تکنولوژی های صنعتی موجود برای تبدیل متان به محصولات ارزشمندتر، همچون تشکیل مجدد بخار (steam reformation) در دما و فشار بالا انجام می شوند و به تعداد زیادی از واحدهای عملیاتی نیاز دارند و گستره ای از محصولات را حاصل می کند. در نتیجه، تکنولوژی های صنعتی حاضر کارایی پایین در تبدیل متان برای محصولات پایانی دارند و می تواند فقط در ابعاد بسیار بزرگ اقتصادی باشد.
دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس لایومور (LLNL) زیست شناسی و پرینت کردن سه بعدی ترکیب کردند برای ساخت اولین راکتوری که می تواند به طور پیوسته از متان، متانول را در دمای و فشار محیط ایجاد کند.
سارا بِکر شیمی دان آزمایشگاه ملی لارنس لایومور
این تیم آنزیم ها را از متانوتراپ ها (باکتری که متان را می بلعد) جدا کردند و آنها را با پلیمرهایی که آنها را به شکل راکتورهای نوآورانه پرینت کرده اند یا قالبگیری کرده اند، مخلوط کردند. سارا بِکر (شیمی دان LLNL و مدیر پروژه) ادعا نموده است که این آنزیم، 100 درصد فعالیت خود را درون پلیمر حفظ نموده است. بعلاوه وی افزوده است که پلیمر دارای آنزیم پرینت شده بسیار انعطاف پذیر برای توسعه های آینده است و برای گستره وسیعی از کاربردها، خصوصا آنهایی که دارای واکنش های گاز-مایع هستند ، مناسب است.
جوزف استولاروف (دانشمند محیط زیست تیم) بیان کرد که تاکنون، بیشتر راکتورهای زیستی صنعتی، تانک های دارای همزن بودند که برای واکنش های گاز مایع ناکارآمد هستند.
رزین پیش پلیمر-پروتئینپلیمر پرینت شده سه بعدی جدید
تفکر پرینت آنزیم به درون یک ساختار پلیمری مستحکم در را برای انواع جدیدی از راکتورها با خروجی بالاتر و مصرف انرژی پایین تر باز می کند .
این تیم دریافتند که این پلیمر پرینت 3 بعدی شده می تواند در سیکل های متعددی مجددا استفاده شود و در غلظت بالاتر از آنچه که با روش های دیدگاه مرسوم آنزیم پخش شده در محلول امکان پذیر است، استفاده شود. اطلاعات بیشتر در:
Printable enzyme-embedded materials for methane to methanol conversion. Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms11900
بسته به ماهیت زمینه، شما باید سعی کنید چه گروه عاملی به دست آید؟
بر خلاف پلی آمیدها، پلی الفین ها نیاز به گروه های مختلف عاملی در سطح الیاف تقویت کننده برای افزایش برهمکنش های شیمیایی دارند. هیچ عاملیت سطحی قابل استفاده برای همه گونه مواد پلیمری گرمانرم وجود ندارد. در عوض، گروه های عاملی موثر برای یک پلیمر گرمانرم خاص متفاوت است که به عنوان مواد زمینه در کامپوزیت گرمانرم مورد استفاده قرار می گیرد.
بنابراین، در حالیکه انتخاب یک اصلاح سطح مناسب تقویت کننده لیف، زمینه پلیمری مورد استفاده در کامپوزیت را در نظر داشته باشید. در غیر این صورت، شما بیشترین عاملیت شیمیایی موثر را نخواهید داشت. این موضوع می تواند سبب وضعیتی که فصل مشترک لیف / زمینه بهینه سازی نشده است و خواص فیزیکی مطلوب به دست نمی آید، شود. این موضوع، عملکرد کامپوزیت در کاربرد نهایی را تحت تاثیر قرار دهد.
اصلاح شیمیایی سطح الیاف
روش اکسیداسیون که عاملیت سطحی را ایجاد می کند شامل ایجاد واکنش های اکسید کننده در محیط مایع یا گازی می شود. این موضوع گروه های عاملی حاوی اکسیژن مانند کربوکسیل، کربونیل، لاکتون و / یا گروه های هیدروکسیل بر روی سطح لیف تقویت کننده را ایجاد می کنند. در همان زمان، این روش اکسیداسیون نیز سطح لیف را افزایش می دهد. این موضوع، انتقال تنش از زمینه پلیمری ضعیف و سازگار به الیاف تقویت کننده قوی و محکم را بهبود می دهد.
مزایای اصلاح شیمیایی
یکی از مزایای اصلی این روش اصلاح شیمیایی این است که بسیاری از گروه های عاملی مختلف، از جمله کربونیل، هیدروکسیل، کربوکسیل و گروه های دیگر می توانند به سطح لیف اضافه شوند.
می تواند برای ایجاد برهمکنش های شیمیایی با هر زمینه پلیمری در کامپوزیت گرمانرم استفاده شود.
محدودیت های اصلاح شیمیایی
اکثر روش های اصلاح شیمیایی، اجازه کنترل موثر غلظت گروه های عاملی خاص را نمی دهد. در عوض، گروه های عاملی مختلف در یک زمان اضافه شده اند.
برخی از گروه های عاملی اضافه شده، در ترویج تعامل با زمینه پلیمری موثر نخواهند بود. بنابراین، کارایی روش اصلاح پایین تر از روش های دیگر است.
روش اصلاح شیمیایی
روش های اصلاح شیمیایی استفاده شده برای اصلاح سطوح لیف مورد استفاده در کامپوزیت گرمانرم عبارتند از:
اچ کردن شیمیایی مرطوب
اکسیداسیون شعله
اصلاح ازن UV /
اصلاح کورونا و پلاسما اکسیژن (بسیار موثر)
از این تعداد، اچ شیمیایی اغلب قادر به ارائه گروه شیمیایی خاص بر روی سطح لیف است. بنابراین، کنترل شیمی سطح لیف، امکان پذیر است. روش های دیگر اغلب چند گروه مختلف شیمیایی بر روی سطح لیف ایجاد می کند. از این رو، می تواند برای تولید یک غلظت خاص از عاملیت شیمیایی مورد نظر دشوار باشد.
اصلاح با پلاسما اکسیژن موثرین روش است است. این پیوند بین سطحی در کامپوزیت را افزایش می دهد. اما، یک محدودیت پلاسما اکسیژن این است که آنها معمولا در خلاء تولید شده اند. برای دریافت اصلاح مناسب، قرار دادن قطعات در داخل محفظه مهر و موم شده و پمپ گاز به بیرون قبل از اعمال پلاسما ضروری است. این موضوع سبب استفاده از عمل خلاء که به تجهیزات گران قیمت نیازمند است می شود که باید به دقت داشت. همچنین، این روش نسبت به فرآیندهای دیگر که مورد استفاده اند، گران تر و وقت گیر تر هستند.
پیوست:
زمینه غیر قطبی (پلی الفین ها)
گروه های سطحی که در طبیعت در درجه اول غیر قطبی اند، مطلوب هستند. این موضوع اغلب می تواند با استفاده از مواد سیلان که حاوی گروههای آلکیل هستند، انجام شود. این عاملیت های سطح با زمینه پلیمری پلی اولفین در کامپوزیت گرمانرم سازگار هستند و در نتیجه، سازگاری فراهم می کنند.
زمینه قطبی
نایلون، (PET)
موثر ترین روش، ایجاد عاملیت های از قبیل گروه های کربونیل و هیدروکسیل بر روی سطح لیف است. این گروه شیمیایی قادر به تداخل شیمیایی یا حتی واکنش شیمیایی با زمینه پلیمری هستند. بر همکنش آن ها سبب فصل مشترکی بهبود یافته در مقایسه با استفاده از الیافی که گروه های کربونیل و یا هیدروکسیل ندارند، می شود
کامپوزیت های پلیمری در حال ایفای نفش فزاینده ای در طیف گسترده ای از کاربردها هستند. به طور خاص، کامپوزیت های گرمانرم تحت بررسی موشکافانه می باشد. بازیافت و استفاده مجدد آنها در مقایسه با کامپوزیت های دارای زمینه گرماسخت راحت تر می باشد.
استفاده از کامپوزیت های گرمانرم، در حال حاضر برای صنعت خودرو در نظر گرفته شده است. در صنعت خودرو، برای مثال، آنها باید یک ترکیب منحصر به فرد از موارد زیر را ارائه دهند:
پایداری حرارتی و اکسیداتیو بالا،
چقرمگی
مقاومت در برابر حلال.
با این حال مواد کامپوزیت گرمانرم اغلب از عدم چسبندگی لیف به زمینه رنج می برند. این ماده سختی و استحکام کم اما در برابر شکستگی مقاومت بالا می کند. بهینه سازی فصل مشترک زمینه / الیاف، رسیدن به استحکام و سفتی بالا اما مقاومت به شکست به طور کلی کم را ایجاد می کند. خواص دیگر کامپوزیت ها که تحت تاثیر ویژگی های فصل مشترک قرار می گیرند، شامل مقاومت در برابر:
خزش،
خستگی
تخریب در محیط زیست و
دمای خمش حرارتی
این موضوع با استفاده از اصلاح سطح الیاف جبران می شود. اصلاح سطح معمول برای کامپوزیت های گرماسخت پایه اپوکسی به خوبی برای استفاده در کامپوزیت گرمانرم کارا نیست.
روش های بهینه سازی فصل مشترک زمینه / لیف
اصلاح شیمیایی / افزودن یک ماده سوم، فاز سازگارکننده ای است که بین فاز زمینه و الیاف، پل می زند. این عامل، ویژگی های بین سطحی بسیاری از سیستم های کامپوزیت های پلیمری را بهبود می دهد. این مهم است که از آنجاییکه خواص مکانیکی و عملکرد نه تنها به خواص فیبر و زمینه تشکیل دهنده بستگی دارد بلکه به کیفیت پیوند بین سطحی نیز بستگی دارد.
این واقعیت با داده های موجود در جدول زیر توضیح داده شده است. داده مدول برای کامپوزیت های نایلون 6،6 / لیف کربن که با استفاده از الیاف کربن unsized و الیاف کربن دارای پلی اورتان (PU) در سطح لیف،ارائه شده است. این نشان می دهد که حضور PU تا حد زیادی بر مقدار مدول اندازه گیری شده تاثیر می گذارد. افزایش بیش از 50% مشاهده می شود. افزایش مدول به دلیل بهبود در پیوند بین سطحی در کامپوزیت است.
با همکاری و جواز تکنولوژی شرکت نیولایت تکنولوژی، شرکت اکیا حق انحصاری برای تولید و استفاده از گرمانرم AirCarbon™ در محصولات مبلمان خانگی کسب کرد. Read more
