تهیه و تعیین مشخصات نانوکامپوزیتهای زیست تجزیه پذیر نشاسته- پلی ...

دانشگاه کاشان

دانشکده شیمی

گروه شیمی فیزیک

پایان نامه

جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

در رشته شیمی گرایش شیمی فیزیک

عنوان

تهیه و تعیین مشخصات نانوکامپوزیتهای زیست تجزیه پذیر

نشاسته- پلی وینیل الکل- کادمیم (II) سولفید

استاد راهنما:

پروفسور محسن محسننیا

شهریور ماه 1391

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

ﭼﻜﻴده

در سالهای اخیر، تحقیقات بر روی نانوکامپوزیتهای پلیمری توجه زیادی را به خود جلب کرده است و این به دلیل خواص مکانیکی، حرارتی، نوری و شیمی فیزیکی بهبود یافته این پلیمرها نسبت به پلیمر خالص و کامپوزیتهای معمولی است. در دهههای گذشته توجه محققان بر روی نانوکامپوزیتهای پلیمری – خاک رس متمرکز بوده است در حالی که در چند سال اخیر توجه به سمت انواع دیگر نانوذرات معدنی به منظور بهبود خواص جلب شده است.

پلی وینیل الکل (PVA)، یکی از پلیمرهای سنتزی سازگار با طبیعت و محلول در آب است که دارای خواص بسیار عالی میباشد. این پلیمر به عنوان یک محصول تجاری و صنعتی ارزشمند، از نظر حلالیت و زیست تخریب پذیر بودن آسیب کمی به محیط زیست میرساند و به همین دلیل مورد توجه محققین و صنعتگران قرار گرفته است. با وجود این، خواص پلی وینیل الکل میتواند توسط پخش نانوذرات معدنی گوناگون در ماتریس پلیمری بهبود یابد.

در این پژوهش، نانوذرات CdS به روش همرسوبی ساخته شده است. نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS نیز با اضافه کردن نانوذرات سنتزی به پلیمر توسط روش فرآوری محلول تهیه شده است. در راستای این پژوهش ساختار نانوذرات و نانوکامپوزیتهای تهیه شده توسط الگوی پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف سنجی انرژی پراش اشعه ایکس (EDX) مورد بررسی قرار گرفته شد. همچنین در این پژوهش خواص مکانیکی، حرارتی، نوری، جذب آب و تخریب آنزیمی نمونهها مورد بررسی قرار گرفت و سپس نتایج حاصل در مورد بعضی از نمونهها با یکدیگر مقایسه شد.

کلمات کلیدی: پلی وینیل الکل، نشاسته، نانوکامپوزیت، نانوذرات، فرآوری محلول، خواص نانوکامپوزیت، زیست تجزیهپذیر

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1- فنآوری نانو چیست……………………………………………………………………………………………………………………………..1

1-2- مقدمهای بر پلیمرها……………………………………………………………………………………………………………………………..2

1-3-روشهای سنتز نانوذرات……………………………………………………………………………………………………………………… 5

1-3-1-روشهای شیمیایی……………………………………………………………………………………………………………………. 5

1-3-1-1-ته نشینی و رسوب دهی شیمیایی………………………………………………………………………………….. 5

1-3-1-2-سل-ژل…………………………………………………………………………………………………………………………….. 5

1-3-1-3-پیش مادهی پلیمری………………………………………………………………………………………………………… 6

1-3-1-4-میکروامولسیون…………………………………………………………………………………………………………………. 6

1-3-1-5-هیدروترمال………………………………………………………………………………………………………………………. 6

1-3-1-6-سنتز به کمک احتراق………………………………………………………………………………………………………. 7

1–3-2-روشهای فیزیکی– شیمیایی……………………………………………………………………………………………………… 7

1-3-2-1-تجزیه حرارتی افشانهای…………………………………………………………………………………………………….. 7

1-3-2-2-تغلیظ گاز…………………………………………………………………………………………………………………………… 7

1-3-2-3-سایش مکانیکی………………………………………………………………………………………………………………….. 7

1-3-2-4-روش اولتراسونیک……………………………………………………………………………………………………………… 8

1-3-2-5-سیالات فوق بحرانی…………………………………………………………………………………………………………… 8

1-4-کامپوزیتها………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 8

1-4-1-انواع کامپوزیتها………………………………………………………………………………………………………………………… 9

1-4-1-1-کامپوزیتهای لیفی………………………………………………………………………………………………………….. 9

1-4-1-2-کامپوزیتهای پودری……………………………………………………………………………………………………….. 9

1-5-تاریخچه فنآوری نانوکامپوزیت…………………………………………………………………………………………………………. 10

1-6-نانوکامپوزیتها……………………………………………………………………………………………………………………………………. 11

1-7-انواع نانوکامپوزیت………………………………………………………………………………………………………………………………. 12

1-7-1-نانوکامپوزیتها بر اساس اجزای تشکیلدهنده………………………………………………………………………… 12

1-7-2-نانوکامپوزیتها بر اساس ابعاد ذرات پراکنده…………………………………………………………………………… 12

1-7-3-نانوکامپوزیتها بر اساس ماده زمینه……………………………………………………………………………………….. 13

1-7-3-1-نانوکامپوزیتهای زمینه پلیمری……………………………………………………………………………………… 13

1-7-3-2-نانوکامپوزیتهای زمینه سرامیکی…………………………………………………………………………………… 13

1-7-3-3-نانوکامپوزیتهای زمینه فلزی-سرامیکی………………………………………………………………………… 14

1-7-3-4-نانوکامپوزیتهای زمینه فلزی…………………………………………………………………………………………. 14

1-8-مزایا ومعایب نانوکامپوزیتها……………………………………………………………………………………………………………… 14

1-9-روشهای تهیه نانوکامپوزیتها………………………………………………………………………………………………………….. 16

1-9-1-مخلوطسازی مستقیم……………………………………………………………………………………………………………….. 16

1-9-2-فرآوری محلول………………………………………………………………………………………………………………………….. 16

1-9-3-پلیمریزاسیون درجا…………………………………………………………………………………………………………………… 17

1-9-4-روش سل-ژل…………………………………………………………………………………………………………………………… 17

1-9-5-سنتز با استفاده از تمپلیتها……………………………………………………………………………………………………. 18

1-10-ضرورت توجه به نانوکامپوزیتهای پلیمری……………………………………………………………………………………. 19

1-11-کاربردهای نانوکامپوزیتها………………………………………………………………………………………………………………. 19

1-12- اهداف تهیه نانوکامپوزیتهای پلیمری………………………………………………………………………………………….. 20

1-13- انواع پرکنندهها با ابعاد نانو…………………………………………………………………………………………………………….. 21

1-13-1- لایهای…………………………………………………………………………………………………………………………………… 21

1-13-2- لیفی……………………………………………………………………………………………………………………………………… 21

1-13-3-کروی……………………………………………………………………………………………………………………………………… 21

1-14- معرفی پلی وینیل الکل………………………………………………………………………………………………………………….. 22

1-14-1-خواص فیزیکی پلی وینیل الکل……………………………………………………………………………………………. 23

1-14-1-1- نقطه ذوب و تبلور………………………………………………………………………………………………………. 23

1-14-1-2- دمای شیشهای شدن………………………………………………………………………………………………….. 24

1-14-1-3- قابلیت انحلال………………………………………………………………………………………………………………. 24

1-15-تخریب پلیمرها…………………………………………………………………………………………………………………………………. 25

1-15-1-انواع تخریب…………………………………………………………………………………………………………………………….. 26

1-15-1-1-تخریب حرارتی……………………………………………………………………………………………………………….. 26

1-15-1-2-تخریب مکانیکی……………………………………………………………………………………………………………… 26

1-15-1-3-تخریب با آب (تخریب هیدرولیکی)……………………………………………………………………………….. 26

1-15-1-4-تخریب با امواج مافوق صوت…………………………………………………………………………………………… 26

1-15-1-5-تخریب شیمیایی……………………………………………………………………………………………………………… 27

1-15-1-6-تخریب با تشعشع…………………………………………………………………………………………………………….. 27

1-15-1-7-زیست تخریب شدن………………………………………………………………………………………………………… 27

1-16-پلاستیکهای زیست تخریب پذیر…………………………………………………………………………………………………….. 27

1-17-زیست تخریب پذیری در پلیمرها……………………………………………………………………………………………………… 27

1-17-1-پلیمرهای زیست تخریب پذیر طبیعی……………………………………………………………………………………… 29

1 -17-2-پلیمرهای زیست تخریب پذیر سنتزی……………………………………………………………………………………. 29

1-18-عوامل موثر بر زیست تخریب پذیری پلیمرها…………………………………………………………………………………… 30

1-19-روشهای زیست تخریب پذیری……………………………………………………………………………………………………….. 30

1-19-1-میکروارگانیسمها………………………………………………………………………………………………………………………. 31

1-19-1-1-فرآیند هوازی (در حضور اکسیژن)………………………………………………………………………………….. 31

1-19-1-2-فرآیند غیر هوازی (در غیاب اکسیژن)…………………………………………………………………………….. 31

1-19-2-آنزیمها………………………………………………………………………………………………………………………………………. 31

1-20-کاربرد پلیمرهای زیست تخریب پذیر………………………………………………………………………………………………. 31

1-21-روشهای تخریب پلیمرهای زیست تخریب پذیر…………………………………………………………………………….. 32

1-21-1-تخریب از طریق نور…………………………………………………………………………………………………………………. 32

1-21-2-تخریب از طریق میكروبی……………………………………………………………………………………………………….. 32

1-21-3-تخریب شیمیایی……………………………………………………………………………………………………………………… 33

1-22-روشهای شناسایی نانوکامپوزیتها…………………………………………………………………………………………………. 33

1-22-1-استفاده از پراش اشعه ایکس (XRD)…………………………………………………………………………………… 33

1-22-2-استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)………………………………………………………………… 35

1-22-3-استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)………………………………………………………………… 36

1-22-4-استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)………………………………………………………………………. 37

فصل دوم: بخش تجربی

2-1-وسایل، مواد و دستگاههای مورد استفاده…………………………………………………………………………………………… 39

2-1-1-وسایل آزمایشگاهی……………………………………………………………………………………………………………………. 39

2-1-2-مواد شیمیایی…………………………………………………………………………………………………………………………….. 39

2-2-تعیین جرم مولکولی…………………………………………………………………………………………………………………………… 41

2-3-تهیه نمونهها……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 44

2-3-1-آماده سازی نانو ذرات………………………………………………………………………………………………………………… 44

2-3-1-1-روش تهیهی نانوذرات CdS…………………………………………………………………………………………………..44

2-3-2-آماده سازی نمونههای نانو کامپوزیتی…………………………………………………………………………………………45

2-3-2-1-روش تهیه کامپوزیتStarch/PVA ………………………………………………………………………………… 45

2-3-2-2- روش تهیه نانوکامپوزیتStarch/PVA/CdS ……………………………………………………………….. 46

2-4-اندازهگیریها………………………………………………………………………………………………………………………………………. 46

2-4-1-بررسی ساختار………………………………………………………………………………………………………………………….. 47

2-4-1-1- پراش پرتو ایکس (XRD)…………………………………………………………………………………………….. 47

یک مطلب دیگر :

پرتال کارآموزی پویا اندیشان سبز

2-4-1-2- میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)………………………………………………………………………… 47

2-4-1-3-طیف سنجی انرژی پراش اشعه ایکس (EDX)…………………………………………………………….. 48

2-4-2- خواص مکانیکی………………………………………………………………………………………………………………………. 48

2-4-3-خواص حرارتی…………………………………………………………………………………………………………………………. 50

2-4-3-2-آنالیز گرماسنج دیفرانسیلی روبشی (DSC)……………………………………………………………….. 50

2-4-4- طیف سنجی مرئی- فرابنفش (UV-VIS)…………………………………………………………………………… 50

2-5- بررسی جذب آب نانوکامپوزیتها……………………………………………………………………………………………………. 51

2-6- بررسی تخریب آنزیمی…………………………………………………………………………………………………………………….. 54

فصل سوم: بحث و نتیجهگیری.

3-1-مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 57

3-2- تعیین جرم مولکولی پلی وینیل الکل……………………………………………………………………………………………… 58

3-3- شناسایی ساختار نانوذرات CdS…………………………………………………………………………………………………….. 58

3-3-1- نتایج XRD…………………………………………………………………………………………………………………………. 58

3-3-2- نتایج SEM…………………………………………………………………………………………………………………………. 60

3-4- شناسایی نانوکامپوزیتها………………………………………………………………………………………………………………… 66

3-4-1- نتایج XRD ………………………………………………………………………………………………………………………… 62

3-4-2- نتایج SEM…………………………………………………………………………………………………………………………. 63

3-4-3- نتایج EDX…………………………………………………………………………………………………………………………. 64

3-5- بررسی خواص نانوکامپوزیتهای Starch/PVA/CdS…………………………………………………………….. 66

3-5-1- نتایج آزمون مکانیکی تنش- کرنش…………………………………………………………………………………….. 66

3-5-2- نتایج آزمون حرارتی (DSC)………………………………………………………………………………………………. 70

3-5-3- نتایج جذب نور مرئی- فرابنفش…………………………. ……………………………………………………………… 74

3-5-4- نتایج آزمون جذب آب…………………………………………………………………………………………………………. 78

3-5-5- نتایج آزمون تخریب آنزیمی………………………………………………………………………………………………….83

3-5- نتیجهگیری…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 87

فهرست منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………………..89

فهرست جدولها

عنوان صفحه

جدول (2-1)-انواع مواد شیمیایی مورد استفاده……………………………………………………………………………………. 40

جدول (3-1)- زمان ریزش محلولها با غلظتهای مختلف در ویسکومتر استوالد……………………………….. 62

جدول (3-2)- درصد تقریبی عناصر موجود در نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS………………………… 70

جدول (3-3)- دادههای آزمون کشش………………………………………………………………………………………………….. 71

جدول (3-4)- دادههای مربوط به آزمون کالریمتری روبشی تفاضلی (DSC)……………………………………. 78

جدول (3-5)- دادههای مربوط به باند گپ نمونههای نانوکامپوزیتی…………………………………………………… 80

فهرست شکلها

عنوان صفحه

شکل (1-1)- فرمول شیمیایی پلی وینیل الکل………………………………………………………………………………………. 22

شکل (1-2) دستگاه پراش اشعه ایکس……………………………………………………………………………………………………. 34

شکل (1-3) دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی………………………………………………………………………………… 36

شکل (1-4) دستگاه میکروسکوپ الکترونی عبوری………………………………………………………………………………… 37

شکل (1-5) دستگاه میکروسکوپ نیروی اتمی………………………………………………………………………………………. 38

شکل (2-1)- دستگاه تست کشش مورد استفاده در این پژوهش…………………………………………………………. 52

شکل (3-1)- الگوی XRD نانوذرات CdS………………………………………………………………………………………….. 63

شکل (3-2)- تصاویر SEM مربوط به نانوذرات CdS…………………………………………………………………………. 65

شکل (3-3)- الگوی XRD مربوط به نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS………………………………………. 67

شکل (3-4)- تصاویر SEM مربوط به نانوکامپوزیتهای Starch/PVA/CdS………………………………. 68

شکل (3-5)- آنالیز عنصری (EDX) مربوط به نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS……………………….. 69

شکل (3-6)- آزمون Tensile………………………………………………………………………………………………………………. 72

شکل (3-7)- آزمون DSC. ترموگرام مربوط به ماتریس پلیمری Starch/PVA……………………………. 77

شکل (3-8)- آزمون DSC. ترموگرام مربوط به نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS (5%)………….. 77

شکل (3-9)- طیف UV-Vis مربوط به نانوکامپوزیتهای Starch/PVA/CdS………………………….. 79

فهرست نمودارها

عنوان صفحه

نمودار (3-1)- تاًثیر مقدار نانوذره CdS بر روی استحکام کششی……………………………………………………… 73

نمودار (3-2)- تاًثیر مقدار نانوذرات CdS بر روی مدول کشسانی……………………………………………………… 74

نمودار (3-3)- تاًثیر مقدار نانوذرات CdS بر روی ازدیاد طول……………………………………………………………. 75

نمودار (3-4)- بررسی اثر زمان و مقدار نانوذرات CdS بر روی وزن نمونههای آبدار نانوکامپوزیتی….. 81

نمودار (3-5)- بررسی اثر زمان و مقدار نانوذرات CdS بر روی درجهی جذب آب نمونهها………………. 82

نمودار (3-6)- تاًثیر افزایش نانوذرات CdS بر روی تخریب آنزیمی نانوکامپوزیتها…………………………… 83

فهرست علائم و اختصارات

AFM Atomic Force

DSC Differential Scanning Calorimetry

DED Degree of enzymatic degradation

EDX Energy Dispersive X-ray spectroscopy

XRD X-ray Diffraction

PVA Polyvinyl Alcohol

PVAC Polyvinyl Acetate

S Starch

SEM Scanning Electron Microscopy

TGA Termal Gravimetric Analysis

TEM Transmission Electron Microscope

rpm revolution per minute

nm nanometer

Mpa Mega pascal

موضوعات: بدون موضوع لینک ثابت

فرم در حال بارگذاری ...

فید نظر برای این مطلب