بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این تحقیق در مرحله اول تولید نانوالیاف سلولزی از منبع خاک اره حاصل از چوب کبوده و در مرحله بعد تهیه نانو- کامپوزیتی از ماتریسی از نشاسته و پلی وینیل الکل تقویت شده با نانوالیاف سلولزی به روش تبخیر حلال میباشد. در ساخت نانوکامپوزیت مقادیر مختلف از نانوالیاف سلولزی به ماتریس اضافه گردید و خواص استحکام کششی هر کامپوزیت بررسی گردید و میزان بهینه نانوالیاف برای رسیدن به بهترین خواص مکانیکی بدست آمد. نتیجتاً کامپوزیت با میزان %5 نانوالیاف سلولزی بهترین خواص مکانیکی را از خود نشان داد.
واژه های کلیدی : نانوالیاف سلولزی، پلی وینیل الکل، نشاسته، نانوکامپوزیت، خواص مکانیکی
-1 مقدمه:
استفاده از پلاستیکها روز به روز به دلایلی مانند عدم راحتی در بازیافت اکثر آنها، غیرتجدید پذیر بودن، عدم زیست تخریب پذیری و همچنین تلفیق آن ها با مواد سمی مورد نکوهش قرار می گیرد. اخیرا به دلیل فشارهای بوجود آمده توسط قوانین وضع شده و همچنین افزایش دسترسی به مواد مناسب، تمایل زیادی در گسترش استفاده از پلاستیک های زیست تخریب پذیر ایجاد شده است.نشاسته یک ماده پر استفاده در تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر می باشد. نشاسته ماده ای ارزان، تجدید پذیر و زیست تخریب پذیر می باشد ولی فقدان در استحکام مکانیکی، مقاومت در برابر آب، فرایند پذیری وپایداری حرارتی کم را می توان از معایب آن ذکر کرد. برای بهبود برخی از این اشکالات نشاسته اغلب با پلیمرهای سنتزی1 مانند پلی کاپرولاکتون2، پلی لاکتیک اسید 3 و پلی وینیل الکل4 که پتانسیل خوبی برای کاربرد بسته بندی5 دارند ترکیب می شود . - Tang & Alavi, 2011 -
پلی وینیل الکل - PVA - ماده ای با خواص تکنولوژیکی بالا می باشد، این ماده را می توان به هر دو حالت محلولی و همچنین مذابی فرایند کرد. به دلیل وجود خصوصیات عالی بصری و فیزیکی، PVA بصورت موفقیت آمیزی در محدوده وسیعی از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد؛ در عین حال از معایب PVA می توان قیمت نسبتا بالا، سرعت پایین تخریب پذیری در محیط زیست و خواص ضعیف ممانعت در برابر عبور رطوبت را بیان کرد. برای کاهش قیمت و افزایش مطلوبیت از لحاظ اقتصادی و همچنین بهبود کارایی، این ماده با پلیمرهای دیگری نظیر نشاسته یا با نانوذرات اصلاح می گردد . - Habibi & Lucia, 2012; Lawton & Fanta, 1994 -
پلاستیک های زیست تخریب پذیری که امروزه در دسترس هستند بر پایه نشاسته گرمانرم، PVA و ترکیباتی از این مواد می باشند. این مواد جایگزینی مناسب برای پلیمر های زیست تخریب ناپذیر مرسوم مانند پلی اتیلن می باشند.در این مطالعه هدف در مرحله اول استخراج نانوالیاف سلولزی از خاک اره حاصل از چوب کبوده و در مرحله بعد ایجاد کامپوزیتی با ترکیبی از مزایایی مانند خواص مکانیکی بسیار خوب PVA ، قیمت ارزان نشاسته و خاصیت تقویت شوندگی با نانوالیاف سلولزی برای استفاده در کاربردهای با مقاومت مکانیکی بالاتر می باشد. سپس خواص مکانیکی فیلمهای تولید شده در مقادیر متفاوت از نانوالیاف سلولزی بررسی میگردد تا میزان بهینه نانوالیاف در راستای حداکثر افزایش در خواص مکانیکی کامپوزیت تعیین گردد.
-2 مواد و روشها :
مواد: پلی وینیل الکل با وزن مولکولی 145000 تهیه شده از کمپانی مرک آلمان، نشاسته پری ژلاتینه شده فراهم شده از شرکت گلوکوزان قزوین، بوراکس - دی سدیم تترا بورات - محصول شرکت آرمین شیمی ایران و گلیسرول به عنوان نرم کننده از شرکت جابر فارمدیکال1 تهیه گردیدند. نانوالیاف سلولزی مورد استفاده توسط روش زیر استخراج گردیدند.
روش استخراج نانوالیاف سلولز: استخراج نانوالیاف در دو مرحله فراوری شیمیایی و فراوری مکانیکی صورت میگیرد. هدف از اعمال فراوری شیمیایی بر خاک اره حذف هر گونه ترکیب به غیر از سلولز از ساختار مادهو نتیجتاً باقی ماندن سلولز به تنهایی بصورت دسته فیبریل های سلولزی در ساختار ماده می باشد. سپس در مرحله فراوری مکانیکی دسته های فیبریلی سلولز توسط اعمال نیروی مکانیکی به نانوالیاف جدا از هم تبدیل می شوند. در مرحله شیمیایی ابتدا توسط اتانول و بوسیله دستگاه سوکسوله وکس ها و مواد آبدوست حلال در اتانول حل می شوند، سپس توسط اسید کلریدریک 1% و در اتوکلاو تخت دما و فشار بالا همی سلولز موجود در ساختار چوب حل می گردد، در مرحله بعد توسط اعمال سود سوزآور %2 و در دمای 80 درجه لیگنین قابل حل را از درون ساختار حذف کرده که در این صورت فقط لیگنین غیرقابل حل و سلولز در ساختار باقی می مانند. سپس لیگنین غیر قابل حل را توسط سفید گری الیاف بوسیله کلریت سدیم حذف تا جایی که مقدار آن به حد مشخصی برسد، در صورت اینکه هنوز مقدار لیگنین غیرقابل حل به
