تحولی بزرگ در ابعاد کوچک

نانوکامپوزیتهای پلیمری نسل جدیدی از محصولات پلیمری به شمار میروند که در قرن گذشته وارد بازار شدهاند و متشکل از مواد پلیمری به صورت زمینه و مواد تقویتکننده با ابعاد نانو (یک میلیاردیم متر) به صورت پراکنده هستند. اصولا مهمترین ویژگی پلیمرها، سبکی و قابلیت فرآیندپذیری آنها در دماهای پایین است. با این حال، پلیمرها از استحکام زیادی برخوردار نیستند و تقویت کردن آنها با مواد معدنی ضروری است. در نتیجه تقویت معمولی، سبکی و فرآیندپذیری پلیمرها در دماهای پایین تا حد زیادی از میان میرود. در کامپوزیتهای نانو ساختاری، فاز تقویتکننده در مقیاس نانو است و توزیع یکنواخت این ذرات در پلیمرها باعث میشود با مقادیر بسیار کم تقویتکننده نانو، خواص پلیمر از نظر استحکام بهبود قابل توجهی نشان دهد. هماکنون در پژوهشگاه صنعت نفت، تحقیقاتی در زمینه استفاده از نانوکامپوزیتها در صنعت خودرو، بستهبندی محصولات کشاورزی و غشاهای پلیمری در حال انجام است.
مهمترین نتیجه استفاده از نانوکامپوزیتها در صنعت خودرو، کاهش وزن قطعات و مصرف سوخت و در نتیجه کم شدن میزان آلایندگی خودرو است. در بخش بستهبندی محصولات کشاورزی با استفاده از فیلمهای نانوکامپوزیتی از نفوذ گازهای خارجی همچون اکسیژن و دیاکسیدکربن به داخل بستهبندی برای مدتهای طولانی جلوگیری و افزون بر آن استحکام مکانیکی و عمر مفید بستهبندی شیر افزایش مییابد.
نانوکامپوزیتها به عنوان غشاهای پلیمری برای جداسازی گازهای مختلف خروجی از چاه هم در صنعت نفت استفاده میشوند. به عنوان مثال، به منظور خالصسازی گاز متان در مصارف گاز شهری از این غشاها میتوان استفاده کرد. همچنین کاربرد هیدروژلهای نانوکامپوزیتی و تزریق آنها درون چاههای نفتی موجب ازدیاد برداشت نفت با مسدود کردن مسیرهای آب خروجی در مخازن نفتی خواهد شد.
بیشک فناوری نانوکامپوزیتهای پلیمری در بهبود توسعه صنایع و تنوع بخشیدن به محصولات پلیمری جایگاه ویژهای دارد؛ چرا که کامپوزیتها (مواد چندسازهای یا کاهگلهای عصر جدید) ردهای از مواد پیشرفته هستند که در آنها از ترکیب مواد ساده به منظور ایجاد موادی جدید با خواص مکانیکی و فیزیکی برتر استفاده شده است. اجزای تشکیلدهنده ویژگی خود را حفظ کرده در یکدیگر حل و با هم ممزوج نمیشوند. استفاده از این مواد در طول تاریخ نیز مرسوم بوده است، مانند آجرهای گلی که در ساخت آنها از تقویتکننده کاه استفاده میشده است. هنگامی که این دو با هم مخلوط بشوند، در نهایت آجرپخته بهدست میآید که بسیار ماندگارتر و مقاومتر از هر دو ماده اولیه یعنی گل و کاه است.
در تقسیمبندی مواد کامپوزیت، رایجترین دسته کامپوزیتهای زمینه پلیمری هستند که بیش از 90 درصد مصرف جهانی کامپوزیت را به خود اختصاص دادهاند. به طور کلی وزن کم این مواد در عین بالا بودن نسبت مقاومت به وزن آنها (حتی تا 15 برابر برخی از فولادها)، مقاومت بالا نسبت به خوردگی، وجود روشهای مختلف ساخت و امکان تولید اشکال پیچیده و متنوع از نقاط قوت کامپوزیتها هستند.
توجه به ویژگیهای این مواد از آنجا مهم است که بدانیم مصرف سرانه مواد کامپوزیتی در کشور یک دهم سرانه مصرف در کشورهای پیشرفته است و سالانه بیش از 6 میلیون تن مواد کامپوزیتی به ارزش 145 میلیارد دلار در صنایع مختلف جهان مصرف میشود. در واقع سرانه مصرف کامپوزیت در کشورهای پیشرفته جهان 3 کیلوگرم است؛ در حالی که این سرانه در کشور ما تنها 0.3 کیلوگرم است و از نظر سرانه مصرف مواد کامپوزیتی، همرده کشورهای آسیایی قرار دارد. البته اگرچه علت پایین بودن سرانه مصرف مواد کامپوزیتی در این قاره وسعت این قاره و نیز وجود کشورهای فقیر در این منطقه است، در عین حال میتوان از کشور ژاپن با سرانه 4.5 کیلوگرم در سال به عنوان نمونهای از یک کشور آسیایی پیشرفته با مصرف سرانه مواد کامپوزیتی بالا نام برد.

عایقهایی در ابعاد نانو

یکی از کاربردهای نانو کامپوزیت پلیمر خاک رس، تاخیر انداختن شعله یا کاهش سرعت سوختن است. علاوه بر این، تهیه این نوع کامپوزیتها برخی خواص فیزیکی مکانیکی را نیز بهبود میبخشد. این محصول در کفپوشها، عایقها و پانلهای ساختمانی، اسفنجها (فومها) و قطعات مختلف خودرو، کشتی، هواپیما و صنایع نظامی قابل استفاده است. فریدوننیا کاهش عبورپذیری گازهای مختلف را از دیگر مزایای استفاده از نانوکامپوزیتهای پلیمر خاک رس عنوان میکند و میافزاید: کاهش عبورپذیری گازهای مختلف مانند اکسیژن، بخار آب و دیاکسیدکربن نیز از جمله مزایای بهرهگیری از این نانو کامپوزیتهاست، علاوه بر این که مقاومت حرارتی نانوکامپوزیت از پلیمر اولیه و دمای تخریب بالاتر است.
وی در پایان با ابراز امیدواری درخصوص تولید پلی یورتان در صنایع پتروشیمی کشور در آیندهای نزدیک اظهار میکند: طرح تولید دی ایزوسیاناتهای MDI و TDI در آینده در پتروشیمی کارون مورد بهرهبرداری قرار میگیرد که با توجه به وجود بازار رقابتی، لازم است عرضه محصولات پتروشیمی همگام با فناوری روز باشد.
مواد سبکتر، قویتر و قابل برنامهریزی، کاهش هزینه عمر کاری از طریق کاهش دفعات نقص فنی، ابزارهایی نوین بر پایه اصول و معماری جدید، بهکارگیری کارخانههای ملکولی یا خوشهای که مزیت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند، از جمله ویژگیهای نانو است. این مواد میتوانند کاربردهای مختلفی را در صنایعی همچون صنعت هواپیمایی، صنعت خودرو، لوازم خانگی و غیره ایجاد کند.