تهیه و بررسی نانوالیاف الکتروریسی‌شده پلی وینیل الکل و نانوکریستال سلولز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران

2 دانشیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

4 استاد، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

                                                                                               DOR:98.1000/1735-0913.1397.33.438.64.3.9.1586
در این پژوهش نانوالیاف کامپوزیتی پلی وینیل‌الکل (PVA) و نانوکریستال سلولزی (CNC) با فرایند الکتروریسی تهیه شدند. برای انحلال پلیمر PVA از آب یون‌زدایی شده استفاده شد و از بین غلظت‌های 4، 6، 8 و 10 درصد وزنی PVA، الیاف سالم در غلظت 8 درصد تولید شدند. برای تولید نانوالیاف با استحکام بیشتر، CNC در مقادیر 5/0، 1، 5/1 و 2 درصد بر اساس درصد وزنی PVA به محلول پلیمر افزوده شد و طراحی آزمایشات بر اساس روش تاگوچی برای رسیدن به قطر کمتر از 100 نانومتر، با متغیرهای ولتاژ الکتریکی، فاصله الکتروریسی، سرعت تغذیه محلول و غلظت CNC انجام شد. برای مقاوم-سازی نانو الیاف در برابر آب از گلوتارآلدهید (GA) به عنوان پیونددهندة عرضی استفاده شد. ویژگی‌های مرفولوژیکی و سطحی الیاف با میکروسکوپ‌های FESEM و SEM بررسی شد. برای بررسی برهم‌کنش‌های شیمیایی مواد از FTIR و از آزمون کرنش کششی برای بررسی خواص استحکامی کامپوزیت نانوالیاف استفاده شد. بر اساس نتایج، نانوالیاف با میانگین قطر 16 ± 87 نانومتر در غلظت 5/0 درصد CNC، به‌دست آمدند. در اثر افزودن نانوکریستال، مدول الاستیسیته نانوکامپوزیت‌ها افزایش و تخلخل آنها کاهش یافت. غوطه‌وری نانوکامپوزیت‌ها در محلول گلوتارآلدهید واکشیدگی نانوکامپوزیت‌ها را کاهش داده و مانع از انحلال و پراکندگی آن‌ها در آب شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


-Afshari, M., 2016. Electrospun Nanofibers, Elsevier Science, (1st Ed), India, 622p.

-Albetran, H., Dong, Y. and Low, I.M., 2016. Characterization and optimization of electrospun tio2/pvp nanofibers using taguchi design of experiment method. Journal of Asian Ceramic Societies, 3(1), 292-300.

-Bolto, B., Tran, Th., Hoang, M. and Xie, Z., 2009. Crosslinked poly (vinyl alcohol) membranes. Progress in Polymer Science, 34(9), 969-981.

-Camargo, P.H.C., Satyanarayana, K.G. and Wypych, F., 2009. Nanocomposites: synthesis, structure, properties and new application opportunities. Material Research, 12(1): 1- 39.

-Chang, W.N., 2009. Nanofibers: Fabrication, Performance, and Applications, Nova Science, (1st Ed), New Yourk, 465p.

-Clemons, C., 2016. Nanocellulose in spun continuous fibers: a review and future outlook. Journal of Renewable Materials, 4(5), 327-339.

-Cortez, I.E.M., García, J.R., González, V.J., Domin Gutierrez, D.I.G., Navarro, M.A.G. and Silva, R.C., 2015. Encapsulation and immobilization of papain in electrospun nanofibrous membranes of pva cross-linked with glutaraldehyde vapor. Matererila Science Engineering, C., 52(1), 306- 314.

-Dasari, A. and Njuguna, J., 2016. Functional and Physical Properties of Polymer Nanocomposites, Wiley, (1st Ed), London, 265p.

-Deitzel, J.M., Kleinmeyer, J., Harris, D. and Beck Tan, N.C., 2001. The effect of processing variables on the morphology of electrospun nanofibers and textiles. Polymer, 42(1), 261–272.

-Destaye, A.G., Lin, Ch.K. and Lee, Ch.K., 2013. Glutaraldehyde vapor cross-linked nanofibrous pva mat with in situ formed silver nanoparticles. ACS Applied Material Interfaces, 5(11), 4745- 4752.

-Fong, H. and Reneker, D.H., 1999. Elastomeric nanofibres of styrene-butadiene-styrene triblock copolymer. Journal of Polymer Science B Polymer Physics, 37(24), 3488–3493.

-Going, R.J., Sameoto, D.E. and Ayranci, C., 2015. Cellulose nanocrystals: dispersion in co-solvent systems and effects on electrospun polyvinylpyrrolidone fiber mats. Journal of Engineered Fibers and Fabrics Abbreviation, 10(3), 155-163.

-Horuz, T.I. and Belibağl, K.B., 2017. Production of electrospun gelatin nanofibers: an optimization study by using taguchi’s methodology. Materials Research Express, 4(1), 292–300.

-Huan, S., Bai, L., Cheng, W. and Han, G., 2016. Manufacture of electrospun all-aqueous poly (vinyl alcohol)/cellulose nanocrystal composite nanofibrous mats with enhanced properties through controlling fibers arrangement and microstructure. Polymer, 92(1), 25-35.

-Jawaid, M., Boufi, S., and Khalil, H. P.S.A., 2017. Cellulose-reinforced Nanofibre Composites Production, Properties and Applications-Wood, Elsevier, (1st Ed), India, 548p.

-Kaboorani, A. and Riedl, B., 2015. Surface modification of cellulose nanocrystals (cnc) by a cationic surfactant. Industrial Crops Production, 65(1), 45- 55.

-Kamoun, E.A., Chen, X., Mohy Eldin, M.S. and Kenawy, E.R.S., 2015. Crosslinked poly (vinyl alcohol) hydrogels for wound dressing applications: a review of remarkably blended polymers elbadawy. Arabian Journal of Chemistry, 8(1), 1–14.

-Kimura, Y., Tsuchida, A. and Katsuraya, K., 2016. High-Performance and Specialty Fibers Concepts, Technology and Modern Applications of Man-Made Fibers for the Future, Springer, (1st Ed), Tokyo, 441p.

-Koski, A., Yim, K. and Shivkumar, S., 2004. Effect of molecular weight on fibrous pva produced by electrospinning. Materials Letters, 58(3-4), 267-542.

-Krumova, M., Lo´pez, D., Benavente, R., Mijangos, C. and Peren, J.M., 2000. Effect of crosslinking on the mechanical and thermal properties of poly (vinyl alcohol). Polymer, 41(26), 9265-9272.

-Lama, N.T., Chollakupb, R., Smitthipongc, W., Nimchuad, Th. and Sukyai, P., 2017. Utilizing cellulose from sugarcane bagasse mixed with poly (vinylalcohol) for tissue engineering scaffold fabrication. Industrial Crops and Products, 100(1), 183- 197.

-Lee, J. and Deng, Y., 2012. Increased mechanical properties of aligned and isotropic electrospun pva nanofiber webs by cellulose nanowhisker reinforcement. Macromolecule Research, 20(1), 76-83.

-Lee, K.H., Kim, H.Y., Khil, M.S., Lam, Y.M. and Lee, D.R., 2003. Characterization of nanostructured poly (ε-caprolactone) nonwoven mats via electrospinning. Polymer, 44(4), 1287–1294.

-Lin, T., 2011. Nanofibers– Production, Properties and Functional Applications, InTech, (1st Ed), Croatia, 468p.

-Liu, J. and Kumar, S., 2005. Microscopic polymer cups by electrospinning. Polymer, 46(10), 3211–3214.

-Mansur, H.S., Sadahira, C.M., Souza, A.N. and Mansur, A.A.P., 2008. FTIR spectroscopy characterization of poly (vinyl alcohol) hydrogel with different hydrolysis degree and chemically crosslinked with glutaraldehyde. Material Science Engineering C., 28(24), 539- 548.

-Mun, R.P., Byars, A.J., Boger, D.V. (1998). The effects of polymer concentration and molecular weight on the breakup of laminar capillary jets. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 74(1-3), 285-297.

-Pandey, J.K., Takagi, H., Nakagaito, A.N. and Kim, H.J., 2015. Handbook of Polymer Nanocomposites. Processing, Performance and Application Volume C: Polymer Nanocomposites of Cellulose Nanoparticles, Springer, (1st Ed), Japan, 518p.

-Peresin, M.S., Habibi, Y., Zoppe, J.O, Pawlak, J.J. and Rojas, O.J., 2010. Nanofiber composites of polyvinyl alcohol and cellulose nanocrystals: manufacture and characterization. Biomacromolecules, 11(3), 674–681.

-Qin, X.H. and Wang, Sh.Y., 2008. Electrospun nanofibers from crosslinked poly (vinyl alcohol) and its filtration efficiency. Journal of Applied Polymer Science, 109(2), 951-956.

-Song, T., Tanpichai, S. and Oksman, K., 2016. Cross-linked polyvinyl alcohol (pva) foams reinforced with cellulose nanocrystals (CNC). Cellulose, 23(3), 1925 –1938.

-Thomas, D. and Cebe, P., 2017. Self-nucleation and crystallization of polyvinyl alcohol. Journal of Thermal Analysis Calorimetry, 127(1), 885–894.

-Wang, X., Chen, X., Yoon, K., Fang, D., Hsiaon B.S. and Chu, B., 2005. High flux filtration medium based on nanofibrous substrate with hydrophilic nanocomposite coating. Environmental Science Technology, 39(19), 7684–7691.