پژوهشگران کشورمان جهت ساخت عایقهای صوتی و حرارتی با کیفیت مطلوب اقدام به بررسی تأثیر فرمولاسیون به کار رفته در آنها نمودند. نتایج این طرح مورد توجه صنایع ساختمانی و نفت و گاز قرار خواهد گرفت.
دانشگاه تهران: دستیابی به فرمولاسیون بهینه در عایقهای صوتی و حرارتی
سیلیکا ایروژل به عنوان سبکترین و عایقترین مادهی جامد جهان شناخته میشود. این ماده با روش فوق بحرانی تولید میگردد و واکنش دو مرحلهای تشکیل سل-ژل آن نسبتاً زمانگیر است. تلاش برای تهیهی این ماده در فشار محیطی طی ده سال اخیر، رشد روز افزونی داشته است. اخیراً واکنشهای کاتالیستی تک مرحلهای به منظور کاهش زمان سنتز این مواد مورد استقبال قرار گرفته است.
علیرضا دورباش، دانشجوی دکترای مهندسی شیمی- پلیمر، در خصوص اهمیت تحقیقات صورت گرفته عنوان کرد: «ایروژلها عموماً موادی نانو متخلخل هستند. میزان تخلخل، کمینه بودن میزان چروک خوردگی (Shrinkage) و نسبت سطح به جرم ایروژلها در کاربرد و مرغوبیت این محصول بسیار مهم است. یکی از پارامترهای مؤثر در فرایند کاتالیستی تولید سیلیکا ایروژل، انتخاب میزان آب مورد استفاده در واکنشهای اولیه جهت تهیه سل-ژل آن است. در این کار پژوهشی نقش میزان آب بر سرعت تشکیل ژل، خواص مکانیکی ژل تهیه شده و ساختار نهایی آیروژل بررسی شده و مقدار بهینه برای سیستم کاتالیستی بهکار رفته بدست آمده است.»
با توجه به نتایج به دست آمده، امکان تعیین میزان آب بهینه در سنتز ایروژل فراهم شده است. در نتیجه ضمن دستیابی به فرمولاسیونی بهینه، میتوان به محصولی با کیفیت بهتر و کمترین میزان چروک خوردگی در مدت زمانی کوتاه دست یافت. همچنین هزینهی تولید این محصول از طریق کاهش دادن زمان سنتز (افزایش سرعت تولید) کاهش خواهد یافت.
به گفتهی دورباش، در روند این تحقیقات، با استفاده از تترااتیل اورتوسیلیکا (TEOS) به عنوان مادهی پایه، سل-ژلهایی با میزان آب متفاوت و به روش تک مرحلهای تهیه شده است. جهت آبگریز کردن سطح ژلها، اصلاح سطحی بر روی آنها صورت گرفت. در ادامه خواص مکانیکی ژل حاصل شده بررسی شده است. در نهایت ژلها در فشار محیطی خشک و خواص سطحی و ساختار حفرات ایروژلهای تولید شده مطالعه شد.
در این گزارش آمده است که «اگر چه افزایش میزان آب، زمان ژل شدن راکاهش میدهد، اما سبب کاهش تخلخل و سطح قابل ارایه ایروژل (که مقادیر بالاتر آنها مطلوب است) نیز خواهد شد. از طرفی مقاومت فشاری ژلها و چگالی آنها با افزایش میزان آب، افزایش مییابد. با بررسی کل نمونهها مشخص شده است که نمونههای حاوی ۱/۵ و یا ۲ نسبت مولی از آب (W/TEOS) بهترین خواص ویژه را از خود نشان میدهند. خاصیت ویژه حاصل تقسیم عدد خاصیت یک ماده به چگالی آن است.»
علیرضا دورباش، دانشجوی دکترای مهندسی شیمی- پلیمر، در خصوص اهمیت تحقیقات صورت گرفته عنوان کرد: «ایروژلها عموماً موادی نانو متخلخل هستند. میزان تخلخل، کمینه بودن میزان چروک خوردگی (Shrinkage) و نسبت سطح به جرم ایروژلها در کاربرد و مرغوبیت این محصول بسیار مهم است. یکی از پارامترهای مؤثر در فرایند کاتالیستی تولید سیلیکا ایروژل، انتخاب میزان آب مورد استفاده در واکنشهای اولیه جهت تهیه سل-ژل آن است. در این کار پژوهشی نقش میزان آب بر سرعت تشکیل ژل، خواص مکانیکی ژل تهیه شده و ساختار نهایی آیروژل بررسی شده و مقدار بهینه برای سیستم کاتالیستی بهکار رفته بدست آمده است.»
با توجه به نتایج به دست آمده، امکان تعیین میزان آب بهینه در سنتز ایروژل فراهم شده است. در نتیجه ضمن دستیابی به فرمولاسیونی بهینه، میتوان به محصولی با کیفیت بهتر و کمترین میزان چروک خوردگی در مدت زمانی کوتاه دست یافت. همچنین هزینهی تولید این محصول از طریق کاهش دادن زمان سنتز (افزایش سرعت تولید) کاهش خواهد یافت.
به گفتهی دورباش، در روند این تحقیقات، با استفاده از تترااتیل اورتوسیلیکا (TEOS) به عنوان مادهی پایه، سل-ژلهایی با میزان آب متفاوت و به روش تک مرحلهای تهیه شده است. جهت آبگریز کردن سطح ژلها، اصلاح سطحی بر روی آنها صورت گرفت. در ادامه خواص مکانیکی ژل حاصل شده بررسی شده است. در نهایت ژلها در فشار محیطی خشک و خواص سطحی و ساختار حفرات ایروژلهای تولید شده مطالعه شد.
در این گزارش آمده است که «اگر چه افزایش میزان آب، زمان ژل شدن راکاهش میدهد، اما سبب کاهش تخلخل و سطح قابل ارایه ایروژل (که مقادیر بالاتر آنها مطلوب است) نیز خواهد شد. از طرفی مقاومت فشاری ژلها و چگالی آنها با افزایش میزان آب، افزایش مییابد. با بررسی کل نمونهها مشخص شده است که نمونههای حاوی ۱/۵ و یا ۲ نسبت مولی از آب (W/TEOS) بهترین خواص ویژه را از خود نشان میدهند. خاصیت ویژه حاصل تقسیم عدد خاصیت یک ماده به چگالی آن است.»
تصویری از سیلیکا ایروژل سنتز شده
این محققان در ادامهی این طرح، تهیه ایروژل از سایر مواد، بررسی کارکرد این مواد به عنوان افزودنی در خواص پلیمرهایی با کاربردهای عایق حرارتی و صوتی را در دستور کار خود دارند.
نتایج این تحقیقات که در مجلهی Journal of Non-Crystalline Solids (جلد ۴۰۵، شماره ۱، سال ۲۰۱۴، صفحات ۱۳۵ تا ۱۴۰) منتشر شده است، حاصل همکاری علیرضا دورباش، دکتر سیامک مطهری- عضو هیأت علمی دانشگاه تهران- و حسینعلی عمرانپور- دانشجوی دکترای مهندسی شیمیگرایش مهندسی پلیمر- است.
