کاربرد گرافن در استایروفوم - ایران گرافن

در این بخش به کاربرد گرافن در استایروفوم خواهیم پرداخت:

استایروفوم چیست؟

استایروفوم (Styrofoam) که در ایران به نام های پلاستوفوم، یونولیت و آکاسیف شناخته می شود نوعی فوم پلی استایرن (نوعی پلاستیک) است که ماده ای سفید، متخلخل، سبک و در عین حال مقاوم است و اغلب در بسته بندی ها و عایق کاری استفاده می شود.

استایروفوم معمولا از پلی استایرن منبسط شده (EPS) ساخته می شود که یک پلاستیک سلولی سبک و مقاوم است. استایروفوم به دلیل خواص عایق حرارتی عالی خود شناخته شده است، زیرا عمدتا از هوا ( حدودا 95%) تشکیل شده است در واقع هوا را در داخل ساختار خود به دام می اندازد و در نتیجه انتقال حرارت را کاهش می دهد. از این رو استایروفوم سال هاست که به محصولات عایق و خنک کننده ها تبدیل شده است. همچنین از آنجایی که بسیار سبک است، برای محصولات شناور مانند قایق و جلیقه نجات استفاده می شود. به علاوه اغلب در حمل و نقل به عنوان محصولات محافظت کننده استفاده می شود.

استایروفوم از انبساط دانه های پلی استایرن با کمک بخار و فشار شاخته می شود. دانه ها در ابتدا کوچک و کروی هستند اما وقتی به کمک یک عامل دمنده حرارت داده می شوند، منبسط می شوند و ساختار فومی را تشکیل می دهند. این فرآیند ساختار مشخصه سلول بسته استایروفوم با منافذ پر از هوا را ایجاد می کند که به فوم استایروفوم خاصیت سبک وزن و شناور بودن آن را می دهد.

کاربردهای استایروفوم

استایرفوم به دلیل ماهیت همه کاره اش معمولا در صنایع مختلف استفاده می شود، زیرا به حفظ دمای راحت و کاهش مصرف انرژی کمک می کند. خواص عایق بودن این ماده، آن را به انتخابی عالی برای بسته بندی اقلام شکننده تبدیل می کند، زیرا باعث ایجاد ضربه گیر و محافظ در هنگام حمل و نقل می شود. همچنین به دلیل مقاومت در برابر انتقال حرارت به طور گسترده به عنوان عایق دیوارها، سقف ها و فوندانسیون ها در صنعت ساختمان سازی استفاده می شود.

فوم پلی استایرن دارای چندین کیفیت مطلوب است که باعث محبوبیت آن در صنایع مختلف شده است. مقاوم در برابر رطوبت است که به جلوگیری از آسیب یا تخریب آب در طول زمان کمک می کند. همچنین در برابر کپک فاسد شدن و آفات مقاوم است. علاوه بر این استایروفوم بسیار با دوام است و می تواند در برابر ضربه ها بدون شکستن یا تغییر شکل به راحتی مقاومت کند.

معایب استفاده از استایروفوم

توجه به این نکته مهم است که در حالی که استایروفوم مزایای خود را دارد، ولی به دلیل تاثیرات زیست محیطی خود با انتقاداتی مواجه شده است. زیرا زیست تخریب پذیر نیست و صدها سال طول می کشد تا به طور طبیعی تجزیه شود. اگر به درستی دفع نشود، می تواند اثرات مخرب زیست محیطی داشته باشد و به آلودگی در محل های دفن زباله یا محیط های دریایی کمک کند. از این رو در صورت امکان برای کاهش اثرات منفی فوم پلی استایرن بر محیط زیست، بازیافت آن توصیه می شود. علاوه بر این، فرآیند تولید آن شامل استفاده از سوخت های فسیلی و انتشاز گازهای گلخانه ای در جو است.

به دلیل معایب استایروفوم پژوهشگران کاربرد گرافن در استایروفوم را بررسی و مطرح نمدند.

استفاده از گرافن در استایروفوم چه کاربردهایی دارد؟

گرافن یک آلوتروپ کربن است که به شکل صفحات دو بعدی وجود دارد که به آن شبکه شش ضلعی دو بعدی می گویند. گرافن معمولاً یک مولکول آروماتیک بی نهایت بزرگ است. گرافن دارای مجموعه ای از خواص منحصر به فرد است. نسبت به ضخامتش ساختار محکمی دارد و استحکام آن حتی از فولاد هم قوی تر است به همین دلیل افزودن گرافن در استایروفوم میتواند ضعف استحکام آن را اصلاح نماید.

سایر خواص آن عبارتند از: توانایی هدایت گرما و الکتریسیته به طور موثر، توانایی سوزاندن در دماهای بسیار پایین، تقریبا شفاف، ساختار پیچیده ساختار گرافن و دیامغناطیس غیرخطی. علاوه بر این، این ماده دارای نوسانات کوانتومی بزرگی است. اتم‌های کربن در لبه‌های ورقه گرافن واکنش‌پذیری شیمیایی خاصی دارند و نقص‌هایی که در ساختار ورقه آن رخ می‌دهد می‌تواند واکنش‌پذیری شیمیایی را افزایش دهد. به همین دلیل افزودن گرافن در استایروفوم می تواند تاثیر مثبت زیادی بر روی آن داشته باشد. علاوه بر این، این ورقه‌های گرافن تمایل دارند روی هم چیده شوند و یک ساختار گرافیت را تشکیل دهند.

محققان ترکیب گرافن را در استایروفوم برای افزایش استحکام مکانیکی، هدایت حرارتی و بازدارندگی شعله آن بررسی کرده اند. با افزودن مقادیر کمی گرافن به ماتریس پلی استایرن، می توان خواص مکانیکی آن مانند استحکام کششی و کشسانی را بهبود بخشید.

افزودن گرافن در استایروفوم همچنین می تواند رسانایی حرارتی را که معمولا یک ماده عایق است، افزایش دهد. این بهبود در هدایت حرارتی می تواند برای کاربردهایی که اتلاف گرما مهم است مفید باشد.

علاوه بر این، گرافن به عنوان یک افزودنی برای بهبود بازدارندگی در شعله پلی استاریرن مورد بررسی قرار گرفته است. افزودن گرافن می تواند خواص مقاومت در برابر آتش پلی استایرن را با کاهش اشتعال پذیری و تولید دود افزایش دهد.

آیا تا به حال استفاده از گرافن در استایروفوم مورد آزمایش قرار گرفته است؟

بله تا به حال استفاده از گرافن در استایروفوم مورد آزمایش قرار گرفته است. برای نمونه یک مطالعه در سال 2016 در مجله کربن منتشر شد، که ترکیب موفقیت آمیز اکسید گرافن را در استایروفوم از طریق یک فرآیند اختلاط ساده نشان داد. افزودن گرافن در استایروفوم خواص مکانیکی را با افزایش استحکام کششی و مدول یانگ بهبود بخشید.

مطالعه دیگری که در ژورنال Composites Part B: Engineering در سال 2019 منتشر شد، بر افزایش رسانایی حرارتی فوم استایروفوم با افزودن اکسید گرافن کاهش یافته متمرکز بود. محققان دریافتند که افزودن اکسید گرافن کاهش یافته به طور قابل توجهی رسانایی حرارتی فوم استایروفوم را افزایش داده و در عین حال ماهیت سبک بودن آن را حفظ می کند.

علاوه بر این، محققان همچنین استفاده از پوشش های مبتنی بر گرافن در استایروفوم را برای بهبود بازدارندگی شعله آن مورد بررسی قرار داده اند. پوشش های گرافن نتایج امیدوار کننده ای را در کاهش اشتعال پذیری و بهبود مقاومت در برابر آتش نشان داده اند.

شایان ذکر است که درک و استفاده از گرافن در صنایع مختلف بخصوص کاربرد گرافن در استایروفوم به طور مداوم در حال پیشرفت است و پیشرفت های آتی ممکن است کاربردها یا تغییرات جدیدی در مواد موجود ایجاد کند. محققان به طور فعال در حال بررسی راه هایی برای ترکیب گرافن در ماتریس های پلیمری مختلف برای افزایش خواص آن ها از جمله فوم هستند.

گروه ایران گرافن در حال تولید گرافن در مقیاس نیمه صنعتی بوده و آماده ارائه این محصول با قیمت مناسب و کیفیت بالا می باشد.

منبع:

https://tlo.mit.edu/technologies/graphene-foams-process-manufacture-them-and-materials-produced-thereby

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.1c08002