بخشی از مقاله
چکیده
لیگنین یک پلیمر متشکل از اجزاء فنلی است که در دیواره سلولی و قسمتهای فیبری گیاهان یافت میشود. این ترکیب فراوانترین و مهم ترین پلیمر آلی در دنیای گیاهی است که از مونومرهای مختلف pکوماریل - در گیاهان علفی - ، کانیفریل - سوزنی برگان - و سیناپیل الکل - پهن برگان - تشکیل شده است. بیش از یک قرن است که مطالعات گستردهای بر روی لیگنین صورت گرفته است در این مدت پیشرفتهای قابل توجهی در رابطه با بیوسنتز و توضیح و آنالیز ساختاری لیگنین حاصل شده است.
با این حال در ترتیب و قاعدهی تکپارهای سازنده لیگنین هنوز اختلاف نظرات زیادی وجود دارد. لیگنین را نمیتوان جزء کربوهیدراتها به شمار آورد اما در سلول گیاهی، ترکیبات لیگنین همراه با کربوهیدراتها وجود دارند. در جریان مراحل شیمیایی تهیه کاغذ و موادی نظیر آن، لیگنین را باید از خمیر چوب جدا ساخت به این ترتیب میتوان تصور کرد که مقادیر زیادی از لیگنین به این طریق به دست میآید که فعلاً به عنوان یک مادهی زاید از بین برده میشود که این خود مشکلی را به وجود آورده است .
پیشرفت روشهای مربوط به تبدیل لیگنین به سایر مواد قابل استفاده، هم مشکل فعلی از بین بردن لیگنین به عنوان یک مادهی زاید را مرتفع میسازد و هم مادهای که فعلاً به علت در دست نداشتن راه استفاده از آن به عنوان مادهی زاید محسوب میگردد را تبدیل به مادهی مفید قابل استفاده میکند.
مقدمه
لیگنینها امروزه به عنوان منابع اصلی آروماتیک تجدیدپذیر در نظر گرفته میشوند. با این حال، پژوهش و آگاهی عمومی از مواد سازگار با محیط زیست، فرصتهای جدید برای استفاده از لیگنین ایجاد میکند. با توجه به ویژگیهای کارکردی بالای آن - به عنوان مثال غنی از گروههای هیدروکسیل آلیفاتیک و فنولیک - برای ظهور مواد جدید بر پایه زیستی، لیگنین میتواند ماده مناسبی برای اصلاحات و واکنشهای شیمیایی باشد.
استفاده بیشتر از لیگنین، ارزش افزودهی چوب یا دیگر منابع تجدیدپذیر را افزایش خواهد داد و میتواند تا حدی جایگزین مواد بر پایهی نفت خام همچون پلاستیکها شود؛ ضمن اینکه ویژگی برجستهی زیست تخریب پذیر بودن آن، دلیل دیگری بر تلاش برای استفادهی مناسب از آن است. بنابراین تحقیق و پژوهش برای تولید قطعات ساختاری شیمیایی زیستی از لیگنین رو به گسترش است .افزودن لیگنینها در مواد چند جزئی در طول 10 سال گذشته، به علت دسترسی وسیع به آنها، قیمت پایین، چگالی پایین، سختی بالا، خواص حرارتی، اصطکاک و مقاومت شیمیایی و رطوبتی خوب، باعث "تقویت" آنها شده است.
علی رغم کاربرد وسیع، الیاف طبیعی دارای معایبی بوده که از جمله آن میتوان به دشواری پراکنده شدن در ماده زمینه پلیمری و ناسازگاری بین الیاف طبیعی آبدوست و پلیمرهای آبگریز اشاره کرد. این ناسازگاری باعث چسبندگی ضعیف در سطح اتصال بین الیاف و ماده زمینه پلیمری شده که منجربه کاهش توانایی در انتقال تنش از ماده زمینه پلیمری به الیاف و به تبع آن کاهش استحکام مکانیکی چندسازه میگردد. از این رو اصلاح شیمیایی الیاف با هدف افزایش سازگاری و چسبندگی بین ماده زمینه پلیمری و الیاف انجام میشود. از مهمترین روشهای اصلاح شیمیایی الیاف میتوان به مرسریزاسیون، استیلاسیون، بنزیلاسیون، اکریلاسیون، تیمار سیلانی، تیمار پرمنگنات، تیمار ایزوسیانات، تیمار پروکسید و غیره اشاره کرد
عم لآوری قلیایی
عم لآوری قلیایی یا مرسریزه کردن، از رایج ترین عمل آوریهای شیمیایی استفاده شده برای الیاف طبیعی است، که برای تقویت گرمانرمها یا گرماسختها استفاده میشود. اهمیت اصلاح انجام شده با عملآوری قلیایی، گسستن پیوندهای هیدروژنی در ساختار شبکه است که بدین وسیله زبری سطحی افزایش مییابد. این عملآوری باعث زدودن مقدار زیادی لیگنین، موم و روغنهای پوشش دهنده سطح خارجی دیواره سلولی الیاف، واپلیمر شدن سلولز شده و بلورچههای کوتاه را آشکار میکند - موهانتی و همکاران . - 2001 افزودن محلول سدیم هیدروکسید به الیاف طبیعی، یونش گروه هیدروکسیل به آلکوکسید را پیش میبرد.
بنابراین، فراورش قلیایی مستقیما روی لیفچههای سلولز، درجه پلیمرشدن و استخراج ترکیبات لیگنین و همی سلولز اثر دارد. در عملآوری قلیایی، الیاف در محلول NaOH برای دوره معینی از زمان غوطهور میشوند
تیمار قلیایی بر روی الیاف دو اثر میگذارد:
-1افزایش زبری سطح و در نتیجه بهتر شدن درهمگیری مکانیکی -2افزایش مقدار سلولز نمایان روی سطح الیاف و در نتیجه افزایش تعداد مواضع ممکن برای واکنشعمل آوری کامپوزیت پلیاستر تقویت شده با الیاف سیسال با هیدروکسید سدیم 5 درصد، استحکام کششی بهتری نسبت به NaOH% 10 به دست میدهد. زیرا در غلظت زیاد قلیا، لیگنین زدایی بیشتری در الیاف طبیعی رخ میدهد که منجر به ضعیفتر شدن یا آسیب دیدن الیاف میشود
عملآوری سیلانی
سیلان ترکیبی شیمیایی با فرمول شیمیایی SiH4 است. سیلانها به عنوان عوامل جفت کننده برای چسبندگی الیاف شیشه به ماتریس پلیمر در پایدارسازی مواد کامپوزیتی به کار میروند. عوامل جفتکننده سیلانی باعث کاهش تعداد گروههای هیدروکسیل در سطح مشترک الیاف و ماتریس میشوند. در مجاورت رطوبت، گروههای آلکوکسی قابل آبکافت منجر به تشکیل سیلانولها میشوند. سپس، سیلانول با گروههای هیدروکسیل الیاف واکنش داده، پیوند کووالانسی پایداری با دیواره سلولها تشکیل میدهد که روی سطح الیاف جذب شیمیایی میشود از این رو، زنجیرهای هیدروکربن حاصل از کاربرد سیلان از تورم الیاف جلوگیری میکنند. این کار با ایجاد شبکهای از پیوندهای عرضی به سبب پیوندهای کووالانسی بین ماتریس و الیاف انجام میشود.
استیل دارکردن الیاف طبیعی
استیل دار کردن واکنشی است که طی آن گروههای عاملی استیل - CH3 COO- - به درون یک ترکیب آلی وارد میشوند. استیل دارکردن الیاف طبیعی یک روش استری کردن شناخته شده است که سبب نرم شدن الیاف سلولزی میشود. این واکنش شامل تولید استیک اسید - CH3 COOH - به عنوان فرآورده جانبی است که باید پیش از استفاده از الیاف از مواد لیگنوسلولزی حذف شود. اصلاح شیمیایی با استیک انیدرید موجب جایگزینی گروههای هیدروکسیل پلیمر دیواره سلولی با گروههای استیل میشود، ویژگیهای این پلیمرها را طوری اصلاح میکند که آبگریز میشوند
