هیچ چیز ارزشمند آسان بدست نمی آید.

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

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

3 استادیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه زابل، زابل، ایران

چکیده

سابقه و هدف: امروزه پلیمرهای طبیعی مانند سلولز، نشاسته و پلی‌لاکتیک اسید (PLA) به­عنوان جایگزین­ پلیمرهای نفتی در زمینه­های مختلف مورد استفاده قرار می­گیرند. دراین‌بین، پلی­لاکتیک اسید به­عنوان پلیمری که بیشترین شباهت­ها را ازنظر ساختاری به پلیمرهای نفتی دارد، موردتوجه قرار گرفته است. در این تحقیق، پلی‌لاکتیک اسید به­عنوان پلیمر پایه ساخت فوم و آرد چوب به­عنوان تقویت­کننده ویژگی­های مکانیکی و از آزودی کربن آمید (ACA) به­عنوان عامل فوم­کننده و از میکروکریستالین سلولز (MCC) به­عنوان عامل هسته­زا استفاده شد.
مواد و روش­ها: فوم­های پلی­لاکتیک ­اسید با ترکیب آرد چوب، عامل فوم­زا و عامل هسته­زا در دستگاه اکسترودر و بعد قالب­گیری زیر پرس تهیه شدند. اثر میکروکریستالین سلولز به‌عنوان عامل هسته­زا در تولید فوم پلی‌لاکتیک ­­اسید/آرد چوب با عامل فوم­زای آزو­دی­کربن­آمید بررسی شد. خواص حرارتی پانل­های تهیه شده با استفاده از آزمون­های وزن­سنجی حرارتی (TGA) و گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) مورد بررسی قرار گرفت.
یافته­ها: نتایج نشان داد که با افزایش مقدار عامل فوم­زا تا سطح 3 درصد و عامل هسته­زا تا سطح 4 درصد، چگالی پانل فوم ساخته­شده تا 45/52 درصد کاهش یافته است. کاهش چگالی همراه با افزایش تخلخل، افزایش جذب آب و افزایش واکشیدگی ضخامت در تمام سطح تیمارها (1 تا 3 درصد عامل فوم­زا و ۱ تا ۴ درصد عامل هسته­زا) معنی­دار بوده است. همچنین، این کاهش چگالی منجر به کاهش مقاومت کششی و خمشی و افزایش مقاومت به ضربه شده است. نتایج حاصل از آزمون­های TGA و DSC نشان داد که استفاده از عامل فوم­زا تغییری در دمای شیشه­ای شدن فوم­های ساخته­شده ندارد، اما اضافه کردن میکروکریستالین سلولز منجر به افزایش دمای شیشه­ای فوم­ها شده است. همچنین، نتایج DSC تغییر رفتار کریستالینه شدن فوم‌های ساخته شده را پس از اضافه نمودن میکروکریستالین سلولز نشان داد.
نتیجه­ گیری: این تحقیق نشان داد که خاصیت هسته­زایی MCC در کنترل رشد سلولی و کاهش قطر حفره‌ها مؤثر بوده است، ازاین‌رو، می­توان از آن برای تولید فوم پلی‌لاکتیک اسید میکرو سلولی باکیفیت قابل‌قبول استفاده نمود. با توجه به این موضوع، این مطالعه استفاده از میکروکریستالین سلولز (MCC) را به دلیل کاربردهای صنعتی، ارزان­قیمت بودن، زیست‌تخریب‌پذیری و آثار محیط­زیستی آن مورد تأکید قرار می­دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

-Abu Hassan, N.A., Ahmad, S., Chen, R.S. and Shahdan, D., 2020. Cells analyses, mechanical and thermal stability of extruded polylactic acid/kenaf bio-composite foams. Construction and Building Materials, 240: 117884. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117884
-Agbor, V.B., Cicek, N., Sparling, R., Berlin, A. and Levin, D.B., 2011. Biomass pretreatment: fundamentals toward application. Biotechnology advances, 29: 675-685. DOI:  https://doi.org/ 10.1016/ j.biotechadv.2011.05.005
-Aretoulaki, E., Ponis, S., Plakas, G. and Agalianos, K., 2020. Α systematic meta-review analysis of review papers in the marine plastic pollution literature, Marine Pollution Bulletin, 161: 111690. DOI: https://doi.org/10.1016/j. marpolbul. 2020.111690
-Asadi Shahabi, M., Farrokhpayam, S.R., Nosrati Sheshkal, B., Mohebbi Gargari, R., 2020. The morphological and physico-mechanical properties of wood plastic composite made of polylactic acid polymer. Forest and Wood Products, 72: 339-349. DOI: https://doi.org/ 10.1007/ s13196-021-00274-4
-Balasubramanian, M., 2014. Composite materials and processing, CRC press Boca Raton, 2014.
-Balla, E., Daniilidis, V., Karlioti, G., Kalamas, T., Stefanidou, M., Bikiaris, N.D., Vlachopoulos, A., Koumentakou, I. and Bikiaris, D.N., 2021. Poly (lactic Acid): A Versatile Biobased Polymer for the Future with Multifunctional Properties From Monomer Synthesis, Polymerization Techniques and Molecular Weight Increase to PLA Applications. Polymers, 13(11):1822. DOI: https://doi.org/ 10.3390/ polym 13111822
-Cho, B.G., Mun, S.B., Lim, C.R., Kang, S.B., Cho, C.W. and Yun, Y.S., 2021. Adsorption modeling of microcrystalline cellulose for pharmaceutical-based micropollutants. Journal of Hazardous Materials, 426:128087. DOI: https://doi.org/ 10.1016/ j.jhazmat.2021.128087
-Dahmardeh Ghalehno, M. and Kord, B., 2021. Preparation, characterization and performance evaluation of wood flour/HDPE foamed composites reinforced with graphene nanoplatelets, Journal of Composite Materials, 55: 531-540. DOI: https://doi.org/10.1177/ 00219983 20954527
-Dechent, S.E., Kleij, A.W. and Luinstra, G.A., 2020. Fully bio-derived CO 2 polymers for non-isocyanate based polyurethane synthesis, Green Chemistry, 22: 969-978. DOI: https://doi.org/ 10.1039/c9gc03488a
-Ehrenstein, G.W., 2012. Polymeric materials: structure, properties, applications, Carl Hanser Verlag GmbH Co KG, New York, USA. 2012.
-Ge, Z., Qi, Z., Si, D. and Yu, M., 2018. The effects of processing parameters and ac foaming agent on the mechanical properties and morphology of foamed wood-polylactic acid (PLA) composites, BioResources, 13: 1605-1618. DOI: https:// doi.org/ 10.15376/biores.13.1.1605-1618
-Hsissou, R., Seghiri, R., Benzekri, Z., Hilali, M., Rafik, M. and Elharfi, A., 2021. Polymer composite materials: A comprehensive review. Composite structures, 262: 113640. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.113640
-Khairunnisa, A., Wistara, N.J. and Fatriasari, W., 2025. The role of microcrystalline cellulose (MCC) in improving paper strength from rice straw pulp. Int J Biol Macromol., 318(Pt 2): 144868. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.ijbiomac.2025. 144868
-Kiziltas, A., Gardner, D.J. and Han, Y., 2014. Mechanical Properties of Microcrystalline Cellulose (MCC) Filled Engineering Thermoplastic Composites. J Polym Environ., 22: 365–372. DOI: https://doi.org/10.1007/ s10924-014-0676-5
-Kord, B., Varshoei, A. and Chamany, V., 2011. Influence of chemical foaming agent on the physical, mechanical, and morphological properties of HDPE/wood flour/nanoclay composites, Journal of reinforced plastics and composites, 30: 1115-1124. DOI: https://doi.org/ 10. 1177/0731684411417200
-Kord, B., 2013. Effect of nanoclay on thickness swelling behavior in the extrusion foaming of wood flour/polyethylene composites, Journal of Thermoplastic Composite Materials, 26: 1303-1316. DOI: https://doi.org/10.1177/08927057 124395 62
-Krapež Tomec, D., Schöflinger, M., Leßlhumer, J., Gradišar Centa, U., Žigon, J. and Kariž, M., 2024. The Effects of Microcrystalline Cellulose Addition on the Properties of Wood–PLA Filaments for 3D Printing. Polymers, 16(6):836. DOI: https://doi.org/10.3390/polym16060836
-Lendvai, L., Dogossy, G., Jakab, S.K. and Fekete, I., 2024. Foam Injection Molding of Poly(Lactic Acid) with Azodicarbonamide-Based Chemical Blowing Agent. Engineering Proceedings, 79(1):1-44. DOI: https://doi.org/10.3390/ engproc202 4079044
-Lupidi, G., Pastore, G., Marcantoni, E. and Gabrielli, S., 2023. Recent Developments in Chemical Derivatization of Microcrystalline Cellulose (MCC): Pre-Treatments, Functionalization, and Applications. Molecules, 28(5):2009. DOI: https://doi.org/10.3390/ molecules 28 052009
-Mittal, V., 2011. High performance polymers and engineering plastics, John Wiley & Sons, Berlin, Germany.
-Nofar M. and Park, C.B., 2014. Poly (lactic acid) foaming, Progress in Polymer Science, 39: 1721-1741. DOI: https://doi.org/10.1016/j. progpolymsci. 2014.04.001
-Osswald T.A. and Menges, G., 2012. Materials science of polymers for engineers, Carl Hanser Verlag GmbH Co KG, Sydney, New South Wales, Australia.
-Plamadiala, I., Croitoru, C., Pop, M.A. and Roata, I.C., 2025. Enhancing Polylactic Acid (PLA) Performance: A Review of Additives in Fused Deposition Modelling (FDM) Filaments. Polymers, 17(2):191. DOI: https://doi.org/ 10.3390/ polym17020191
-Ren, H., Li, S., Gao, M., Xing, X., Tian, Y., Ling, Z., Yang, W., Pan, L., Fan, W. and Zheng, Y., 2023. Preparation and Characterization of Microcrystalline Cellulose/Polylactic Acid Biocomposite Films and Its Application in Lanzhou Lily (Lilium davidii var. unicolor) Bulbs Preservation. Sustainability, 15(18): 13770. DOI: https://doi.org/10.3390/ su15181 3770
-Sodeifi, B. and Sharifi, S.H., 2025. Investigating the resistance and barrier properties of bio nano composite films of Carboxymethyl chitosan/ Guar gum/ Nanocrystalline cellulose. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 40(2): 149-165. DOI: https://doi.org/ 10.22092/ijwpr. 2025.368144.1791
-Shahreki, A., Nosrati Sheshkal, B., Jonoobi, M., Abdouss, M., Dahmardeh Ghalehno, M., 2021. Poly-capro-lactone/poly-lactic acid/cellulose nano crystal three-component nanocomposites: Manufacturing, mechanical, dynamic-mechanical and morphological investigation. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 12: 217-234.
-Sheldon, R.A., 2014. Green and sustainable manufacture of chemicals from biomass: state of the art, Green Chemistry, 16: 950-963. DOI: https://doi.org/10.1039/c3gc41935e
-Simeone, D., Tissot, O. and Luneville, L., 2025. Diffusive first-order phase transition: nucleation, growth and coarsening in solids. Reports on Progress in Physics, 88(5): 056501 DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6633/adcbbf
-Sokhandan, V., Mansouri, H., Dahmardeh Ghaleno, M. and Shamsian, M., 2025. Improving the performance of polyvinyl acetate adhesive in order to increase the strength and stability of tongue and groove joints in traditional beech wood structures. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 40(1): 35-53. DOI: https://doi.org/10. 22092/ijwpr. 2025.366640.1778
-Spronsen, P.C., Bakhuizen, R., van Brussel, A.A. and Kijne, J.W., 1994. Cell wall degradation during infection thread formation by the root nodule bacterium Rhizobium leguminosarum is a two-step process. European Journal of Cell Biology, 64(1):88-94.
-Volchko, N.W. and Rutledge, G.C., 2024. Heterogeneous nucleation of polyethylene crystals on binary hexagonal nanoplatelets. Journal of Materials Science, 59: 8852–8873. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-024-09683-5
-Wang, C., Liu, Y., Chen, W.Q., Zhu, B., Qu, S. and Xu, M., 2021. Critical review of global plastics stock and flow data, Journal of Industrial Ecology, 25: 1300-1317. DOI: https://doi.org/ 10.1111/jiec.13125
-Westman, M.P., Fifield, L.S., Simmons, K.L., Laddha, S., Kafentzis, T.A., 2010. Natural fiber composites: a review. Pacific Northwest National Laboratory, 1: 1-10. DOI: https:// doi.org/ 10.2172/989448
-Williams, A.T. and Rangel-Buitrago, N., 2022. The past, present, and future of plastic pollution. Marine Pollution Bulletin., 176:113429. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2022.113429.
-Yin, F., Tang, C., Li, X. and Wang, X., 2017. Effect of Moisture on Mechanical Properties and Thermal Stability of Meta-Aramid Fiber Used in Insulating Paper. Polymers, 9(10):537. DOI: https://doi.org/10.3390/polym9100537
-Young R.J. and Lovell, P.A., 2011. Introduction to polymers. 3th Edition, CRC press, New York, USA. 201