ارتقای خواص پلی‌استایرن تولید داخل به کمک فناوری نانو

پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق به سنتز نانوکامپوزیت پلی‌استایرن با استفاده از پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم شدند.
مهندس حسین روغنی ممقانی، دانشجوی دکتری مهندسی پلیمر در دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد فناوری نانو گفت: «هدف از این پژوهش، ارتقای خواص پلی‌استایرن تولید داخل با کمترین امکانات لازم و بهره‌وری از فناوری‌های نو و تولید گریدهای جدید با کاربردهای متفاوت بود». وی افزود: «در این کار از روش پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم (پلیمریزاسیون زنده)، که توانایی کنترل بالای پلیمریزاسیون را داراست، برای سنتز نانوکامپوزیت پلی‌استایرن استفاده کرده‌ایم».
در این پژوهش، برای تهیه‌ی نانوکامپوزیت پلی‌استایرن، از دو نوع نانوکلی استفاده شده است. گونه‌ی اول، نانوکلی دارای اصلاح‌کننده‌ی سازگار با استایرن و گونه‌ی دوم، نانوکلی دارای اصلاح‌کننده‌ی حاوی باند دوگانه در انتهای زنجیری است.
مهندس روغنی درباره‌ی نتایج بررسی‌های صورت گرفته، گفت: «نمودار سینتیکی خطی رسم شده به کمک روش کروماتوگرافی گازی، نشان از طبیعت زنده‌ی پلیمریزاسیون و میزان غلظت ثابت رادیکال آزاد دارد. همچنین نمودار تغییرات متوسط عددی و وزنی وزن مولکولی و شاخص پراکندگی با استفاده از روش کروماتوگرافی ژل تراوایی، بیان‌گر ماهیت زنده‌ی پلیمریزاسیون است. توزیع وزن مولکولی در مورد نمونه‌ی نانوکامپوزیتی پهن‌تر بوده و با افزایش میزان نانوذره، پهن‌تر گردیده‌است. این در حالی است که در مورد پلیمرهای اتصال‌یافته، وزن مولکولی بسیار کم و توزیع آن نیز پهن‌تر از گونه‌های مشابه غیر اتصال‌یافته است. همچنین در مورد همه‌ی نمونه‌ها شاخص پراکندگی با پیشرفت واکنش، باریک‌تر شده‌است. نتایج FTIR هم نشان از برهم‌کنش بین ذرات نانو و مونومر را دارد که باعث افزایش سرعت واکنش گردیده‌است. نتایج پراش پرتو ایکس هم نمایانگر ساختار پراکنشی حاصل از روش پلیمریزاسیون درجا ‌است».
او اضافه کرد: «تصاویر AFM توزیع مناسب لایه‌های خاک رس در بستر پلیمری را در نانوکامپوزیت اصلاح‌شده با اصلاح کننده‌ی غیراتصالی نشان داد. تصاویر TEM نیز پراکنش مناسب صفحات نانو در نانوکامپوزیت حاصل از روش درجا و همچنین ساختار لایه‌ای منظم در نانوکامپوزیت حاصل از روش اختلاط محلولی را نشان داد».‌
محقق پژوهش در رابطه با استفاده از این روش در صنعت داخلی ابراز داشت: «با توجه به وجود صنعت مادر پتروشیمی و تولید پلی‌استایرن در پتروشیمی تبریز، افزایش خواص محصول تولیدی در همان فرآیند ممکن بوده و نیاز به تجهیزات بیشتری ندارد. لذا در کوتاه مدت می‌توان از پروژه‌ی فوق در پتروشیمی تبریز بهره‌برداری کرد. در این خصوص با پتروشیمی تبریز مذاکراتی هم انجام داده‌ایم».
گفتنی است که با افزودن خاک رس علاوه بر کاهش قیمت پلی‌استایرن GPPS، خواص حرارتی آن، دمای تخریب و خواص مکانیکی محصول افزایش پیدا می‌کند. سرعت تخریب حرارتی نیز کاهش می‌یابد. در مورد پلی‌استایرن انبساطی نیز نانوذرات، علاوه بر خواص ذکر شده، می‌توانند در کنترل انبساط حرارتی مفید باشند.
مهندس روغنی در پایان اظهار کرد: «با توجه به استفاده از روش پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم در این پروژه، می‌توان گریدهایی به همگونی ساختار مولکولی بسیار بالا ارایه کرد. وقتی وزن مولکولی تمام زنجیرها یکسان باشد، یعنی شاخص پراکندگی نزدیک به 1 داریم و در پوشش‌های سطوح، همگونی بسیار بالایی به دست می‌آید. همچنین به دلیل عامل‌دار بودن انتهای زنجیر در این روش به آسانی می‌توان به بحث‌های کوپلیمریزاسیون پرداخت. کوپلیمریزاسیون قطعه‌ای که با روش رادیکال آزاد (مورد استفاده در پتروشیمی تبریز) قابل تهیه نیست با این روش به آسانی به دست می‌آید. لذا به نظر می‌رسد با این روش در واحد ABS نیز بتوان به گریدهای جدید فکر کرد».
جزئیات این پژوهش -که در قالب پایان‌نامه‌ی کارشناسی ارشد آقای حسین روغنی ممقانی با راهنمایی دکتر وحید حدادی اصل (استاد دانشگاه صنعتی امیرکبیر) و مشاوره‌ی دکتر محمد نجفی (استادیار پژوهشگاه صنعت نفت) انجام شده‌است- در مجله‌ی Polymer Composites (جلد 31، صفحات 1837-1829، سال 2010) منتشر شده‌است.