افزایش ویژگی های مکانیکی در نانو کامپوزیت های الیاف چوب/ پلیمر

در این بررسی امکان استفاده از تکنولوژی نانو در تولید کامپوزیتهای چوب پلاستیک مورد توجه قرار گرفته است . جهت تولید نانو کامپوزیتهای چوب پلاستیک در چهار فاز مختلف و با شرایط متفاوت اقدام به تولید گردید ، که چکیده گزارشات شامل مراحل زیر بودند. در مرحله اول چهار ماده مختلف لیگنوسلولزی در تولید نانو کامپوزیت چوب پلاستیک مورد توجه قرار گرفت. باگاس، ساقه برنج ، گندم و چوب صنوبر به عنوان تقویت کننده و همچنین اثر نانو رس در چند سازه پلی پروپیلن / چوب پلاستیک بررسی شده است. مقدار نانو رس در سه سطح مختلف (صفر ، 3 و 6 درصد وزنی ) متغیر بوده است. ویژگیهای مقاومت کششی، خمشی و ضربه مطابق با آیین نامه استاندارد ‭ASTM ‬اندازه گیری شدند. همچنین جهت تفسیر نتایج عکسبرداری الکترونی پویشی ‭(SEM) ‬و عکسبرداری الکترونی انتقالی ‭(TEM) ‬و پراش اشعه ایکس ‭(XRD) ‬انجام گرفت. با استفاده از آزمون فاکتوریل دو عامله در قالب بلوکهای کامل تصادفی تجزیه و تحلیل آماری انجام شد و مقایسه میانگین ها با استفاده از آزمون چند دامنه ای دانکن ‭(DMRT) ‬مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از باگاس و چوب صنوبر سبب افزایش ویژگیهای مقاومتی نسبت به دو ماده ساقه گندم و برنج گردیده است. با بررسی اثر میزان مصرف ذرات نانو رس مشخص گردید که در صورت استفاده از 3 درصد ذرات نانو رس ویژگیهای مقاومتی چند سازه به حداکثر رسیده است. بررسی نوع فاز ها و ریخت شناسی چند سازه نانو چوب پلاستیک به کمک طیف پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی نشان دهنده تشکیل ساختار های بین لایه ای و درون لایه ای است. در صورت استفاده از 3 درصد ذرات نانو رس جدایی نسبی لایه های سیلیکاتی ( لایه لایه ای ) مشاهده شد ، که میتواند ناشی از تشکیل ساختار درون لایه ای باشد . در مرحله بعدی استفاده از ذرات نانو رس بهمراه میکروکریستالین سلولز مورد توجه قرار گرفت . اثرات نانو ذرات رس، میکروکریستالین سلولز و جفت کننده مالییکی‭(MAPP) ‬بر خواص مکانیکی، ریخت شناسی و حرارتی چندسازه مطالعه شده است. نتایج خواص مکانیکی در چندسازه ساخته شده بطور مشخص نسبت به نمونه شاهد برتر بوده است. همچنین نتایج آزمایشات نشان دادکه استفاده از ‭MAPP ‬باعث بهبود خواص حرارتی در جریان مخلوطسازی در فاز درون سطحی شده و سبب اتصال بهتر بین الیاف و ماتریس گردیده است. خواص برتر کششی چند سازه نانو رس و میکروکریستالین سلولز با استفاده از عکسبرداری الکترونی مورد تایید گرفته است. تجزیه و تحلیل رفتار حرارتی چند سازه نیز به کمک آزمون ‭TGA ‬نشان داده است که استفاده از 5‭% MAPP ‬بهمراه %3 نانو رس بطور مشخص باعث افزایش مقاومت حرارتی چند سازه نسبت به سایر تیمارها شده است. در مرحله سوم استفاده از دونوع متداول ضایعات پلیمر و بهمراه گونه باگاس در تولید نانو کامپوزیت مورد نظر قرار گرفت . اثر دو پلی مر ( پلی پروپیلن و پلی اتیلن سنگین ) و سه سطح الیاف باگاس ( ‮‭25‬ ، ‮‭35‬ و ‮‭45‬ درصد ) بعنوان عوامل متغیر، مقدار ذرات نانو رس به میزان 2 درصد و سازگار کننده در سطح 2 درصد وزن ترکیب چند سازه بعنوان عوامل ثابت در نظر گرفته شدند. مقاومت کششی ، خمشی و ضربه مطابق با آیین نامه استاندارد ‭ASTM ‬اندازه گیری شدند. همچنین جهت تفسیر بهتر نتایج عکسبرداری الکترونی پویشی ‭(SEM) ‬و عکسبرداری الکترونی انتقالی ‭(TEM) ‬و پراش اشعه ایکس ‭(XRD) ‬انجام گرفت. با استفاده از آزمون فاکتوریل دو عامله در قالب طرح کامل تصادفی تجزیه و تحلیل آماری انجام شد و مقایسه میانگین ها با استفاده از آزمون چند دامنه ای دانکن ‭(DMRT) ‬مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از ‮‭35‬ درصد الیاف باگاس سبب افزایش مقاومت و مدول کششی ، مقاومت و مدول خمشی نسبت به استفاده از‮‭25‬ و ‮‭45‬ درصد الیاف باگاس شده است. همچنین با استفاده از ‮‭25‬ درصد الیاف باگاس مقاومت به ضربه چند سازه دارای افزایش محسوسی نسبت به ‮‭35‬ و ‮‭45‬ درصد الیاف باگاس شده است. نتایج نشان داد که استفاده از ضایعات پلی اتیلن سنگین ‭(rHDPE) ‬سبب افزایش مقاومت کششی، مدول خمشی و مقاومت به ضربه نسبت به ضایعات پلی پروپیلن‭(rPP) ‬شده است. بررسی نوع فاز ها و ریخت شناسی چند سازه نانو چوب پلاستیک به کمک طیف پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی نشان داد که تشکیل ساختار های بین لایه ای ‭(Intercalation) ‬قابل تشخیص است. در مرحله آخر اثر نوع ماده لیگنوسلولزی و نانورس بر خواص فیزیکی، مکانیکی و مورفولوژیکی چندسازه چوب پلاستیک بررسی گردید. مقدار مصرف ماده زمینه پلاستیکی (پلی پروپیلن) ‮‭60‬ درصد وزنی و ماده لیگنوسلولزی ‮‭40‬ درصد وزنی در نظر گرفته شد. میزان نانورس اضافه شده در سه سطح ،‮‭2 0‬ و 4 درصد و میزان ماده جفت کننده، 2 درصد وزنی در تمام تیمارها به جز تیمار شاهد در نظر گرفته شدند. نمونه های تیمار شاهد بدون اضافه کردن جفت کننده و ذرات نانو رس و تنها با استفاده از پلی-پروپیلن و ماده لیگنوسلولزی ساخته شدند. مدولهای کششی و خمشی با افزایش 2 درصد نانو رس افزایش یافته ولی در سطح 4 درصد شاهد کاهش مدول ها و با افزایش نانورس مقاومت به ضربه کاهش یافتند. خواص جذب آب ‮‭24‬ ساعتی نمونه های ساخته شده نیز با اضافه کردن 2 درصد نانورس کاهش یافته و در سطح 4 درصد نانورس افزایش قابل توجهی مشاهده شد. در تمام تیمارها، نمونه های ساخته شده از کاه برنج به دلیل وجود سیلیس بیشتر و سازگاری بیشتر با ذرات نانو رس، ویژگی های فیزیکی و مکانیکی مطلوب تری نسبت به نمونه های تولید شده از کاه گندم داشتند. جهت بررسی دقیق تر نتایج از میکروسکوپ الکترونی پویشی استفاده شد. واژه های کلیدی : نانو تکنولوژی ، مواد لیگنوسلولزیک ، پلیمر ، ‭SEM ‬، ‭TEM ‬، ‭TGA ‬و خواص مکانیکی