[vc_row type=”vc_default”][vc_column][vc_custom_heading text=”کاربردهای صنعتی نانوکلی” font_container=”tag:h1|font_size:20|text_align:right” use_theme_fonts=”yes”][vc_column_text]
نانوکلی به عنوان ماده ای منحصر به فرد، کاربردهای بسیار متنوعی در صنایع مختلف از جمله صنایع خودرو، ساختمان، هوا- فضا، بسته بندی مواد غذایی، نساجی و غیره یافته است. بر اساس آمار 75 الی 85 درصد از نانوکلی تولیدی در صنایعی نظیر خودرو، هوا- فضا و بسته بندی مورد استفاده قرار می گیرد. در ادامه به کاربرد نانوکلی در برخی از این صنایع می پردازیم.
[/vc_column_text][vc_custom_heading text=”1- صنعت خودرو” font_container=”tag:h2|font_size:20|text_align:right” use_theme_fonts=”yes”][vc_column_text]
شرکت جنرال موتورز اولین شرکتی است که محصولی تجاری بر پایه نانوکامپوزیت های حاوی نانوکلی را جهت استفاده در پوشش تسمه تایم با استفاده از پلی آمید 6 تولید نمود. استفاده از این نانوکامپوزیت ها توسط شرکت تویوتا در سال 1995 صورت پذیرفت که منجر به بهبود خواصی نظیر سختی و پایداری حرارتی و کاهش قابل ملاحظه وزن قطعه گردید. پس از آن، شرکت های دیگر نظیر شرکت آمریکایی Southern Clay Products و شرکت تولید کننده قطعات پلاستیکی خودرو Blackhawk با همکاری شرکت جنرال موتورز اقدام به تولید نانوکامپوزیت های پلیمری اولفینی با استفاده از نانوکلی نمودند که جهت تولید قطعات مختلف بدنه خارجی خودرو مورد استفاده قرار گرفت. بر اساس نتایج، افزودن مقادیر اندک نانوکلی در پلیمرهای اولفینی موجب بهبود 10 درصدی استحکام مکانیکی قطعه تولیدی شده و وزن آن را تا حدود 25 درصد کاهش داده است.
[/vc_column_text][vc_single_image image=”4103″ img_size=”large”][vc_custom_heading text=”2- صنعت هوا- فضا” font_container=”tag:h2|font_size:20|text_align:right” use_theme_fonts=”yes”][vc_column_text]
صنعت هوا- فضا نیازمند تولید موادی سبک و مقاوم در برابر شعله است. خواص مذکور توجه بسیاری از محققین و پژوهشگران این حوزه را به استفاده از نانوکامپوزیت های پلیمری حاوی نانوکلی معطوف کرده است. چنین خواصی در ساخت تلسکوپ های دیافراگمی و آنتن های فضایی از اهمیت قابل ملاحظه ای برخوردار است. استفاده از نانوکلی در تولید نانوکامپوزیت ها بر پایه پلی استایرن، پلی یورتان، پلی متیل متاکریلات و غیره منجر به بهبود قابل توجه خواص مکانیکی، حرارتی، کاهش نفوذپذیری و خواص ضد آتش این نانوکامپوزیت ها میشود که امکان استفاده از آن ها را در کاربردهای فضایی فراهم می نماید.
[/vc_column_text][vc_single_image image=”4118″ img_size=”large”][vc_custom_heading text=”3- صنعت بسته بندی” font_container=”tag:h2|font_size:20|text_align:right” use_theme_fonts=”yes”][vc_column_text]
نانوکامپوزیت های پلیمری حاوی نانوکلی در برابر نفوذ گازهای مختلف همچون اکسیژن، دی اکسید کربن، بخار آب و سایر مواد شیمیایی مقاومت قابل ملاحظه ای از خود نشان می دهند. به همین دلیل، این دسته از نانوکامپوزیت ها به سرعت در حال جایگزینی با پلاستیک های متداول مورد استفاده در صنایع بسته بندی مواد غذایی می باشند. نانوکامپوزیت های پلیمری تقویت شده با نانوکلی به واسطه تشکیل ساختاری شبکه مانند یا ایجاد مسیرهای تصادفی، باعث تاخیر در نفوذ سیال (گاز یا مایع) از میان زمینه پلیمری می شوند. میزان کاهش نفوذ سیال از میان بستر پلیمر، ارتباط تنگاتنگی با میزان مسیرهای تصادفی حاصل از آرایش نانوصفحات رسی در ماتریس پلیمری دارد. ابعاد نانو صفحات رسی، میزان جدایش صفحات و همچنین نحوه توزیع آنها در بستر پلیمری از عوامل تاثیرگذار بر کاهش نفوذپذیری نانوکامپوزیت حاصل می باشند.
یکی دیگر از کاربردهای نانوکامپوزیت های حاوی نانوکلی، استفاده از آنها در زمینه بسته بندی های هوشمند و فعال است. نانوکلی به عنوان ماده موثر و کلیدی در هوشمندسازی نسل جدید بسته بندی های غذایی تلقی می شود که با کنترل سرعت رهاسازی برخی مولکول های فعال موثر، نگهداری طولانی مدت مواد غذایی پیش پخت شده را امکان پذیر می سازد. در همین رابطه، ارتش ایالات متحده امریکا با همکاری ناسا از نانوکلی جهت کاهش نفوذپذیری هوا از پلیمر اتیلن وینیل الکل استفاده نموده است که در نهایت، منجر به تولید بسته بندی هایی با قابلیت نگهداری طولانی مدت مواد غذایی (سه تا پنج سال بدون استفاده از یخچال) شده است. از نکات حائز اهمیت در تولید نانوکامپوزیت های بر پایه نانوکلی می توان به شفافیت بسته بندی نهایی، زیست سازگاری و مقاومت عالی در برابر نفوذ گازها اشاره نمود. نانوکامپوزیت های بر پایه نانوکلی که در بازار بسته بندی جهانی مورد توجه قرار گرفته اند، عمدتاً تحت برندهایی نظیر Nanolok و Nano-seal به بازار مصرف عرضه می شوند.
[/vc_column_text][vc_single_image image=”4106″ img_size=”large”][vc_custom_heading text=”4- صنعت راه و ساختمان” font_container=”tag:h2|font_size:20|text_align:right” use_theme_fonts=”yes”][vc_column_text]
اگرچه نانوکامپوزیت های پلیمری بر پایه نانوکلی کاربردهای بسیار متنوعی در صنعت ساختمان دارند، با این حال، میزان تحقیقات علمی و دستاوردهای عملی در این زمینه بسیار ناچیز است. از جمله کاربردهای نانوکامپوزیت های حاوی نانوکلی در صنعت ساختمان می توان به عایق های حرارتی و صوتی، چسب ها، پوشش ها، پلاستیک ها، بتن، آسفالت و انرژی اشاره نمود. به عنوان مثال، استفاده از نانوکامپوزیت های پلی وینیل الکل بر پایه نانوکلی در بتن، منجر به بهبود قابل ملاحظه خواص کامپوزیت های سیمان شده است، بدون اینکه بر مقاومت فشاری آن تاثیر بگذارد.
آسفالت یکی دیگر از مواد ساختمانی است که محصول پالایش نفت خام بوده و جهت پوشش دهی جاده ها مورد استفاده قرار می گیرد. آسفالت در معرض اکسیژن محیط و اشعه ماوراء بنفش خورشید، دچار اکسیداسیون و تخریب می شود. این معضل، منجر به هوازدگی و کاهش شکل پذیری و توان چسبندگی آسفالت می گردد. به منظور رفع مشکل مذکور، استفاده از نانوکامپوزیت حاوی نانوکلی بر پایه استایرن- بوتادین- استایرن (SBS) توصیه شده که در کنار آن منجر به بهبود سایر خواص آسفالت نیز می شود.
پوشش دهی بتن یکی دیگر از موارد مهم در صنعت ساختمان می باشد. رنگ های پلیمری معمولی مستعد هوازدگی هستند، اما، نتایج نشان داده است که نانوکامپوزیت های پلیمری حاوی رس قادر به پوشش دهی حفرات و تخلخل های سطحی بتن می باشند. علاوه بر این، نانوکامپوزیت های مذکور در مقابل آلودگی های زیست محیطی مانند نفوذ یون های کلر یا نشت آب که از عوامل کلیدی در تخریب بتن محسوب می شوند، نیز مقاوم هستند.
[/vc_column_text][vc_single_image image=”4107″ img_size=”large”][vc_custom_heading text=”5- زیست پزشکی و دارو رسانی” font_container=”tag:h2|font_size:20|text_align:right” use_theme_fonts=”yes”][vc_column_text]
یکی دیگر از کاربردهای جذاب نانوکامپوزیت های پلیمری حاوی نانوکلی، استفاده در دارو رسانی و کالاهای زیست پزشکی جهت بافت ها و اندام های آسیب دیده می باشد. مهندسی بافت یکی از زمینه های علمی و حائز اهمیت است که در آن از نانوکامپوزیت های پلیمری بر پایه رس جهت بازیابی اندام های از دست رفته استفاده می شود.
دیگر کاربرد مهم نانوکامپوزیت های حاوی نانوکلی مربوط به سیستم دارو رسانی می باشد. رهاسازی مناسب دارو در سایت فعال بدن، حائز اهمیت فراوان است که در انتخاب سیستم دارورسانی نقش بسزایی دارد. قرارگیری دارو در میان صفحات رسی، امکان افزایش قابل ملاحظه زمان رهاسازی دارو را فراهم می نماید. همچنین، نتایج تحقیقاتی نشان داده است که افزودن رس به ماتریس برخی از پلیمرها و استفاده از آن جهت تحویل داروهای ضد میکروب بسیار موثر است. علاوه بر این، نانوکامپوزیت های حاصل، خواص مکانیکی، شیمیایی و چسبندگی مخاطی را به میزان چشمگیری بهبود می بخشند.
علاقه مندی فزاینده به استفاده از کامپوزیت های پلیمر – نانوکلی در کاربردهای زیست پزشکی همچون مهندسی بافت، ژن تراپی، نگهداری مواد غذایی، سنسورهای زیستی، تصویر برداری زیستی و تحویل دارو عمدتاً به واسطه قابلیت های منحصربه فرد آن، همچون خواص رئولوژیکی و تورم، ظرفیت نگهداری بالا، نسبت سطح به حجم و تمایل به برهمکنش با بیوپلیمرها می باشد. به عنوان مثال، ژن تراپی که جهت درمان نواقص ژنتیکی و بیماری های صعب العلاج صورت می پذیرد، نیازمند ورود موثر DNA خارجی به درون سلول ها است. در همین رابطه، ساختار لایه ای صفحات رسی، فضای لازم را جهت قرارگیری DNA و انتقال آن به درون سلول های آسیب دیده فراهم می نماید. اخیراً، برخی از کامپوزیت های پلیمری حاوی نانوکلی نیز به عنوان عامل کنتراست در انواع روش های تصویربرداری زیستی همچون تصویربرداری رزوسانس مغناطیسی (MRI)، تصویربرداری فوتوآکوستیک (PA)، تصویربرداری فلورسانس (FI) و ترموگرافی کامپیوتری اشعه ایکس (CT) مورد استفاده قرار گرفته اند.
[/vc_column_text][vc_single_image image=”4108″ img_size=”large”][vc_custom_heading text=”6- اصلاح کننده های رئولوژیک” font_container=”tag:h2|font_size:20|text_align:right” use_theme_fonts=”yes”][vc_column_text]
یکی دیگر از قابلیت های نانوکلی، استفاده از آن به عنوان عامل اصلاح کننده رئولوژیکی در سیستم های پلیمری و سیالات آلی است. گل حفاری یکی از موارد اصلی مصرف نانوکلی در این رابطه است. افزودن یک درصد وزنی از کامپوزیت های حاوی نانوکلی منجر به بهبود نقطه تنش تسلیم و افزایش تنش برشی سیالات شده و مقاومت الکتریکی سیالات حفاری را تا 30 درصد کاهش می دهد.
اصلاح کننده های رئولوژیکی خواص جریان سیالاتی نظیر رنگ ها، جوهرها، امولسیون ها یا سوسپانسیون های رنگدانه را نیز با افزایش ویسکوزیته سیال یا ایجاد جریان تیکسوتروپیک در سیستم مایع، کنترل می کنند. خواص رئولوژیکی سیستم رنگ با افزایش مقادیر کمی از نانوکلی به صورت ژل یا پودر خشک به صورت چشمگیری بهبود می یابد. تشکیل ژل از رسوب رنگدانه یا شره کردن رنگ روی سطح عمودی جلوگیری می کند تا ضخامت مناسبی از پوشش ایجاد شود. علاوه بر این، نگهداری طولانی مدت رنگ در انبار حتی در دماهای بالا که امکان رسوب کردن بیشتر است، تضمین می شود. استفاده از نانوکلی در فرمولاسیون جوهر نیز از طریق ممانعت از رسوب رنگدانه، ایجاد توزیع رنگ خوب، دستیابی به ضخامت فیلم مطلوب و کاهش میزان جذب غبار به بهبود کیفیت جوهر کمک می کند.
افزودن نانوکلی به روغن های روان کننده و تغییر رئولوژی آن، منجر به تولید گریس هایی مقاوم در برابر دماهای بالا می شود. نانوکلی ها علاوه بر پایداری حرارتی خوب، مقاومت گریس ها را نیز در برابر نفوذ آب بهبود می بخشند. چنین گریس هایی معمولاً جهت روانکاری در فرآیندهایی همچون ریخته گری، آسیاب ها، نوار نقاله های پرسرعت، کشاورزی، خودروسازی و معدن مورد استفاده قرار می گیرند.
[/vc_column_text][vc_single_image image=”4117″ img_size=”large”][vc_custom_heading text=”7- تصفیه پساب” font_container=”tag:h2|font_size:20|text_align:right” use_theme_fonts=”yes”][vc_column_text]
سرعت انقلاب صنعتی پس از جنگ جهانی دوم بسیار قابل ملاحظه بود. این مسئله منجر به تحقیق و توسعه محصولات و مواد جدیدی گردید که عامل مستقیم تولید پسماندهای مخرب و ایجاد مشکلات محیط زیستی محسوب می شد. امروزه، آلودگی آب به واسطه حضور طیف وسیعی از مواد آلاینده همچون فلزات سنگین، مولکول های آروماتیک، رنگ ها و غیره به یک بحران تبدیل شده و جامعه بشری را تهدید می کند. نانوکامپوزیت های پلیمری حاوی نانوکلی در فرآیند تصفیه آب، ظرفیت جذب سطحی بالا و طول عمر عالی از خود نشان می دهند که به فرآیند پذیری آسان، تبادل کاتیون موثر، سطح ویژه بالا و سمیت نسبتاً اندک آنها برمی گردد. بسیاری از مولکول های آلی می توانند توسط گرانول های کربن فعال جذب شوند، اما کربن فعال قادر به جذب مولکول های آلی بزرگ موجود در پساب همچون اسید هیومیک، گریس و روغن امولسیون شده نیست. اسید هیومیک یکی از آلاینده های رایج در آب آشامیدنی بوده که به دلیل برهمکنش ضعیف با کربن فعال، از طریق روش های سنتی انعقاد قابل حذف نمی باشد. تحقیقات حاکی از آن است که نانوکلی قابلیت خوبی در تصفیه پساب های حاوی اسید هیومیک دارد.
[/vc_column_text][vc_single_image image=”4110″ img_size=”large”][vc_custom_heading text=”8- تاخیر اندازی آتش” font_container=”tag:h2|font_size:20|text_align:right” use_theme_fonts=”yes”][vc_column_text]
اشتعال پلیمرها در دماهای بالا یکی از معضلاتی است که به صورت روزمره در زندگی مشاهده می شود. همان گونه که می دانیم، دمای بالا باعث تخریب پلیمر شده و مواد حاصل از تخریب، به صورت اجزای فرار درون هوا نفوذ می کنند. این ترکیب گازی قادر است به صورت سوخت عمل نموده و مشتعل شود. روش هایی برای جلوگیری از فرآیند احتراق وجود دارند که از آن جمله می توان به کاهش گرمای در دسترس برای پلیمر، جلوگیری از نفوذ اکسیژن یا هوا به شعله و کاهش گرمای بازگشتی به پلیمر برای جلوگیری از ادامه تخریب آن اشاره نمود.
در حال حاضر، مواد شیمیایی بسیاری به عنوان تاخیرانداز آتش در پلیمرهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند که از آن جمله می توان به تاخیر اندازهای معدنی (هیدروکسیدهای فلزی، هیدروکسی کربنات ها، اکسید آنتیموان و بورات روی)، ترکیبات هالوژن دار، ترکیبات فسفردار (فسفات ها، فسفینات ها و اکسید فسفین، آمونیوم پلی فسفات)، ترکیبات سیلیکونی و ترکیبات نیتروژن دار (ملامین، ملامین سیانورات و ملامین فسفات) اشاره نمود. ترکیبات هالوژن دار، با ایجاد پوشش گازی محافظ و رقیق کردن گازهای سوختی در فاز گازی و از طریق کاتالیز نمودن واکنش اکسایش و ایجاد لایه محافظ در فاز جامد مانع از انتشار آتش و اشتعال بیشتر می شوند. علیرغم عملکرد مطلوب ترکیبات هالوژن دار، به دلیل تولید گازهای سمی در حین احتراق (هیدروژن هالید)، استفاده از این ترکیبات توسط استانداردهای جهانی به شدت محدود شده است. استفاده از نانوکلی به همراه ترکیبات هالوژن دار باعث کاهش میزان دود و نیز، کاهش تولید گاز های سمی و خورنده در حین تخریب می شود. همچنین، مصرف مقادیر بسیار اندک نانوکلی در بستر پلیمر در مقایسه با تاخیراندازهای سنتی منجر به کاهش وزن و قیمت نهایی نانوکامپوزیت می گردد. نتایج تحقیقات علمی حاکی از این است که استفاده از ترکیب نانوکلی و تاخیر اندازهای سنتی تاثیر فزاینده ای در بهبود خاصیت کندسوزی کامپوزیت های پلیمری دارد.
[/vc_column_text][vc_single_image image=”4111″ img_size=”large”][vc_custom_heading text=”9- کشاورزی” font_container=”tag:h2|font_size:20|text_align:right” use_theme_fonts=”yes”][vc_column_text]
یکی از موارد مطرح در حوزه کشاورزی، مدیریت مصرف منابع تجدیدناپذیر نظیر آب و مواد مغذی زمین است. امروزه، بیش از هر زمان دیگری، شاهد کاهش شدید منابع آبی، افزایش بیابان زایی و کاهش فضاهای سبز هستیم. لذا، برخی از محققین تلاش بسیاری به منظور دستیابی به روش های نوین و عملی جهت حفظ این منابع ارزشمند نموده اند. در سال های اخیر، استفاده از نانوکلی مایع به عنوان یکی از روش های پیشنهادی جهت نیل به این مقصود مورد ارزیابی قرار گرفته است. اهمیت استفاده از خاک های رسی علاوه بر ساختار معدنی مغذی آنها که حاوی عناصر کلسیم، منیزیم، آلومینیوم است، در قابلیت نگهداشت آب میان صفحات آن می باشد. بدین ترتیب، ساختار رس از طریق غنی سازی مواد مغذی خاک، از رشد گیاه حمایت می کند. همچنین، بار سطحی صفحات رسی امکان نگهداشت آب در میان این صفحات را افزایش داده و قادر به نگهداشت آب در زمان های بسیار طولانی است. لذا، رهایش آب جهت تغذیه گیاه به صورت آهسته رخ داده و از مصرف بی رویه آب و اتلاف آن توسط تبخیر سطحی و عوامل محیطی جلوگیری می شود. نانوکلی مایع، نخستین بار توسط محققین نروژی ارائه و به کار گرفته شد. تست های آزمایشی این محصول در کشور مصر انجام شده و نتایج شگفت انگیزی حاصل شده است که از آن جمله می توان به افزایش بازده حاصلخیزی خاک به میزان 416 درصد و کاهش مصرف آب به میزان 65-50 درصد اشاره نمود. همچنین، استفاده از نانوکلی مایع از فرسایش خاک در نواحی با وزش باد شدید نیز جلوگیری می کند.
[/vc_column_text][vc_single_image image=”4112″ img_size=”large”][vc_column_text]
دیگر کاربرد نانوکلی در حوزه کشاورزی، استفاده از آن به عنوان اصلاح کننده سطحی الکترودها و ساخت حسگرهای الکتروشیمیایی مورد استفاده در این حوزه می باشد. آفت کش های سنتی که جهت حفظ و مراقبت از گیاه در مقابل انواع قارچ ها، حشرات و علف های هرز مورد استفاده قرار می گیرند، گیاهان و محصولات کشاورزی را نیز تحت تاثیر قرار داده و از این طریق، موجب آسیب به اکوسیستم و همچنین، سلامتی انسان می شوند. استفاده از حسگرهای الکتروشیمیایی که در آن از الکترودهای اصلاح شده توسط نانوکلی استفاده شده است، قدرت تشخیص و شناسایی قارچ ها، حشرات و علف های هرز را داشته و بدین ترتیب، از بروز آسیب های احتمالی جلوگیری می کنند.
[/vc_column_text][vc_single_image image=”4115″ img_size=”large”][vc_column_text]
جهت آشنایی بیشتر با ساختار نانوکلی کلیک کنید.
[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row]