تلاش محققان ایرانی برای افزایش همزمان مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر شعله به کمک نانوذرات

 

پژوهشگران دانشگاه کاشان در تحقیقات خود موفق به ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی نوعی پلیمر شده‌اند که همزمان از دو ویژگی مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر شعله برخوردار است. نتایج این طرح در صنایع نساجی، هوافضا، خودروسازی و ساخت لوازم خانگی قابل استفاده خواهد بود.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، سلولز استات یک ماده‌ پرکاربرد در حوزه‌های مختلف از جمله نساجی است. این ماده از ویژگی‌های خوبی نظیر چقرمگی و استحکام ضربه‌ای بالا، شفافیت خوب و رنگ پذیری عالی برخوردار است. با این حال یکی از اصلی‌ترین عیوب و موانع این پلیمر برای تبدیل شدن به یک پلیمر مهم و کاربردی، مقاومت حرارتی نسبتاً پایین و اشتعال پذیری آن است.

محققان در این طرح تلاش کرده‌اند تا مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر شعله‌ پلیمر سلولز استات را به کمک نانومواد بهبود بخشند.

به گفته‌ دکتر داود قنبری مجری این طرح، از زمان‌های گذشته مواد پلیمری برای دستیابی به خواص بهتر با ترکیبات معدنی طبیعی و سنتزی به صورت کامپوزیت درآورده می‌شدند. البته در بیشتر مواقع افزایش پر کننده با اشکالاتی نظیر شکنندگی، ترد شدن، افزایش وزن و کدری محصول نهایی همراه است اما می‌توان با استفاده از افزودنی‌های نانوذرات به جای افزودنی‌های توده‌ای و میکرومتری بر این معایب کامپوزیت‌های غیر نانویی نیز غلبه کرد.

وی در ادامه افزود: «معمولاً افزایش مقاومت حرارتی (گرمایی) و افزایش مقاومت در برابر شعله (آتش) به طور همزمان به دست نمی‌آید؛ اما در این کار با استفاده‌ همزمان از سه افزودنی به این دو ویژگی دست یافتیم.»

مکانیسم این نانوکامپوزیت به تأخیراندازی شعله است. بدین صورت حتی اگر در برابر شعله‌ بزرگ و دائمی مقاومت نکند، قطعاً سرعت انتشار آن را کاهش می‌دهد و زمان را برای نجات افراد و خاموش کردن آتش افزایش می‌دهد.

استفاده از نتایج طرح‌های این چنینی که همزمان منجر به ایجاد مقاومت حرارتی و افزایش دیرسوز شوندگی کامپوزیت نهایی می‌شوند، برای صنایع هوافضا و تولید مواد هوشمند بسیار مناسب است. استفاده در اتومبیل‌های شعله ور شونده (اتاق اتوبوس)، پوشش داخلی انواع مکان‌ها، انبارهای مواد اشتعال پذیر و لوازم خانگی مانند فرش و پارچه، از دیگر مکان‌های کاربرد آن‌هاست.

قنبری نحوه‌ دستیابی به این اهداف را چنین بیان کرد: «برای این منظور از نانوذرات اکسید آنتیموان و تری کلرو ملامین برای افزایش مقاومت در برابر شعله استفاده شد. از طرفی افزایش مقاومت حرارتی نانوکامپوزیت نیز با حضور نانولوله‌های کربنی اصلاح سطح شده که جهت پخش مناسب در ماتریس پلیمر استفاده شد، به دست آمد.»

این محقق در ادامه به مزایای استفاده از مواد به کار رفته در ساخت این نانوکامپوزیت اشاره کرد و افزود: «در کشورهای توسعه یافته از طرف نهادهای کنترل آلایندگی و سلامت، استفاده از انواع دیرسوزکننده‌های متداول حاوی هالوژن و ترکیبات سمی ممنوع شده است. به همین خاطر محققان به دنبال نسل جدیدی از افزودنی‌ها برای افزایش مقاومت در برابر حرارت و شعله هستند. کاهش مصرف ترکیب هالوژن‌دار به دلیل استفاده از نانوذرات اکسید آنتیموان و در نتیجه کاهش آلودگی زیست محیطی یکی از نتایج مهم این طرح است. از طرفی نانولوله‌های کربنی تهیه شده مانند سدی از پلیمر در برابر حرارت، شعله و نفوذ اکسیژن محافظت می‌کنند و سرعت تخریب و تبخیر پلیمر را در برابر حرارت کاهش می‌دهند.»

در این تحقیقات نانوذرات اکسید آنتیموان با روش سونوشیمی سنتز شده و اثر عوامل مختلف مانند غلظت و نسبت بر ساختار نانوذرات بررسی شده است. پس از ساخت و تأیید نانوساختارها با انواع میکروسکوپ‌های الکترونی و آزمون‌های طیف‌سنجی، نانوذرات در کنار نانولوله‌های کربنی به بستر پلیمری اضافه شده‌اند. برای بررسی تأثیر مقاومت حرارتی از آزمون وزن سنجی گرمایی استفاده شد. همچنین برای بررسی مقاومت در برابر شعله نیز از آزمون‌هایی نظیر UL-94 استفاده شد.

این مطالعات از تلاش‌های دکتر داود قنبری- دانش آموخته‌ دانشگاه کاشان- و همکارانش در پژوهشکده‌ علوم نانوی کاشان حاصل شده که نتایج آن در مجله‌ Journal of Cluster Science (جلد ۲۵، شماره ۴، سال ۲۰۱۴، صفحات ۹۲۵ تا ۹۳۶) به چاپ رسیده است.