیگری واکنش داده و با خروج یک مولکول آب از ترکیب، پیوند پپتیدی قوی ای بین آنها برقرار می شود.

یکی دیگر از بیوپلیمرهای پلیپپتیدی، کازئین می باشد که 80 درصد پروتئین شیر را تشکیل می دهد. در ساختار شیمیایی این بیوپلیمر، مقادیر زیادی از اسیدآمینه پرولین موجود است؛ در حالیکه هیچ گونه اسیدآمینه گوگرددار در آن یافت نمی شود. به همین دلیل، کازئین ساختاری آب گریز دارد و به سختی در آب حل می شود. کازئین به عنوان یکی از پلاستیک طبیعی پلی پپتیدی شناخته می شود که کاربرد آن در صنایع غذایی به دلیل ارزش خوراکی و نیز عامل چسبندگی نسبتاً موفق بوده است. با این وجود، گزارشات موجود در زمینه آمیزه سازی این بیوپلیمر با پلیمرهای سنتزی بسیار محدود می باشد [22].
فیبروئین نیز یکی از پلیمرهای پلی پپتیدی الیافی با وزن مولکولی بالا است که ماده اصلی ابریشم تولید شده توسط کرم های ابریشم، پروانه ها، عنکبوت ها، عقرب ها و بندپایان می باشد. ساختار شیمیایی فیبروئین از توالی شش نوع اسیدآمینه تشکیل شده (شکل 1-4) و حاوی صفحات β می باشد که باعث استحکام کششی بالای الیاف فیبروئین حتی بیشتر از الیاف کولار می شود [23]. شکل1- 4. توالی اسیدآمینه در ساختار شیمیایی بیوپلیمر فیبروئین. مطالعات فراوانی در زمینه استفاده از الیاف فیبروئین در ماتریس پلیمرهای سنتزی گرمانرم و گرماسخت صورت گرفته که نشان از کارایی بالای این بیوپلیمر پلی پپتیدی دارد [23]. همچنین، گلوتن از جمله بیوپلیمرهای پلی پپتیدی است که در دانه گیاهانی نظیر گندم، جو، سویا و چاودار و همچنین موم کندوی عسل یافت میشود. ساختار شیمیایی این بیوپلیمر عمدتاً حاوی اسیدآمینه های پرولامین و گلوتلین می باشد. با توجه به خاصیت الاستیک بالای این بیوپلیمر، اخیراً مورد توجه محققان بسیاری قرار گرفته است و جهت چقرمه سازی پلیمرهای سنتزی از قبیل پلی اتیلن [24]، پلی استایرن [25]، پلی پروپیلن [26] و پلیمرهای طبیعی نظیر نشاسته [27] ، سلولز [28]، پلیوینیل الکل [29] و پلی کاپرولاکتون [30] مورد استفاده قرار گرفته است. غنی ترین منبع پلیمرهای پلیپپتیدی، کراتین میباشد که ماده اصلی تشکیل دهنده موی انسان، ناخن، نوک و چنگال پرندگان، سم چهارپایان، پشم و پر میباشد. از آنجاکه تمامی اسیدآمینه های به کار رفته در پلیمرهای پلیپپتیدی در ساختار شیمیایی کراتین یافت میشوند، این بیوپلیمر حاوی گروه هایشیمیایی متنوع و انواع پیوندهای بین مولکولی میباشد. از این رو، ساختار شیمیایی کراتین می تواند باعث پیدایش مورفولوژی ماکروسکوپیک و ساختارهای فیزیکی مختلفی شود. به عنوان مثال، اسیدآمینه های غالب در ساختار شیمیایی پشم لئوسین، سرین و گلسین هستند که جزو اسیدآمینه های سنگین محسوب می شوند. در نتیجه، پشم در مقایسه با موی انسان که غالباً از اسیدآمینه های سیستئیک اسید، والین و آسپارتیک اسید تشکیل شده جرم مولکولی بالا تری دارد (جرم مولکولی پشم و موی انسان به ترتیب برابر KDa 60 و 15 می باشد) [31]. یکی از منابع بیوپلیمرهای کراتینی، پر ماکیان میباشد. به طور کلی، پر، ماکیان را از دیگر مهرهداران متمایز می کند و نقش مهمی در اجرای فرآیندهای فیزیولوژیکی این موجودات دارد. تمامی بدن اکثر پرندگان بالغ بجز منقار، چشم ها و پاها از پر پوشیده شده که نه تنها امکان پرواز کردن را به پرندگان می دهد بلکه برای تنظیم دمای بدن آنها نیز حیاتی می باشد.

ساختار شیمیایی عمومی  اسیدآمینهها.

ساختار شیمیایی عمومی اسیدآمینهها.

1- 1) پلیمرهای طبیعی…………………………………………………………….….……………… 4
1- 1- 1) پلیمرهای طبیعی پلی پپتیدی….………………… ..………………………….………5
1- 1- 1-1) انواع پلیمرهای طبیعی پلی پپتیدی.…………………….……….………………………7
1- 2) ساختار فیزیکی و شیمیایی پر ………………………………………………..………………12

فصل دوم: کاربرد پر

هونگ و وول [4] از پر به جای سیلیکون در تولید میکروچیپ های کامپیوتری استفاده کردند. به دلیل ساختار متخلخل پر و جمع شدن هوا در این حفره ها، پر قابلیت خوبی در هدایت الکترون ها دارد که استفاده از آن را در این کاربرد میسر می کند. همچنین بارنز و یاکوبسن از پر در تولید بردهای مدارهای الکتریکی استفاده کردند. این بردها نسبت به بردهای سیلیکونی 50% سبکتر هستند و سیگنالهای الکتریکی دو برابر سریعتر در آنها حرکت می کنند. کاوادا [5] نیز فرآیندی برای تهیه الیاف کوتاه از پر ابداع کرد. با این وجود این گونه ابداعات تونایی استفاده از پر در حجم انبوه را ندارند. یکی از صنایعی که می توان در آن از ضایعات پر درحجم انبوه و صنعتی استفاده کرد، صنایع پلیمری است. اما خواص ضعیف مکانیکی و همچنین شکنندگی نامناسب پر، کاربرد آن را در این صنعت محدود می کند. بهترین راه حل جهت هر چه کم رنگ تر کردن این نواقص، آلیاژ کردن پر با دیگر پلیمرهاست که راه حلی مناسب برای کاهش سهم پلیمرهای تولیدی پتروشیمی هاست و همچنین خواص مکانیکی آنها را علاوه بر قیمت پایین پر میسر می نماید.
2 -2) راهکارهای اصلاح خواص پر
با توجه به مطالب پیش گفته، محققان و صاحبان صنایع مختلف همواره در اندیشه یافتن راهکاری برای استفاده مناسب از ضایعات پر بودهاند. از جمله راهکارهایی که تاکنون مورد بهره برداری قرار گرفته است، می توان به اصلاح شیمیایی ساختار و نیز آمیزه سازی آن با سایر پلیمرهای مصنوعی اشاره نمود. در این بخش، ابتدا به نتایج تحقیقات در زمینه تغییر در ساختار شیمیایی پر پرداخته شده و در ادامه نیز یافته های گزارش شده در راستای آمیزه سازی پر / پلیمرهای مصنوعی ارائه خواهد گردید.
2 -2-1) اصلاح شیمیایی پر
مطالعات متعددی در زمینه اصلاح شیمیایی پر به منظور افزایش خواص مکانیکی آن انجام پذیرفته است به عنوان مثال، شروین و همکارانش [50] نشان دادند که برهم کنش کنترل شده جزء سیستئین کراتین پر با یدواستیک باعث پایداری محلول پر شده و تولید فیلم از آن را هموار میکند. همچنین، جزء باقیمانده سیستئین طبق مدل فرضی شکل 1-8، قادر به تولید شبکه های فیزیکی میان زنجیره های پلی پپتیدی هستند؛ که در نهایت باعث افزایش خواص مکانیکی حین فرآیند تولید فیلم می شود. این بهبود در خواص مکانیکی از طرفی به افزایش میزان پیوندهای دی سولفیدی و از طرفی دیگر به افزایش میزان بلورینگی ناشی

علاوه بر این، مور و همکاران [53]، اثر گلیسرول را بر روی خواص مکانیکی و حرارتی و همچنین میزانعبوردهی بخار آب و حلالیت فیلم پر مورد بررسی قرار دادند. نتایج آزمایشات مکانیکی نشان داد کهاستحکام کششی از MPa 6/16 برای فیلم پر خالص به MPa 2 برای فیلم پر حاوی g 0.09 گلیسرولکاهش، ازدیاد طول در شکست از 7/1 به 9/31 ٪ افزایش و مدول یانگ از MPa 2/10 به 2/0 کاهش یافت. همچنین، در اثر افزودن مقدار مشابه از گلیسرول، عبوردهی بخار آب از 8-10 × 19/5 برای فیلم خالص به حدود6-10 و حلالیت فیلم پر نیز از g/g 307/0 به g/g 507/0افزایش یافت. دمای انتقال شیشه ای ((Tg فیلم پر نیز بر اثر افزایش درصد وزنی گلیسرول افزایش یافت. این محققان رابطه استحکام کششی و مدول
یانگ را با Tg برای فیلم های پر با درصدهای وزنی مختلف گلسیرول نیز بررسی کردند (شکل 1-11). نتایج حاکی از آن بود که خواص مکانیکی با افزایش Tg بیشتر می شوند.
همچنین، این گروه تحقیقاتی در مطالعهای دیگر نشان دادند که الیاف پر برخلاف ماتریس LDPE، قادربه ایفای نقش تقویت کنندگی در ماتریس پلی اتیلن سنگین (HDPE) نیستند. آنها علت این پدیده را به این حقیقت نسبت میدهند که الیاف پر مانع از بلورینگی کامل ماتریس LDPE می شوند، در حالیکه حضور این الیاف در ماتریس HDPE منجر به بلورینگی زنجیرهای پلیمر اطراف سطح الیاف می شود (ترانس- کریستالیزاسیون ). این مطلب را می توان به روشنی با مقایسه نمودار DSC پلیمر خالص و کامپوزیت HDPE / الیاف پر مشاهده کرد (شکل 1-13). از آنجا که نوع این بلورها با بلورهای واقع در توده ماتریس HDPE متفاوت است، حین اعمال تنش به کامپوزیت، این بلورها تبدیل به نقاط تمرکز تنش شده و خواص مکانیکی را کاهش می دهند [55].

. اجزای مختلف پوش پر

. اجزای مختلف پوش پر

2- 1) استفاده از پر به صورت خالص.………………………………………….……………..………21
2- 2) راهکارهای اصلاح خواص پر…………..……………………… ……….….……………………22
2- 2- 1) اصلاح شیمیایی پر………………..…………… …..…………….…….……………………22
2- 2- 2) مخلوط های پر با سایر پلیمرها.………………..……………… ……………………………28
نتیجه گیری……..……………………………….……………………….….……………………..……44 منابع و مĤخذ …………….……………………………………………….…….……..………………… 46 فهرست منابع لاتین ……..…………………………………………….…….……..…………………46

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

فهرست جداول

جدول 1-1. نوع و ترکیب درصد اسیدآمینه های موجود در پر مرغ…………………………………17
جدول 2-1. خواص مکانیکی فیلم های پر شبکه ای شده و شبکه ای نشد…………………25
جدول 2-2: مقادیر NRC کامپوزیت PP حاوی درصدهای وزنی مختلف الیاف پر و جوت..………30
جدول 2- 3: استحکام و مدول کششی و خمشی کامپوزیت اپوکسی تقویتشده با الیاف پر اصلاح شده و اصلاح نشده.…………………………………………………………………………35

فهرست اشکال

شکل 1-1: ساختار شیمیایی عمومی اسیدآمینه ها………………………………………6
شکل 1-2: نحوه تشکیل پیوند پپتیدی میان دو اسیدآمینه………………………………..7
شکل 1-3: ساختار مارپیچی سه زنجیره پلی پپتیدی یک ریز رشته کلاژن……………..8
شکل1- 4: توالی اسیدآمینه در ساختار شیمیایی بیوپلیمر فیبروئین…………………….10
شکل 1-5: پنج نوع اصلی پر: a) پوش پر، b) زبر، c) سمی پلام، d) خوابیده، e) فیلوپلام…………………………………………………………………………………………..12
شکل 1-6: اجزای مختلف پوش پر…………………………………………………………….14
شکل 1-7: تصاویر SEM پر مرغ: a) کوئیل درونی b) الیاف پر c) کوئیل بیرونی d) کوئیل درونی e) الیاف پر………………………………………………………………………………………………..15
شکل2- 1: مدل فرضی شکل گیری شبکه های فیزیکی حین فرآیند تولید فیلم پر. در حالت (a) صفحات β حین فرآیند تولید فیلم شکل می گیرند که منجر به جلوگیری از دوباره تاخوردگی ساختار می شود. در حالت (b) ساختارهای ثانویه شامل شبکه های فیزیکی و شیمیایی شکل می گیرند……………………………………………………………………. 23
شکل 2-2: مدول یانگ، استحکام کششی و ازدیاد طول در شکست بر حسب درجه اصلاح شدگی جزء سیستئین پر……………………………………………………………………..24
شکل 2-3: تاثیر غلظت های مختلف گلیسرول بر روی محتوی تعادلی رطوبت فیلم پر……………………………………………………………………………………………………26
شکل 2 -4: رابطه استحکام کششی و مدول یانگ با Tg فیلم های پر حاوی درصدهای وزنی مختلف گلیسرول…………………………………………………………………………………..27
شکل 2- 5: تصاویر SEM کامپوزیت LDPE / الیاف پر: a)10 درصد وزنی الیاف پر، b) 40 درصد وزنی الیاف پر……………………………………………………………………………………..28
شکل 2-6: نمودار DSC پلیمر خالص HDPE و کامپوزیت HDPE / پر…………………………………………………………………………………………………29
شکل2- 7: نمودار مدول ذخیره – دما کامپوزیت های PMMA / کراتین پر و PMMA خالص…………………………………………………………………………………………..32
شکل 2- 8: نتایج آزمون های مکانیکی و دینامیکی – مکانیکی کامپوزیت های PLA / کراتین پر و PLA خالص…………………………………………………………………………………. 33
شکل 2-9: نتایج آزمون های دینامیکی – مکانیکی کامپوزیت های PLA / پر و PLA خالص…………………………………………………………………………………………..33
شکل2- 10: نمودار ضریب اتلاف بر حسب دمای PLA خالص و کامپوزیت های PLA با درصدهای وزنی مختلف الیاف پر…………………………………………………………34
شکل2- 11: تصویر SEM سطح شکست کامپوزیت کراتین پر / الیاف لیگنوسلولز………37
شکل 2- 12: مدول الاستیک، ازدیاد طول در نقطه شکست و استحکام کششی آمیزه کراتین پر / گلوتن بر حسب کسر جرمی گلوتن گندم………………………………………………39
شکل2- 13: مدول الاستیک، ازدیاد طول در نقطه شکست و استحکام کششی آمیزه کراتین پر / لاکتالبومین بر حسب کسر جرمی لاکتالبومین……………………………………..40
شکل 2-14: کسر تجمع بر حسب زمان اختلاط در دورهای rpm 50، 75 و 100 برای کامپوزیت LDPE /الیاف 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