بخشی از مقاله
چکیده:
در این پژوهش، تفاوت تاثیر رزینهای فنل، ملامین و اوره فرمالدئید و نانوفیبر سلولز بر خواص فیزیکی تخته فیبر دانسیته متوسط مورد بررسی قرار گرفت. رزینها و نانوفیبر سلولز هر یک به میزان%10 جهت بهبود خواص فیزیکی تخته فیبر دانسیته متوسط به الیاف سلولزی افزوده شد.
جهت تولید تخته فیبر از روش تر استفاده شد که الیاف به تدریج با آب ترکیب شدند، برای نمونهی شامل نانوفیبر نیز ابتدا نانوفیبر سلولز با آب ترکیب شده و به یک پراکندگی مناسبی رسید، سپس این سوسپانسیون به تدریج با روش دستی به الیاف اضافه و به کمک پرس دستی آبگیری شد.
بررسی نتایج حاصل نشان داد کمترین جذب آب مربوط به تیمار %90 - الیاف %10 * نانوفیبر سلولز - و کمترین میزان واکشیدگی ضخامت مربوط به تیمار %90 - الیاف %10 * چسب فنل فرمالدئید - میباشد.
مقدمه:
استفاده از ذرات سلولزی به عنوان فاز تقویت کننده در نانوکامپوزیتها مزایای قابل توجهی همچون مقاومت و سختی زیاد، شفافیت بالا، زیست تخریبپذیر بودن، انعطافپذیری و خواص مکانیکی-دینامیکی، گرمایی و الکتریکی مناسب، چگالی کم، مصرف انرژی کم و ساییدگی نسبتا کم را نسبت به سایر مواد دارد
اگرچه پتانسیلهای کاربردی نانو الیاف سلولزی با درنظر گرفتن ویژگیهای پایداری حرارتی و مکانیکی مطلوب بسیار قابل توجه میباشد اما طبیعت آبدوست آنها که ناشی از حضور گروههای هیدروکسیل فراوان در ساختارشان میباشد، کاربرد آنها را محدود ساخته است و آبدوستی سلولز باعث عدم ثبات ابعادی وکاهش استحکام مکانیکی کامپوزیت نهایی میشود
نانوالیاف تنها زمانی مفید هستند که بتوانند بعنوان پرکننده برای کامپوزیت استفاده شوند. یکی از مشکلاتی که هنگام استفاده از این مواد بعنوان پرکننده بوجود میآید عدم اطمینان از پراکندگی خوب پرکننده در مواد کامپوزیت است 6]،..[5 نانومواد سلولز را میتوان از هر منبع سلولز در دو شکل نانوفیبرهای سلولز - CNF - یا نانوکریستالهای سلولز - CNC - با استفاده از تیمار مکانیکی یا هیدرولیز اسیدی به عنوان یک سوسپانسیون آبی استخراج کرد. هر دو نانو ماده نشاندهنده سفتی بالا و وزن سبک هستند و نامزدهایی ایدهآل برای آمادهسازی نانو کامپوزیتهای پلیمری میباشند
طی تولید و ارزیابی نانوکاغذ حاصل از نانوالیاف سلولز باگاس، اعلام نمود با افزایش سطح اختلاط نانوالیاف سلولزی از یک تا پنج درصد ویژگیهای فیزیکی کاغذ بهبود یافته و ویژگیهای مقاومتی آنها در مقایسه با کاغذ نیمه رنگبری شده - به عنوان شاهد - به طور قابل ملاحظهای افزایش یافته است. پلی اکریل آمید کاتیونی منجر به بهبود ماندگاری نانوالیاف سلولزی در بافت کاغذ شده و کاغذهای حاوی این ماده دارای بیشترین ویژگیهای مقاومتی بودند. سها کویی و همکاران - 2010 - از نانو فیبر سلولز بعنوان تقویت کننده کاغذ استفاده کردند
و نتایج حاصل از پژوهششان نشان داد که با افزایش میزان مصرف نانوفیبر سلولز تا حد %10، مقاومت کششی کاغذ حاصله از MPa 98 به MPa 160 افزایش یافت. کبورانی و همکاران - 2012 - از نانوکریستال سلولز جهت بهبود عملکرد پلیوینیل استات استفاده نمودند، در این پژوهش مقادیر نانوکریستال مصرفی 1 - ، 2 و 3درصد وزنی - چسب بود. نتایج نشان داد مقاومت برشی پلیوینیل استات در همه شرایط بهبود یافت، همچنین سختی، مدول الاستیسیته وخزش فیلم پلی وینیل استات با افزودن نانوکریستال سلولز بهبود یافت
یانگ وهمکاران - 2013 - نانوکامپوزیتهای پلیپروپیلن - نانوسلولز را با استفاده از دو نوع نانوسلولز تهیه کردند. با افزایش مقدار نانوسلولز، میزان دمای بیشینه تجزیه حرارتی افزایش و دمای آغاز تجزیه حرارتی کاهش یافت چراکه پایداری حرارتی پرکنندههای سلولزی کمتر از پلیپروپیلن خالص بود.
مواد و روشها:
ژل نانو فیبر سلولز با %3 مواد جامد از شرکت دانش بنیان نانو نوین پلیمر - ساری، ایران - تهیه گردید. چسب فنل فرمالدئید - نوع رزول - : این رزین با %52 مواد جامد از شرکت صنعت و شیمی - تهران، ایران - تهیه گردید. چسب ملامین فرمالدئید: این رزین با %52 مواد جامد از شرکت راش بینه - گرگان، ایران - تهیه گردید. چسب اوره فرمالدئید: این رزین با %62 مواد جامد از کارخانه ممتاز گلستان - گرگان، ایران - تهیه گردید.
در این تحقیق دانسیته اسمی تختههای تولیدی با ضخامت 3 میلیمتر مقدار gr/cm3 0/7 در نظر گرفته شد. جهت تعیین میزان نانوفیبر سلولز مصرفی در تخته محاسبات بر مبنای %10 وزن خشک الیاف انجام شد. نانو فیبر سلولز پس از توزین به تدریج با 500cc آب به روش دستی با هم آمیخته شد و ترکیب حاصل به تدریج به الیاف اضافه گردید. جهت آبگیری، سوسپانسیون حاصل درون سیلندر دستگاه پرس دستی قرار داده شد. پس از فرایند آبگیری بوسیله پرس دستی، نمد حاصل جهت آبگیری بیشتر، تحت پیش پرس سرد بمدت 10 دقیقه درون دستگاه پرس مکانیکی - ساخت شرکت تات، ایران - ، قرار داده شد.
در این مرحله نمد تحت فشار 7/5 بار بوده است. تیمارهایی که فاقد چسب بودند، پس از پرس سرد بدون اعمال این مرحله بلافاصله تحت پرس گرم قرار گرفتند. جهت خروج بهتر رطوبت نمونهها، نمد حاصل بین دو صفحه - پلیت فلزی - قرار داده شد که این صفحات بوسیله کلیپس محکم شدند ، سپس درون آون 70 درجه بمدت 24 ساعت قرار داده شد، این عمل جهت جذب بیشتر و بهتر چسب انجام شد.
میزان چسب مصرفی بر مبنای %10 وزن خشک تخته معین و وزن شد، سپس جهت افزایش حجم چسب مصرفی 40cc آب به چسب اضافه شد، بعد چسب را درون فویلی که از پیش آماده شده ریخته و نمد درون چسب غوطهور شد. پس از آغشته سازی نمد درون چسب، جهت گیرایی چسب نمد درون پرس گرم تحت فشار 10bar ، دمای180c و زمان 10 دقیقه قرار داده شد.
جدول:1 معرفی تیمارهای تحقیق
آزمون تعیین میزان جذب آب: برای انجام این آزمون نمونههایی با ابعاد 20×20×3 میلیمتر ابتدا وزن شده سپس طبق استاندارد ASTM D1037-99 درون آب قرار داده شدند. سیکل آزمون جذب آب به ترتیب زیر بود:
پس از دو ساعت، 24 ساعت بعد، 48 ساعت بعد، یک هفته و دوهفته بعد نسبت به زمان اولیه - مجموعا 336 ساعت - هر یک از نمونهها توزین شده و طبق رابطه زیر میزان جذب آب نمونهها تعیین شد.
آزمون تعیین میزان واکشیدگی ضخامت: برای انجام این آزمون نمونههایی با ابعاد 20×20×3 میلیمتر استفاده شدند. برای تعیین نقطه آزمون در ابتدا روی هر نمونه قطرهای آن مشخص شد سپس محل تلاقی قطرها بعنوان نقطهی آزمونی تعیین شد. اندازهگیری اولیه قبل از ورود نمونهها در آب توسط میکرومتر - ریز سنج - با دقت 0/01 میلی متر صورت گرفت. مراحل بعدی اندازهگیری طبق روش آزمون جذب آب انجام شد.
جذب آب:
در این پژوهش بدلیل بالا بودن اهمیت این خاصیت سیکل زمان غوطهوری تیمارها در آب 336 ساعت میباشد. طبق شکل - 1 - که بیانگر تاثیر زمان غوطه وری بر میزان جذب آب نمونهها میباشد، بیشترین میزان جذب آب مربوط به 24 ساعت اول میباشد و پس از آن جذب آب با یک شیب کمتری ادامه یافت، چراکه در این زمان بدلیل پدیده مویینگی آب فرصت و امکان بیشتری برای نفوذ بدرون منافذ تخته را دارد.
طبق شکل - 1 - کمترین جذب آب مربوط به تیمار - 90f/10n - میباشد. بالا بودن سطح ویژه نانوسلولز توانسته پیوندهای هیدروژنی بین الیاف را بخوبی تقویت نماید و تعداد گروههای هیدروکسیلی که پذیرای برقراری پیوند با مولکولهای آب هستند را کاهش دهد، درواقع نانوسلولز با افزایش پیوند عرضی بین الیاف سبب درگیری بیشتر زنجیرها با هم شد که میزان تخلخل و نفوذپذیری آب کاهش یافت.
کاهش جذب آب نمونههای نانو را میتوان به تخلخل کمتر و دانسیته پیوند هیدروژنی بیشتر آن نسبت به نمونههای فاقد نانو ارتباط داد . ازطرفی بیشترین میزان جذب آب مربوط به نمونه %100 الیاف میباشد، حضور گروههای هیدروکسیل فراوان در سلولز منجر به آبدوستی بالای این ماده شده است.
