4p3RMg3NA (5)
که در این رابطه،M نشاندهنده وزن مولکولی پلیمر، Rg شعاع ژیراسیون و NA عدد آووگادرو میباشد. البته، محاسبه غلظت همپوشانی با استفاده از این رابطه مشکل میباشد. Taex و همکاران [19] با مطالعات گسترده بر روی پلیمر PVA با وزنهای مولکولی گوناگون، برای این
پلیمر با میانگین وزن مولکولی در محدوده g/mol690000- 69000 ، رابطه 3 را به شکل رابطه 4 بیان کردند.
[h]= 6.51×10−4Mvw0.628 (4)
از این رو، برای پلی(وینیل الکل) مصرفی در این پژوهش با میانگین وزن مولکولی g/mol72000 مقدار گرانروی ذاتی برابر با 7311/0 خواهد بود. بنابراین، با توجه به این مقدار می توان با استفاده از رابطه

C
میتوان غلظت همپوشانی را محاسبه نمود. بنابراین، می توان بیان کرد که غلظت همپوشانی برای پلیمر مصرفی در حدود 37/1 درصد وزنی میباشد. محلول های پلیمری با توجه به محدوده غلظت، به چهار دسته عمده تقسیم می شوند [15]:
محلول رقیق
محلول نیمه رقیق
محلول غلیظ
محلول خیلی غلیظ
در محلول های رقیق، زنجیرهای پلیمر به صورت مستقل و جدا از هم بوده و آزادانه در حرک تاند از این رو، طی فرآیند الکتروریسی فقط قطرات پلیمری روی جمع کننده ایجاد میشود. با افزایش غلظت محلول درمحلول های نیمهرقیق، زنجیرهای پلیمری به تدریجهم پوشانی کرده و بین آنها برهمکنش برقرار می شود وطی فرآیند الکتروریسی رشت ههایی نیز دیده میشود. محلول پلیمری در غلظت هم پوشانی تقریبا با غلظت زنجیر پلیمر در حجم معادل خود برابر است. با افزایش بیش تر غلظت در محلولهای غلیظ بر همکنش بین زنجیرها بیش تر شده تا این که نانوالیاف با ساختار یکنواخت شکل میگیرند و با افزایش بیش تر غلظت در محلولهای خیلی غلیظ الیاف با قطر بالا و نیز نانوالیاف مسطح شکل میگیرند.
با توجه به این که مهم ترین عامل تأثیرگذار بر قطر نانوالیاف پلیمری در فرآیند الکتروریسی، غلظت محلول پلیمری است و با آن رابطه توانی دارد، از این رو، از قانون توانی برای برازش منحنی بین قطر نانوالیاف و محلول پلیمری استفاده شده است که نتایج مربوط به آن در شکل 6 نشان داده شده است. رابطه توانی بین قطر نانوالیاف پلی
(وینیل الکل) و غلظت آن به صورت 20.2d=3.39C و با ثابت برازش 991/0 میباشد. البته، باید توجه داشت که این رابطه برای پلی (وینیل الکل) در شرایط فرآیندی و وزن مولکولی ذکر شده، صادق است و یک رابطه کلی نمیباشد.
رابطه توانی بین میانگین قطر نانوالیاف پلی (وینیل الکل) با غلظت آن هم اکنون دارای توان 20/2 میباشد که این مقدار توانی برای پلیمرهای متفاوت در فرآیند الکتروریسی به صورت گوناگونی گزارش شده است. He و همکاران [20] برای پلی آکریلونیتریل (PAN) در حلال DMF رابطه توانی به شکل d∝C را گزارش نمودهاند.
هم چنین، Demir و همکاران [21] برای پلییورتان (PU) در حلال DMF و نیز McKee و همکاران [22] برای پلی (اتیلن ترفتالات-co-اتیلن ایزوفتالات) در مخلوط کلروفرم/DMF (با نسبت: 30/70) رابطه توانی 3d∝C را بیان کردهاند. با توجه به روابط بدست آمده به وسیله پژ وهشگران گوناگون و نیز کار انجام شده، مشخص است که ثابت های رابطه توانی وابسته به نوع پلیمر، غلظت های محلول مورد بررسی، نوع حلال و شرایط فرآیندی الکتروریسی میباشد و از این رو، از یک رابطه توانی بدست آمده برای یک پلیمر نمیتوان برای پلیمرهای دیگر استفاده نمود و فقط میتوان آن را برای پلیمر یادشده در شرایط ویژه بکار برد.
برای محاسبه عدد بِری در هر غلظت محلول با توجهبه رابطه 2 نیاز به گرانروی ذاتی میباشد که به وسیله رابطه 3 محاسبه میگردد. در شکل 7 مقادیر عدد بِری، قطر نانوالیاف و کیفیت ریسندگی نانوالیاف پلی(وینیل الکل) نشان داده شده است. با توجه به مقادیر درج شده در شکل 7 میتوان بیان کرد که در 5/2<Be یعنی غلظتهای کم تر از w/w%4 ، به دلیل گرانروی بسیار پایین محلول، فقط قطرات ریز پلیمری در فرآیند الکتروریسی شکل میگیرند و برای 4<Be<5/2 طی فرآیند الکتروریسی نانوالیاف شاخهدار و نیز در 7<Be<4 نانوالیاف مداوم و با شرایط بسیار مطلوب تولید میشوند و هم چنین، برای 9<Be<7 نانوالیاف تولیدی به صورت مسطح خواهند بود و در نهایت، در 9>Be به دلیل گرانروی بسیار بالای محلول امکان الکتروریسی محلولها در شرایط کاری یاد شده امکانپذیر نمیباشد.
محدوده عدد بِری در تولید نانوالیاف پلیمری به صورت مداوم و یکنواخت به صورت گوناگونی برای پلیمرهای متفاوت گزارش شده است. برای مثال، Gupta و همکاران [15] محدوده بحرانی 10<Be<4 را برای تولید نانوالیاف مداوم از پلی(متیل متاآکریلات) (PMMA) در حلال DMF بیان نمودهاند. در کار دیگری نیز برای PAN در حلال DMF محدوده 5/7<Be<5/3 گزارش شده است [16]. البته، برخی از پژوهشگران نیز به جای بیان محدوده برای عدد بِری در تولید نانوالیاف، بالاتر بودن عدد بِری از یک مقدار را برای پلیمرهای خاصی گزارش نموده اند که از آن جمله میتوان به پژوهش های Casper و همکاران [23] که عدد بحرانی 13 برای تولید نانوالیاف مداوم از PS در حلال تتراهیدروفوران (THF)، و نیز Hsu و Shivkumar [24] که عدد بحرانی 5/4 را برای پلی(e -کاپرولاکتون) (PCL) در کلروفرم را گزارش نمودهاند، اشاره کرد.

نتیجه گیری
در این پژوهش، محلولهای پلی (وینیل الکل) در آب با غلظتهای گوناگون برای تولید نانوالیاف مورد فرآیندالکتروریسی قرار گرفتند. نتایج نشان دهنده تاثیر قابلملاحظه غلظت محلول پلیمری بر قطر و ساختار نانوالیافتولیدی میباشد. با توجه به تصاویر SEM با افزایشغلظت محلول پلی (وینیل الکل)، میانگین قطر نانوالیافافزایش مییابد به گونه ای که میانگین قطر نانوالیاف از
مقدار 23±93 نانومتر برای محلول w/w%4 به 157±814 نانومتر برای محلول w/w%12 میرسد.
هم چنین، بررسیهای آماری با استفاده از نرم افزار SPSS نشان دهنده تاثیر بسیار زیاد غلظت محلول پلیمری بر ساختار نانوالیاف در تمام سطوح مورد بررسی بودند، به گونه ای که رابطه توانی بین قطر نانوالیاف پلی(وینیل الکل) و غلظت محلول به شکل 2.20d=3.39C با 199.0=2R
بدست آمد که در آن d بر حسب نانومتر و Cبر حسب درصد وزنی میباشد. الکتروریسی محلولهای پلیمری با عدد بری در محدوده 4- 5/2 نانوالیاف شاخهای را ایجاد کردند. هم چنین، محلولهای پلیمری با عدد بری 7- 4 منجر به تولید نانوالیاف مداوم و یکنواخت شدند و در نهایت، در محدوده 9-7 نانوالیاف مسطح روی جمع کننده شکل گرفتند.

N. Sabetzadeh, H. Bahrambeygi, A. Rabbi and K. Nasouri, “Thermal conductivity of polyacrylonitrile nanofibres web in various nanofibres diameter and surface densities”, Micro & Nano Letter, Vol. 7, pp 662-666, 2012.
H. Bahrambeygi, N. Sabetzadeh, A. Rabbi, K. Nasouri, A.M. Shoushtari and M.R. Babaei, “Nanofibers (PU and PAN) and nanoparticles (Nanoclay and MWNTs) simultaneous effects on polyurethane foam sound absorption”, Journal of Polymer Research, Vol. 20, pp 7484, 2013.
B. Ding, H.Y. Kim, S.C. Lee, D.R. Lee and K.J. Choi, “Preparation and characterization of nanoscaled poly(vinyl alcohol) fibers via electrospinning”, Fiber and Polymers, Vol. 3, pp 73-79, 2002.
M. Bognitzki, W. Czado, T. Frese, A. Schaper, M. Hellwig, M. Steinhart, A. Greiner and J.H. Wendorff, “Nanostructured fibers via electrospinning”, Advnced Material, Vol. 13, pp 70-72, 2001.
K. Nasouri, A.M. Shoushtari, A. Kaflou, H. Bahrambeygi and A. Rabbi, “Single-wall carbon nanotubes dispersion behavior and Its effects on the morphological and mechanical properties of the electrospun nanofibers”, Polymer Composites, Vol. 33, pp 1951-1959, 2012.
A. Rabbi, K. Nasouri, H. Bahrambeygi, A.M. Shoushtari and M.R. Babaei, “RSM and ANN approach for modeling and optimizing electrospun polyurethane nanofibers morphology”, Fibers and Polymers, Vol. 13, pp 1007-1014, 2012.
Refrences
J.S. Lee, K.H. Choi, H.D. Ghim, S.S. Kim, D.H. Chun, H.Y. Kim and W.S. Lyoo, “Role of molecular weight of atactic poly(vinyl alcohol) (PVA) in the structure and properties of PVA nanofabric prepared by electrospinning”, Journal of Applied Polymer Science, Vol 93, pp 1638–1646, 2004.
P. Taepaiboon, U. Rungsardthong and P. Supaphol, “Drug-loaded electrospun mats of poly(vinyl alcohol) fibres and their release characteristics of four model drugs”, Nanotechnology., Vol. 17, pp 2317–2329, 2006.
C.H. He and J. Gong, “The preparation of PVA–Pt/TiO2 composite nanofiber aggregate and the photocatalytic degradation of solidphase polyvinyl alcohol”, Polymer Degradation Stabilized, Vol. 81, pp 117–124, 2003. آ. سزاوار، س. م. زبرجد و س.ع. سجادی، “تاثیر نیرو و -4 نا نوذارت آلومینا بر مکانیزمهای ایجاد آسیب ناشی از خراش ،نا نوکامپوزیت زمینه پلی متیل متاآکریلات،” مجله مواد نوین .1391 جلد 2 شماره 3، ص 39-50، بهار
M. Naebe, T. Lin, W. Tian, L. Dai, X. Wang, “Effects of MWNT nanofillers on structures and properties of PVA electrospun nanofibres”, Nanotechnology., Vol. 18, pp 1-8, 2007.
K. Nasouri, H. Bahrambeygi, A. Rabbi, A.M. Shoushtari and A. Kaflou, “Modeling and optimization of electrospun PAN nanofiber diameter using response surface methodology and artificial neural networks”, Applied Polymer Science, Vol. 126, pp 127135, 2012.
J.C.J.F. Tacx, H.M. Schoffeleers, A.G.M. Brands and L. Teuwen, “Dissolution behavior and solution properties of polyvinylalcohol as determined by viscometry and light scattering in DMSO, ethyleneglycol and water”,
Polymer, Vol. 41, pp 947-957, 2000.
J.H. He, Y.Q. Wan and J.Y. Yu, “Effect of concentration on electrospun polyacrylonitrile (PAN) nanofibers”, Fibers and Polymers, Vol. 9, pp 140-142, 2008.
M.M. Demir, I. Yilgor, E. Yilgor and B. Erman, “Electrospinning of polyurethane fibers”, Polymer, Vol. 43, pp 3303-3309, 2002.

M.G. McKee, G.L. Wilkes, R.H. Colby and T.E. Long, “Correlations of solution rheology with electrospun fiber formation of linear and branched polyesters”, Macromolecules, Vol. 37, pp 1760-1767, 2004.
C.L. Casper, J.S. Stephens, N.G. Tassi, D.B. Chase and J.F. Rabolt, “Controlling surface morphology of electrospun polystyrene fibers: effect of humidity and molecular weight in the electrospinning process”,
Macromolecules, Vol. 37, pp 573-578, 2004. 24- C.M. Hsu and S. Shivkumar, “Nano-sized beads and porous fiber constructs of poly(εcaprolactone) produced by electrospinning”, Journal of Material Science, Vol. 39, pp 30033013, 2004.

13- S.M. Saeed, M. Zandi and H. Mirzadeh, “Effect of solution surface tension on morphology of PLGA and gelatin electrospun fibers”, Iranian Journal of Polymer Science and Technology, Vol. 25, pp 3-10, 2012. 14- M. Rostamloo, M. Nouri and J. Mokhtari, “Effect of nanoclay on the electrospinning of poly(ε-caprolactone)”, Iranian Journal of Polymer Science and Technology, Vol. 24, pp 231-240, 2011.
P. Gupta, C. Elkins, T.E. Long and G.L. Wilkes, “Electrospinning of linear homopolymers of poly(methyl methacrylate): exploring relationships between fiber formation, viscosity, molecular weight and concentration in a good solvent”, Polymer, Vol. 46, pp 4799-4810, 2005.
K. Nasouri, A.M. Shoushtari and A. Kaflou, “Investigation of polyacrylonitrile electrospun nanofibres morphology as a function of polymer concentration, viscosity and berry number”, Micro & Nano Letters, Vol. 7, pp 423-426, 2012.
P. Supaphol and S. Chuangchote, “On the electrospinning of poly(vinyl alcohol) nanofiber mats: A revisit”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 108, pp969–978, 2008.
S. Koombhonges, W. Liu and D.H. Reneker, “Flat polymer ribbons and other shapes by electrospinning”, Journal of Polymer Science and Polymer Physics, Vol. 39, pp 2598–2606, 2001.
9

شکل 1- طرح کلی دستگاه الکتروریسی مورد استفاده

(الف) (ب)

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

(ج) (د)
شکل 2- الف، ب و ج، تصاویر SEM نانوالیاف پلی(وینیل الکل) شاخه دار در غلظت w/w%4 و (د) توزیع قطری نانوالیاف
شاخه دار

(الف)

  • 1

پاسخ دهید