اصطلاح “پایدار” اغلب به طور ساده با یک ماده با منشاء طبیعی و ترجیحاً یک منبع طبیعی تجدیدپذیر زیستی مرتبط است. تاثیرگذارترین عامل برای بهبود پایداری عایق ساختمان ها، کاهش رسانایی حرارتی خود عایق است. از این رو، برای مثال، تلاش‌های جهانی برای کاهش هدایت حرارتی تخته‌های عایق RPUF، یکی از قوی‌ترین استراتژی‌ها برای کاهش کل هزینه چرخه عمر ساختمان است.
عملکرد عایق حرارتی RPUF را می توان با کاهش هدایت حرارتی اولیه ویا سرعت پیری (که با افزایش هدایت حرارتی با زمان مشخص می شود) بهبود بخشید. با توجه به یک عامل فوم زای ثابت و دانسیته RPUF، هر دوی این اهداف را می توان با کاهش متوسط اندازه سلولی که انتقال حرارت را کاهش می دهد، یا گنجاندن پرکننده ای که انتقال حرارت را مسدود کرده ویا به عنوان یک مانع انتشار عمل می کند، به دست آورد. بنابراین یک استراتژی رایج این است که به پرکننده‌ها نگاه کنیم تا به‌عنوان یک عامل هسته‌زا عمل کنند تا اندازه سلول کوچک‌تری را ایجاد کرده، انتقال تابش مادون قرمز را مسدود یا یک مانع انتشار ایجاد کنند.
استفاده از پرکننده‌ها مانند کربن سیاه، تالک یا کربنات کلسیم به عنوان عوامل هسته‌زا در RPUF شناخته شده است، اما استفاده از این پرکننده‌های کوچک می‌تواند باعث اختلالات شدید در ساختار سلولی گردد. بنابراین استفاده از نانوپرکننده ها به عنوان عوامل هسته زا یک استراتژی امیدوارکننده برای کاهش هدایت حرارتی RPUF شناخته شده است. با این حال، اثربخشی آن ها به عنوان یک عامل هسته‌زا به سازگاری پلیمر میزبان، روش ادغام، کیفیت پراکندگی و بارگذاری نانوذرات در پیش‌سازهای RPUF بستگی دارد. از این رو انواع مختلف نانوذرات دارای بارهای بهینه متفاوتی بوده که منجر به پراکندگی بهینه نانوپرکننده و هسته می شود، اما از تجمع مجدد نانوپرکننده و در نتیجه اختلال در ساختار سلولی از نظر محتوای بازتر (شکسته) سلول جلوگیری می شود.
اخیراً، نانوبلورهای سلولز میله‌ای (CNC ) به دلیل خواص مکانیکی نانوکریستال‌ها، عملکرد قابل تنظیم شیمیایی سطح، سهولت اصلاح سطح شیمیایی، دانسیته کم، فراوانی از منابع تجدید پذیر و پایدار، سطح فوق‌العاده‌ای از توجه را به عنوان پرکننده‌های تقویت‌کننده و عملکردی به خود جلب کرده‌اند. نشان داده شده است که CNC بهبود قابل توجهی در عملکرد نانوکامپوزیت های پلی یورتان ایجاد می کند. انتخاب CNC از این نظر نیز جالب بوده که پتانسیل اتصال کووالانسی (پیوند متقاطع) با ماتریس فوم پلی یورتان را داشته و همچنین گزارش شده است که دارای خواص بازدارندگی موثری است. تاکنون، مطالعاتی که از CNC به‌عنوان نانوپرکننده‌های تقویت‌کننده استفاده می‌کنند، بهبودهایی را در RPUF از نظر خواص مکانیکی نشان داده‌اند، اما تنها یک مطالعه کاهش هدایت حرارتی را گزارش کرده است. لی و همکارانش گزارش دادند که استفاده از مخلوط CNC، الیگوساکاریدهای هیدرولیز شده و فسفات آمونیوم در RPUF منجر به کاهش قابل توجهی در هدایت حرارتی و مقاومت فشاری در بارگذاری بالای CNC می گردد. با این حال، تاثیر CNC بر مقاومت فشاری از اثر دانسیته متمایز نشد.
ادغام نانوپرکننده ها در پیش سازهای RPUF می تواند با استفاده از پراکندگی به کمک حلال انجام شود، با این حال، به دلیل افزایش آگاهی زیست محیطی، رویکردهای بدون حلال به وضوح ترجیح داده می شوند. در حالی که می‌توان با استفاده از فراصوت، همگن‌سازی با سرعت بالا یا تابش مایکروویو به ترکیب نانوپرکننده‌ها در پیش‌ساز RPUF کمک کرد. گزارش‌های اخیر با استفاده از فراصوت برای پراکندگی نانومواد مختلف در پیش‌سازهای RPUF، به تأثیر شرایط مختلف پردازش (بارگیری، فرکانس، دامنه و زمان) بر عملکرد عایق مکانیکی و حرارتی فوم نانوکامپوزیت نمی‌پردازند. از این رو در این مطالعه، هدف افزایش سیستماتیک عایق حرارتی بدون هیچ گونه تغییر قابل توجهی در دانسیته یا به خطر افتادن خواص مکانیکی RPUF با استفاده از یک نانومواد CNC پایدار بدون هیچ گونه تغییر شیمیایی سطحی بیشتر است. طبق گفته Modesti و همکارانش، هرچه کیفیت پراکندگی نانو پرکننده در پیش سازهای پلیمری بهتر باشد، انرژی آزاد هسته زایی کمتر بوده که مکان های هسته زایی بیشتری ایجاد کرده و در نتیجه ساختار سلولی ریزتری ایجاد می کند.
تأثیر CNC بر هدایت حرارتی RPUF:
رسانایی حرارتی به شدت تحت تأثیر (مقدار و رسانایی) پلیمر، میانگین اندازه سلول و درصد محتوای سلول بسته در RPUF است. شکل a1 محتوای سلول بسته (%) و مقادیر هدایت حرارتی اولیه را خلاصه کرده و شکل b1 حفظ هدایت حرارتی نمونه های کامپوزیتی RPUF-CNC را نشان می دهد. کاهش هدایت حرارتی اولیه با افزودن CNC (4/0درصد وزنی) به اندازه سلول کوچکتر (شکل ۱) و محتوای سلول بسته بالاتر (شکل a1 ) نسبت داده شد. به طور کلی، محتوای سلول بسته (٪) در RPUF تحت تأثیر درجه اتصال عرضی، وزن معادل پلی ال و محتوای سورفکتانت است. در این مطالعه، از طریق ثابت نگه داشتن مقدار سورفکتانت و وزن معادل پلی ال، تغییر در درجه اتصال عرضی با افزودن CNC مشاهده می شود. یک توضیح منطقی برای افزایش محتوای سلول بسته (%) را می توان به تقویت فیزیکی ناشی از CNC که به خوبی در ماتریس پلی یورتان میزبان پراکنده شده است، نسبت داد. این همچنین ممکن است نشان دهد که CNC به خوبی پراکنده شده، باعث باز شدن سلول و در نتیجه از دست دادن همزمان عامل فوم زا نمی شود. با این حال، این اثر در بارگذاری بیشتر CNC ( 8/0درصد وزنی) به دلیل این کهCNC می تواند در توسعه پنجره های سلولی که منجر به سلول هایی با اندازه سلولی بزرگتر و محتوای سلول بسته پایین تر می شود تداخل ایجاد کند، تداوم پیدا نکرد. کاهش در محتوای سلول بسته به طور موثر اندازه سلول را افزایش می دهد. بنابراین، تنها یک کاهش ناچیز در هدایت حرارتی برای RPUF با ۰.۸ درصد وزنی CNC مشاهده شد. نتایج مشابهی در مورد نانولوله های کربنی (CNT) انجام شده است، که در آن CNT در بارهای بسیار کوچک تا ۰.۱ درصد وزنی به عنوان عوامل هسته ای عمل کرده که اندازه سلول کوچکتر را فراهم می کند و بنابراین هدایت حرارتی را کاهش داده، اما بارگذاری بالای ۰.۱ درصد وزنی اندازه سلول را افزایش و باعث کاهش عملکرد عایق حرارتی می گردد.
مطالعه بیشتر: پایداری حرارتی و مقاومت در برابر شعله پلی یورتان ها
پایداری RPUF از نظر صرفه جویی در انرژی نیز به حفظ هدایت حرارتی آن به عنوان تابعی از پیری مربوط می شود، که توانایی حفظ رسانایی حرارتی پایین در طول زمان بوده، جایی که سرعت پیری با افزایش هدایت حرارتی مشخص می گردد. حفظ هدایت حرارتی RPUF به شدت تحت تأثیر ترکیب و سرعت انتشار گازها در داخل سلول‌ها قرار دارد. از آنجایی که نرخ انتشار CO2 بیشتر از هوا بوده که به نوبه خود از عامل فوم زا بیشتر است، این تفاوت در سرعت انتشار منجر به تغییر تدریجی در ترکیب گازهای درون سلول و در نتیجه افزایش هدایت حرارتی RPUF در طول زمان می‌گردد. با توجه به ترکیب عامل فوم زای ثابت در فرمولاسیون، سرعت انتشار دی اکسید کربن و عامل فوم زا (به سمت بیرون) و هوا (به سمت داخل) در RPUF را می توان با داشتن اندازه سلول کوچکتر، محتوای سلول بسته بالاتر ویا تقویت دیواره سلولی با استفاده از یک نانو پرکننده با خواص مانع برتر، کنترل کرد. اثر CNC بر حفظ هدایت حرارتی به مدت ۶ ماه پیگیری شد. نتایج آزمایش رسانایی حرارتی قدیمی (شکل b1 ) پس از ۶ ماه پیری، نشان می‌دهد که RPUF حاوی ۰.۴ درصد وزنی CNC نسبت به سایر فوم‌های نانوکامپوزیتی، هدایت حرارتی بهتری دارد. این نتیجه با اندازه سلولی کوچکتر، محتوای سلول بسته بالاتر نمونه RPUF و دیواره سلولی قوی تر مطابق با بهبود جزئی در خواص مکانیکی است.
بدون دیدگاه