نانو در پلیمر

نانوپلیمر

 خواص مواد پلیمری به شدت وابسته به اندازه و مورفولوژی آنهاست. تفاوت رفتار پلیمرهای آلی در مقیاس نانومتر نسبت به نمونه های توده و مشخصه های طیفی این مواد، گواه این مدعاست. همچنین وابستگی طیف های UV و IR به اندزه ذرات، به دفعات مشاهده شده است. با توجه به وابستگی ذاتی خواص مکانیکی و ترموفیزیکی (خواص فیزیکی وابسته به دما نظیر: کشش، سختی و...) پلیمرها به ابعادشان، قابلیت تهیه و کنترل مواد پلیمری در مقیاس نانومتر برای بهبود خواص و گسترش کاربردشان در طیف وسیعی از صنایع از رهایش دارو در پزشکی تا صنایع الکترونیکی شامل: سلولهای فتوولتائیک، باتریهای پلاستیکی و دیودهای نشر نور حائز اهمیت است. به همین دلیل، روش های مختلفی پلیمریزاسیون اعم از شیمیایی و الکتروشیمیایی همگی مترصدند تا ساختارهای نانوذره، نانو و میکرولوله و نانوالیاف را از پلیمرها تهیه نمایند.
اندازه کوچک‌ترین بعد یک نانوساختار پلیمری می‌بایست در محدوده ۱ تا ۱۰۰ نانومتر قرار گیرد و این در صورتی‌ است که اندازه مارپیچ یک زنجیر پلیمری در محلولی رقیق، در این محدوده قرار دارد. هرچند که این مارپیچ‌ها از نظر ساختاری چندان پایدار نبوده و با زمان محتمل تغییرات می‌شوند. از جمله پلیمرهایی که در بحث نانومواد جایگاه ویژه‌ای دارند، پلیمرهای رسانا می‌باشند. پلیمرهای رسانا که در طول سه دهه اخیر توجه زیادی را به خود معطوف داشته‌اند، به سبب تغییر در خواص نوری و الکتریکی‌شان در ابعاد نانومتر، محتمل‌ترین سیستم‌ها برای کاربردهای نانوالکترونیک می‌باشند. خانواده پلی‌آنیلین نمونه‌ای از این پلیمرهاست. نظر به این‌که پلی‌آنیلین می‌تواند مورفولوژی‌های تک‌بعدی نظیر نانولوله، نانوسیم، نانوذرات کلوئیدی و نانوالیاف را تولید نماید؛ تحقیقات زیادی متوجه آن است.

نانوتکنولوژی در پلیمر

استفاده از نانوتکنولوژی در پلیمرها یکی از متداول‌ترین زمینه‌های تحقیق و توسعه امروزی است، که شامل مهندسی بافت، ماتریس‌‌های نانوکامپوزیت پلیمری، بسپارش تراکمی، پلیمریزاسیون، نانوکامپوزیت‌های کوپلیمر، نانوالیاف پلیمری بیوهیبریدی و غیره می‌باشد. مطالعه پلیمرها و نانوتکنولوژی اساساً متمرکز بر تلاش‌هایی به منظور طراحی مواد در مقیاس مولکولی برای رسیدن به خواص و کاربردهای مطلوب در مقیاس ماکروسکوپی می‌باشد. نانوتکنولوژی در پلیمر غالبا به نانوکامپوزیت‌های پلیمری مرتبط می‌باشد. حضور نانومواد در کامپوزیت‌های پلیمری موجب خواص بهبودیافته‌ای همچون موارد زیر می‌شود: خواص فیزیکی شامل پایداری حرارتی، پایداری حلالی، پایداری شیمیایی، خواص مکانیکی شامل استحکام کششی و خمشی، مدول یانگ، مقاومت پارگی، مقاومت سایشی و ... .

کاربردهای نانوکامپوزیت‌ها شامل تولید قطعات خارجی اتومبیل‌ها، فیلم‌های بسته‌بندی، ظروف محتوی نوشیدنی‌ها، لوله‌های پلیمری، پوشش‌های سیم و کابل، پلاستیک کندسوز، نانوالیاف، کاربردهای الکتریکی، سیستم‌های دارورسانی، ساخت وساز، لوازم خانگی و ... می‌باشد.

مهندسین آرون رایا بسپار با اتکا به دانش بومی و روز دنیا مدت‌هاست تحقیقاتی را در این زمینه انجام داده است، به گونه‌ای که برخی از پروژه‌ها به مرحله تجاری راه یافته‌اند و برخی دیگر هنوز در دست انجام است.

نانوكامپوزيت‌هاي ديرسوز یكی از كاربردهاي مهم فناوري نانو بهبود خواص مواد پليمری از نظر آتش‌گيری و بالابردن مقاومت اين مواد در برابر آتش است. اين مواد عموماً در دماهاي بالا ايمن نيستند؛ اما با استفاده از فناوری نانو امكان ديرسوز نمودن آنها وجود دارد.

با توجه به اين كه امروزه حجم وسيعی از كالاهاي مصرفی هر جامعه‌اي را پليمرهايی تشكيل مي‌دهند كه به‌راحتي مي‌سوزند يا گاهی در مقابل شعله فاجعه مي‌آفرينند، لزوم تحقيق در خصوص مواد ديرسوز احساس مي‌شود. بر همين اساس، در كشورهاي صنعتی، تلاش گسترده‌ای براي ساخت موادی با ايمنی بيشتر در برابر شعله آغاز شده است و در اين زمينه نتايج مطلوبی هم به دست آمده است.
بر همين اساس و با توجه به تدوين استانداردهاي جديد ايمنی، به نظر مي‌رسد استانداردهاي ساخت مربوط به پليمرهای مورد استفاده در خودروسازی، صنايع الكترونيك،‌ صنايع نظامی و تجهيزات حفاظتی و حتي لوازم خانگی، در حال تغيير به سوي مواد ديرسوز است.
از طرف ديگر مدتی است كه نانوكامپوزيت‌های پليمر – خاك­رس به عنوان موادی با خواص مناسب مثل تأخير در شعله ­وري، توجه بسياری از محققان را به خود جلب كرده است. بنابراين به­نظر مي‌رسد كه نانوكامپوزيت‌های پليمر – خاك­رس مي‌توانند جايگزين مناسبی براي مواد پليمری معمولی باشند؛ براي تهيه پليمرهای ديرسوز، علاوه بر رفتار آتش‌گيری، عوامل زيادي بايد مورد توجه واقع شوند؛ از جمله اينكه:
از افزودني‌هايي استفاده شود كه قيمت تمام­شده محصول را خيلي افزايش ندهد، مواد افزودنی به پليمرها بايد به آساني با پليمر فرآيند شود، مواد افزوده‌شده به پليمر نبايد در خواص كاربردي پليمر تغيير قابل ملاحظه ايجاد كند، زباله‌های اين مواد نبايد مشكلات زيست­ محيطی ايجاد كند.با توجه به اين موارد، خاك­رس از جمله بهترين مواد افزودنی به پليمرها محسوب مي‌شود كه مي‌تواند آتش‌گيری آنها را به تأخير بيندازد و سبب ايمنی بيشتر وسايل و لوازم ‌شود. مزيت ديگر خاك‌ رس فراوانی آن است كه استفاده از اين منبع خدادادی را آسان مي‌كند.