بخشی از مقاله
چکیده
امروزه دانش نوین نانو در تمامی شاخه های علمی شناخته شده است، به طوری که امروزه زمینه تحقیقاتی بسیاری از محققین در حوزه کامپوزیتهای سلولزی میباشد. به طور کلی سلولز به دلیل دسترس پذیرس زیاد، تجدیدپذیری و ویژگیهای زیست تخریب پذیری، فرایند هیدرولیز ساده، مقاومت و مدول بالای ذاتی، و واکنش پذیری زیاد به عنوان یک منبع مناسب برای تولید مواد در ابعاد نانو - در اشکال مختلف مثل نانو الیاف سلولز، نانو کریستال سلولز، نانو ویسکر سلولز - محسوب میشود، از این مواد میتوان برای کاربردهای مختلف به ویژه برای بهبود مقاومتها در کامپوزیتهای سلولزی استفاده کرد.
در چنین شرایطی فناوری نانو، پتانسیلهای عظیمی را برای بهبود محصولات موجود و ایجاد زمینههای جدید به صنعت کامپوزیتهای سلولزی معرفی کرده است. در صنعت کاغذسازی نیز این فناوری میتواند در بخش پر کنندهها، بهبود کیفیت کاغذ - ویژگیهای نوری و مکانیکی - ، عامل پوشش دهنده سطحی کاربرد داشته باشد. مطالعات در بخش فناوری نانو و ایجاد زمینه برای استفاده موثرتر از این مواد در بخش کامپوزیتهای سلولزی، قطعا نتایج بسیار مفیدی را ارائه میدهد. هدف از این مقاله، مروری بر آخرین پیشرفتها در زمینه کاربرد فناوری نانو در صنعت کامپوزیتهای سلولزی میباشد.
مقدمه
فناوری نانو در ابتدا توسط ریچارد فاینمن در سال 1960 و در طی یک سخنرانی علمی بیان کرد "فضای زیادی در پایین وجود دارد". اساس فن آوری نانو بر مبنای این واقعیت پایه گذاری شده است که خواص مواد با کاهش مقیاس آن ها تا محدوده نانومتر به طور چشمگیری دستخوش تغییر میشود. زمانی که مواد به ساختارهایی کوچکتر از یک و یا چندبُعد آنها مانند طول، عرض و یا ضخامت در محدوده نانومتر و یا حتی کمتر از آن قرار دارد، تقسیم میشوند، خصوصیاتی را به دست می آورند که با ویژگیهای عمومی مواد تفاوت هایی دارد. فناوری نانو در سال های اخیر به عنوان یکی از زمینه های پژوهشی کاربردی پیشرفته در سطح دنیا مطرح گردیده است
مواد نانو به خاطر ابعاد در مقیاس نانومتری به گونه قابل توجهی ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی الیاف در مقیاس معمول را بهبود میبخشند. نانوالیاف به عنوان الیافی که قطر آنها در محدوده 1-100 نانومتر و نسبت طول به قطر بزرگتر از 50 است، شناخته میشوند.
علت توجهات جهانی به این ساختار این است که هنگامی که قطر نانو الیاف پلیمری از مقیاس میکرومتر به زیر میکرون یا نانومتر کاهش مییابد، خواص جالبی از قبیل سطح ویژه بالا، انعطاف پذیری و کارایی مکانیکی بالا در مقایسه با بسیاری از مواد شناخته شده حاصل میشود
مواد نانو چند سازه در سالهای اخیر چه در زمینه علمی و چه در زمینه مهندسی مورد توجه زیادی قرار گرفتهاند، این فرضیههای سادهای نتیجه میشوند که از بلوکهای سازنده دارای ابعاد در حد نانو استفاده میکنند و این امکان را فراهم میکنند تا مواد جدیدی با انعطاف پذیری بی نظیر و خواص فیزیکی پیشرفته، طراحی و ساخته شوند. این قابلیت چند سازهها با بکار بردن بلوکهای در حد نانو از نوع شیمیایی غیر هموژن، در رشتهها و زمینههای علمی متعدد بکار گرفته میشود. از آنجایی که اجزاء یک ساختار نانو چند سازه، ترکیب و ویژگیهای متفاوتی دارد، کاربردهای بسیار مختلفی نیز خواهد داشت.
بنابراین، موادی که از آنها ساخته میشوند، میتوانند دارای کاربردهای چند گانه باشند. نانو چند سازهها میتوانند ساختارهای جامدی با ابعاد نانومتری به حساب آیند که بین فازهای مختلف تشکیل دهنده ساختار در فواصل معینی، تکرار میشوند. این مواد از یک جامد آلی که در برگیرنده یک جزء غیر آلی و یا بصورت بالعکس باشند، تشکیل شدهاند و یا آنها میتوانند شامل دو یا چند فاز آلی/ غیر آلی باشند که در یک حالت ترکیبی فشرده قرار گرفته و حداقل یکی از فازها در حد نانو است
انواع نانو مواد بر پایه سلولز
- نانو الیاف
در سالهای اخیر نانوالیاف توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است، این مواد به خاطر ابعاد در مقیاس نانومتری به گونه قابل توجهی ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی الیاف در مقیاس معمول را بهبود میبخشند
به عبارتی نانو الیاف اشاره به الیافی با قطر کمتر از 500 نانومتر دارد. این مواد در زمینههای گسترده و متنوعی از جمله در کامپوزیتها کاربرد دارند. مهمترین نانوالیافها شامل کربنی، پلیمری و معدنی میباشند و حدود 70 گروه تحقیقاتی در جهان درباره تولید و خواص نانو الیاف پلیمری تحقیق کرده و روشهای مختلفی را برای تولید این مواد استفاده میکنند. حدود 60 درصد این گروهها روش الکتروریسی را برای تولید نانو الیاف به کار میبرند
فرایند الکتروریسی برای تولید الیاف بسیار ظریف با قطری در حد نانومتر به کار میرود. در این فرایند، جت حاصل از مایع پلیمری - محلول یا مذاب - توسط نیروی الکترواستاتیک قوی با نوک نازل به سمت جمع کننده فرستاده میشود و به صورت نمد بی بافتی از الیاف بر روی آن رسوب میکند؟ الیاف حاصل از این فرایند دارای خواصی منحصر به فردی مانند نسبت سطح به حجم بالا و تخلخل زیاد با حفرههایی ریز میباشد. این خواص باعث میشود تا الیاف حاصل در موارد مختلف بکار رود. پلیمرهای طبیعی و مصنوعی زیادی را میتوان از طریق الکتروریسی به الیاف بسیار ظریف تبدیل کرد
الکتروریسی به عنوان ارزان ترین، ساده ترین و قابل فهم ترین روش برای تولید نانوالیاف معرفی می شود و به علل تولید لیف کم هزینه با میزان استحکام بالا، کاربردهای فراوانی دارد
شکل -1 شمای کلی فرایند الکتروریسی Li - و Xia، - 2004
جدول - 1 - حلالهای مختلفی که برای تولید نانو الیاف الکتروریسی شده سلولزی تولید میشوند را خلاصه کرده است.
جدول -1 نانو الیاف سلولز الکتروریسی شده
پلیمر حلال
سلولز LiCl/DMAc, NMMO/wate
سلولز AMIMCI/DMSO
سلولز استات Acetone/water
سلولز استات Acetone/DMAc
سلولز استات Acetone/DMF/trifluro-ethanol
سلولز استات Acetic acid/water
سلولز استات Acetone, chloroform, DMAc, DMF, DCM
