پلاستیک نانو چیست، پلاستیکها از جمله موادی هستند که در قرن بیستم نقشی اساسی در زندگی روزمره انسان ایفا کردهاند. ویژگیهایی نظیر سبک بودن، مقاوم بودن، قابلیت شکلدهی، و قیمت پایین موجب شده است که پلاستیکها در صنایع مختلف از بستهبندی گرفته تا خودرو، الکترونیک، و حتی پزشکی کاربرد وسیعی داشته باشند. با این حال، محدودیتهایی مانند مقاومت مکانیکی پایینتر از فلزات، حساسیت به حرارت و نفوذپذیری نسبتاً زیاد، نیاز به توسعه نسل جدیدی از پلاستیکها را به وجود آورده است.
در همین راستا، فناوری نانو با ایجاد ساختارها و موادی در مقیاس نانومتر (یک میلیاردیم متر) توانسته است ویژگیهای مواد را به طور قابل توجهی تغییر دهد. «پلاستیک نانو» یا «نانومواد پلیمری» به پلاستیکهایی گفته میشود که به کمک نانوذرات تقویت شدهاند یا ساختار آنها در مقیاس نانو مهندسی شده است تا خواص جدیدی پیدا کنند.
این مقاله قصد دارد به صورت مفصل، موضوع پلاستیک نانو را از جنبههای علمی و کاربردی بررسی کند و پاسخ دهد به این سوال که “پلاستیک نانو چیست؟” و چه تأثیری میتواند در صنایع مختلف داشته باشد.
به طور کلی، پلاستیک نانو به پلاستیکهایی گفته میشود که در ساختارشان از نانوذرات (Nanoparticles) یا نانوساختارها (Nanostructures) استفاده شده است تا خواص مکانیکی، حرارتی، الکتریکی و یا شیمیایی ماده بهبود یابد. این نانوذرات میتوانند به صورت نانوذرات فلزی، نانوذرات کربنی (مانند نانولولههای کربنی)، نانوساختارهای معدنی (مانند نانوسیلیکاتها) و یا پلیمریزاسیون در مقیاس نانو باشند.
معیار اصلی برای نامگذاری پلاستیک به عنوان «نانو» این است که حداقل یکی از ابعاد نانوذرات یا نانوساختارها، کمتر از 100 نانومتر (nm) باشد. به زبان سادهتر، در پلاستیک نانو، ذرات تقویتی یا اصلاحکننده پلاستیک به ابعادی بسیار کوچک (یک تا صد نانومتر) تبدیل شدهاند که این به آنها ویژگیهای خاص و متفاوتی نسبت به پلاستیکهای معمولی میدهد.
فناوری نانو به عنوان یک رشته علمی جدید در اواخر قرن بیستم پدید آمد، اما استفاده از مواد ناهیذریز و اصلاح پلاستیکها ریشه در سالهای پیش دارد. پژوهشهای اولیه متمرکز بر افزودن مواد مقوی به پلاستیکها مانند شیشه خرد شده بود. با ورود نانوفناوری، محققان توانستند به کمک نانوذرات اثرات بهتری در خصوص خواص پلاستیکها مشاهده کنند.
سپس آغاز تحولی در ترکیب نانوذرات در پلیمرها بود که منجر به پدید آمدن نسل جدیدی از کامپوزیتهای پلیمری موسوم به «نانوکامپوزیتهای پلیمری» شد. این مواد نه تنها خواص مکانیکی و حرارتی بهتری داشتند بلکه در مواردی مانند مقاومت در برابر شعله و خواص الکتریکی نیز پیشرفتهای چشمگیری را نشان دادند.
امروزه، پلاستیکهای نانو به صورت گسترده در صنایع مختلف و زمینههای تحقیقات علمی مورد استفاده قرار میگیرند.
پلاستیک نانو بسته به نوع نانوذرات و جامدات نانو به دستههای مختلفی تقسیم میشود:
1. نانوکامپوزیتهای پلیمری بر پایه نانوسیلیکاتها (Nanoclay-Polymer Nanocomposites)
نانوسیلها یا نانوسیلیکاتها یکی از پرکاربردترین تقویتکنندهها در پلاستیک نانو هستند. ذرات نانوسیل که معمولاً فرم ورقهای دارند، داخل پلیمر پراکنده شده و باعث افزایش خواص مکانیکی، حرارتی و مقاومت به نفوذ گازها میشوند.
2. پلاستیک نانو با نانوذرات فلزی (Metal Nanoparticles)
فلزات در مقیاس نانو مانند نانورودارها و نانوقرصها به پلاستیک افزوده میشوند تا خواص ضدباکتری، کاتالیستی و رسانایی الکتریکی ایجاد کنند. این نوع پلاستیکها در بستهبندیهای غذایی و الکترونیک کاربرد دارند.
3. پلاستیک نانو با نانولولههای کربنی و گرافن (Carbon Nanotubes and Graphene Nanocomposites)
نانولولههای کربنی و گرافن با استحکام مکانیکی بالا و هدایت الکتریکی ممتاز، به پلاستیکها افزوده میشوند تا علاوه بر افزایش مقاومت، قابلیت هدایت الکتریکی و حرارتی را بهبود دهند.
4. پلاستیک نانو با نانوذرات اکسید فلزات (Metal Oxide Nanoparticles)
این دسته شامل نانوذرات اکسیدهایی مانند نانوذرات اکسید روی (ZnO)، نانوذرات اکسید تیتانیوم (TiO2)، و اکسید آهن (Fe3O4) هستند. این مواد به پلاستیکها خواص ضد UV، ضدباکتری و حتی مغناطیسی میبخشند و به همین دلیل در صنایع بستهبندی، پزشکی و حسگرها کاربرد دارند.
تولید پلاستیکهای نانو معمولاً شامل یک یا چند مرحله از پراکندگی نانوذرات در ماتریس پلیمری است. از جمله روشهای معمول میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1. اختلاط مذاب (Melt Mixing): در این روش نانوذرات به صورت پودر یا مستحلب به پلاستیک مذاب افزوده شده و با استفاده از اکسترودر یا میکسرهای پرقدرت پراکنده میشوند. این روش صنعتیتر و متداولتر است.
2. پراکندگی محلول (Solution Mixing): پلیمری در یک حلال حل شده و نانوذرات در آن پراکنده میشوند و پس از اختلاط، حلال از بین میرود. این روش محیطی کنترلشدهتر برای همگنسازی است.
3. پلیمریزاسیون در حضور نانوذرات (In Situ Polymerization): در این روش، نانوذرات در حین ایجاد زنجیرههای پلیمری در ماتریس قرار دارند که باعث پیوند بهتر و توزیع یکنواختتر آنها میشود.
4. خودآرایی و خودمونتاژی (Self-Assembly): در برخی موارد نانوذرات در پلاستیک به صورت خودجوش و بر اساس تعاملات شیمیایی یا فیزیکی سازماندهی میشوند.
اضافه کردن نانوذرات به پلاستیکها تأثیرات چشمگیری در ویژگیهای آنها دارد که برخی از این اثرات عبارتند از:
الف- خواص مکانیکی:
افزایش مقاومت کششی، دوام و سختی با استفاده از نانوذرات تقویتکننده مانند نانولولههای کربنی و نانوسیلها.
ب- خواص حرارتی:
افزایش دمای نرمشدگی، نقطه ذوب و پایداری حرارتی، که منجر به کاربرد بهتر در محیطهای با دمای بالا میشود.
ج- خواص الکتریکی و حرارتی:
بهبود رسانایی الکتریکی و حرارتی در کامپوزیتهای دارای نانوذرات کربنی یا فلزی.
د- خواص نوری:
اصلاح شفافیت، ضریب شکست و کنترل عبور نور با نانوذرات فلزی یا اکسیدها.
ه- خواص ضدباکتری:
ایجاد خاصیت ضدعفونیکننده به دلیل وجود نانوذرات فلزی یا اکسید فلزات.
ی- مقاومت به نفوذ گاز و مایعات:
کاهش نفوذپذیری به دلیل ساختار مسدودکننده نانوذرات ورقهای نظیر نانوسیلیکاتها.
پلاستیکهای نانو به دلیل ویژگیهای منحصر به فردشان در صنایع مختلف کاربردهای متنوعی یافتهاند:
1. صنعت بستهبندی:
افزایش ماندگاری مواد غذایی به خاطر بهبود خواص مکانیکی و کاهش نفوذ گازها و رطوبت.
2. خودروسازی:
استفاده در قطعات سبک و مقاوم که باعث کاهش وزن خودرو و افزایش ایمنی میشود.
3. الکترونیک:
تولید قطعات رسانا، حسگرها و محافظهای الکترونیکی با خواص بهبود یافته.
4. پزشکی:
کاربرد در ایمپلنتها، دارورسانی هدفمند و ابزارهای پزشکی دارای خواص ضدباکتری.
5. ساختمان:
تولید مصالح مقاومتر و عایق حرارتی و صوتی بهتر.
با وجود مزایای فراوان، پلاستیکهای نانو با چالشهایی نیز روبهرو هستند که مهمترین آنها عبارتند از:
– همگنسازی و پراکندگی:
پراکندگی یکنواخت نانوذرات در ماتریس پلیمری برای دستیابی به خواص بهینه دشوار است.
– هزینه تولید:
فناوریهای نانو معمولاً هزینهبر بوده و این هزینه در تولید انبوه باید کاهش یابد.
– ایمنی و سلامت:
نگرانیهایی درباره اثرات زیستی و محیطزیستی نانوذرات وجود دارد که نیازمند بررسی و کنترل دقیق است.
– پایداری نانوذرات:
ثبات و زمانماندگاری نانوذرات در پلیمر و احتمال آزادسازی آنها باید مورد توجه قرار گیرد.
با پیشرفتهای مستمر در علوم مواد و فناوری نانو، انتظار میرود پلاستیکهای نانو کاربردهای بسیار گستردهتر، هوشمندانهتر و تخصصیتر پیدا کنند. فناوریهایی مانند چاپ سهبعدی، نانوروباتیک، و مواد خودترمیمگر میتوانند تغییرات عمیقی در دنیای پلاستیکهای نانو ایجاد کنند. همچنین، تحقیقات در زمینه زیستتخریبپذیری و بازیافت این مواد میتواند به استفاده پایدارتر از آنها کمک کند.
یزد پلاست تولید کننده سطل پلاستیکی ، سطل صنعتی ، سطل رنگ
