تولید و ارزیابی خواص نانوکامپوزیت لایه ای سلولزی چوب و باکتری حاوی رزین اپوکسی

سابقه و هدف: در دو دهه گذشته، نانومواد زیستی پایدار نظیر نانوسلولز (نانوالیاف سلولز باکتری و نانوالیاف سلولز چوب) مورد توجه زیاد محققان جهت تولید محصولات در زمینه های مختلف قرار گرفته است. از جمله خواص بسیار مهم نانومواد زیستی می توان به زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری، تجدیدشوندگی، در دسترس بودن ماده اولیه ارزان و فراوان، خواص مکانیکی مناسب و همچنین ایمن بودن آن ها اشاره کرد. براساس این خواص کاربردهای متعدد برای این نانوپلیمر زیستی ایجاد شده است. یکی از این محصولات، نانوفیلم است که از طریق ایجاد پیوندهای هیدروژنی بین نانوالیافهای سلولزی تشکیل شده و در تولید آن از مواد افزودنی یا چسب استفاده نمی گردد. هنگامی که نانوالیاف سلولز باکتری (BCNF) و نانوالیاف سلولز چوب (WCNF) به صورت فیلم به عنوان تقویت کننده در ساخت نانوکامپوزیت های لایه ای استفاده می شوند، به دلیل وجود ساختار شبکه ای سلولزی توانایی تقویت عالی را نشان می دهند. در سال های اخیر تمرکز بر تولید نانوکامپوزیت ، بهینه سازی ویژگیهای آن و استفاده از آن در ساخت محصولات با تکنولوژی بالا رو به افزایش است. با عنایت به اهمیت فنی و کاربردی نانوالیاف سلولز، نانوفیلم (لایه) سلولزی و نانوکامپوزیت تهیه شده از آن ها و نیز لزوم بررسی و ارزیابی هر چه بیش تر این محصولات جهت انجام تحقیقات کاربردی آتی، در این مطالعه در نظر است تا خواص فیزیکی و مکانیکی نانوکامپوزیت لایه ای سلولزی چوب و باکتری مورد بررسی و مقایسه قرار گیرد. مواد و روش ها: برای انجام این مطالعه ژل نانوالیاف سلولز چوب و فیلم تر نانوالیاف سلولز باکتری استفاده شد. برای ساخت نانوکامپوزیت های لایه ای نانوالیاف سلولز چوب، ابتدا نانو لایه سلولزی چوب با استفاده از نانوالیاف سلولز چوب و روش وکیوم-فیلتراسیون ساخته شد و در مرحله بعد جابجایی حلال نانو لایه ها با اتانول و استون طی چند مرحله صورت گرفت. سپس رزین اپوکسی، هاردنر و استن با نسبت ۲۰:۱۰:۷۰ مخلوط و روی همزن مغناطیسی جهت حذف حباب قرار گرفت، در مرحله بعد نانولایه سلولزی با رزین اپوکسی آغشته شده و به تعداد ۴ لایه روی هم قرار گرفتند و سپس نانوکامپوزیت لایه ای با دستگاه پرس گرم به مدت ۳ ساعت با دمای ۶۰ درجه سانتی گراد و فشار ۲۵ بار خشک شدند. مراحل ساخت نانوکامپوزیت لایه ای سلولز باکتری مشابه نانوکامپوزیت های لایه ای سلولز چوب می باشد با این تفاوت که به منظور تهیه نانولایه سلولز باکتری، فیلم تر نانوالیاف سلولز باکتری در پرس گرم با دمای ۷۰ درجه سانتیگراد و به مدت ۳ ساعت خشک شد و در مرحله بعد نانوکامپوزیت لایه ای مربوطه ساخته شد. به منظور بررسی ویژگی های نانوکامپوزیت های حاصل، از آزمون های مختلف مانند میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM) ، پراش پرتو ایکس (XRD ) ، طیف سنجی مادون قرمز (ATR-FTIR)، کشش استاتیک و جذب آب استفاده شد.یافته ها: نتایج نشان داد متوسط قطر نانوسلولزباکتری و نانوسلولزچوب به ترتیب ۱۵±۳۲ و ۱۶±۳۶ نانومتر بوده است. جذب آب نانوکامپوزیت لایه ای نسبت به نانولایه تهیه شده از هر دو نانوساختار پایین تر بودند. پیک های XRD نانوسلولزباکتری و نانوسلولزچوب با یکدیگر متفاوت بوده و درجه کریستالی آن ها به ترتیب ۸۷ و ۶۹ درصد محاسبه شد. مقاومت کششی، مدول یانگ و کرنش نانوکامپوزیت لایه ای تهیه شده از نانوسلولزباکتری از مقادیر متناظر نانوکامپوزیت لایه ای تهیه شده از نانوسلولزچوب بیشتر بودند. نتیجه گیری: نانوکامپوزیت های لایه ای تهیه شده از نانوالیاف سلولزی ویژگی های مناسب فیزیکی و مکانیکی نظیر جذب آب پایین و مقاومت بالا از خود نشان داده است. لذا بر مبنای این ویژگی ها و روند رو به رشد تحقیقات مرتبط، انتظار می رود در آینده نزدیک کاربردهای وسیع تری در زمینه های هوافضا، اتومبیل، پزشکی، مهندسی پزشکی، صنایع غذایی، فیلم سازی، الکترونیک و مغناطیس و ... پیدا نماید.واژه های کلیدی: اپوکسی، نانوالیاف سلولز باکتری، نانوالیاف سلولز چوب، نانوفیلم، نانوکامپوزیت لایه ای.

تولید و ارزیابی خواص نانوکامپوزیت لایه ای سلولزی چوب و باکتری حاوی رزین اپوکسی Keywords:

اپوکسی , نانوالیاف سلولز باکتری , نانوالیاف سلولز چوب , نانوفیلم , نانوکامپوزیت لایه ای