نانوکامپوزیت های پلیمری: سنتز، مشخصه یابی و کاربردها

عضو هیات علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی، سخنرانی خود را با عنوان «نانوکامپوزیت های پلیمری: سنتز، مشخصه یابی و کاربردها» در سالن آمفی تئاتر پژوهشکده ایراد کرد.

به گزارش اداره روابط عمومی و ترویج یافته ها، در این مراسم که صبح امروز (15 مردادماه 96)، با حضور جمعی از اعضای هیات علمی و دانشجویان پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی برگزار شد، دکتر الهه معتمدی در ابتدا، ضمن معرفی نانوکامپوزیت های پلیمری و خواص کلی آن اظهار داشت: فناوری نانو در تولید مواد در ابعاد نانومتری موضوع جذابی برای تحقیقات است که در دهه اخیر توجه بسیاری را به خود معطوف داشته است و نانوکامپوزیت‌های پلیمری نیز به‏ عنوان یکی از شاخه‌های این فناوری جدید، اهمیت بسیاری یافته‌اند.

• کاربردهای نانوکامپوزیت ها

وی با اشاره به تعریف نانوکامپوزیت ها گفت: نانوکامپوزیت‌های پلیمری، مواد پلیمری چند جزئی هستند که لااقل یکی از اجزای تشکیل‌دهنده آنها دارای ابعادی در محدوده نانومتری یعنی nm100-1 است و وجود نانومواد در ساختار کامپوزیت‌های پلیمری باعث بهبود برخی از خواص این مواد می‏شود. به گفته دکتر معتمدی، خواص فیزیکی مانند دمای واپیچش گرمایی، پایداری حرارتی، شفافیت و ...، خواص مکانیکی مانند استحکام، خواص کششی و خمشی و... خواص نوری و الکتریکی را می توان با افزایش نانومواد به ماتریس های پلیمری بهبود بخشید.

این عضو هیات علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی با اشاره به کاربردهای  نانوکامپوزیت ها خاطرنشان کرد: حضور نانوذرات در زمینه‌های پلیمری می‌تواند به طور کامل خواص این مواد را تغییر دهد و این ذرات به ‏عنوان تقویت‌کننده و همچنین تغییردهنده رفتار ماده زمینه عمل می‌کنند. همچنین امروزه کاربرد نانوکامپوزیت‌ها در زمینه تولید قطعات خودرو، فیلم‌های بسته‌بندی نایلونی، بطری‌های نگهداری مواد نوشیدنی، لوله‌های پلیمری و نیز در پوشش‌های کابل و سیم و... درحال گسترش هستند.

وی در ادامه به نقش و اهمیت نحوه پراکندگی نانومواد در زمینه پلیمری پرداخت و گفت: خواص یک نانوکامپوزیت به‏ میزان بسیار زیادی به نحوه پراکندگی و پخش فاز تقویت‌کننده در فاز زمینه بستگی دارد و چنانچه این پراکندگی به خوبی صورت نگیرد نانوکامپوزیت، خواص عالی را که از آن انتظار می‌رود، نشان نخواهد داد و با کامپوزیت معمولی تفاوت چندانی نخواهد داشت.

دکتر معتمدی با اشاره به اینکه در نانوکامپوزیت‌های پلیمری هیبریدی آلی- معدنی، اندرکنش ضعیف بین فاز آلی و بخش معدنی موجب تضعیف خواص گرمایی و مکانیکی نانوکامپوزیت می‌شود، تصریح کرد: برعکس این قضیه، اندرکنش قوی بین پلیمر و ذرات معدنی باعث می‌شود فازهای آلی و معدنی در سطح نانومتری در هم پخش شده و میزان این پراکندگی بالا باشد،  به همین علت، خواص منحصربه‌فرد و بالاتر از کامپوزیت‌های معمولی از خود نشان می‌دهد.

• روش های تولید نانوکامپوزیت های پلیمری

وی در بخش دیگری از سخنرانی خود به روش های تولید نانوکامپوزیت های پلیمری اشاره و عنوان کرد: روش های تولید نانوکامپوزیت های پلیمری به انواع روش های اختلاط مذاب نانوذرات و پلیمر، احیای شیمیایی یون های فلزی در ماتریس پلیمری، روش سل- ژل و روش پلیمریزاسیون درجای منومرها در حضور نانوذرات تقسیم بندی می شوند.

عضو هیات علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی افزود: یکی از اصلی‌ترین روش های تولید نانوکامپوزیت‌های پلیمری، استفاده از روش‌های پلیمریزاسیون مانند پلیمریزاسیون آمولسیونی، پلیمریزاسیون تعلیقی ، پلیمریزاسیون دیسپرسی  و مینی‌آمولسیون است. از این میان، پلیمریزاسیون آمولسیونی یکی از معروف‌ترین و مؤثرترین روش‌هایی است که به وسیله فرآیند شیمیایی باعث پیوند نانوذرات معدنی در ماتریس پلیمری می‌شود.

دکتر معتمدی همچنین به ذکر مثالی از روش پلیمریزاسیون آمولسیونی برای ساخت نانوکامپوزیت پلی‏استایرن با تقویت‏کننده ذرات اکسیدآهن برروی بستر اکسیدگرافن (Fe₃O₄Nps@GO/PS) به عنوان کار تحقیقاتی انجام شده اشاره کرد و تکنیک های مشخصه یابی و آنالیزهای بررسی خواص نمونه نانوکامپوزیت را برشمرد و برخی از کاربردهای اصلی این ترکیبات در حوزه کشاورزی را به همراه مثال ارایه کرد.

• تاثیر نانوکامپوزیت ها در حوزه کشاورزی

عضو هیات علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی درباره کاربردهای نانوکامپوزیت های پلیمری نیز گفت: نانوکامپوزیت های پلیمری در صنعت بسته بندی برای ساخت بسته های سبک تر، زیست تخریب پذیر، با استحکام بالا و نفوذناپذیر نسبت به گازها بسیار کاربرد دارد و از آن می توان برای تولید بسته بندی های هوشمند و فعال در صنایع غذایی نیز استفاده کرد. علاوه بر آن، نانوکامپوزیت های هیدروژل به عنوان سوپر جاذب ها در خاک عمل می کنند و موجب افزایش ظرفیت نگهداری آب در خاک می شوند.

وی افزود: استفاده در تهیه فیلم های گلخانه و مالچ های کشاورزی از دیگر کاربردهای این مواد است. همچنین این ترکیبات به عنوان حامل برای نگهداری ترکیبات اگروکمیکال (سموم و کودهای کشاورزی) استفاده می شوند. در این راستا ترکیب نانوکامپوزیت ماده اکتیو را محافظت کرده و می تواند آن را به صورت کنترل شده و هدفمندانه آزاد نماید و موجب افزایش اثربخشی و کاهش هدررفت نهاده ها گردد.

دکتر معتمدی در پایان خاطرنشان کرد: می توان از بسیاری از پلیمرهای طبیعی به عنوان منابع ارزان قیمت و در دسترس پلیمری استفاده کرد که آسیبی به محیط زیست نمی رسانند و با بهبود خواص آنها به کمک نانوذرات، به نانوکامپوزیت های پلیمری طبیعی دست یافت که با ترکیبات مشابه سنتزی و مشتقات نفتی به لحاظ کارایی کاملا قابل رقابت هستند.

گفتنی است دکتر الهه معتمدی، عضو هیات علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی، دانش آموخته مقطع دکتری شیمی آلی از دانشگاه تربیت مدرس و پسادکتری از دانشگاه تهران است.

عکس: سینا معتمدراد