نوع مقاله : فراورده های مرکب چوب

نویسندگان

• حسین یوسفی ¹
• مبینا عظیمی ²
• استیو سورتسون ³
• المیرا کفاش ساعی ³

¹ هیئت علمی گروه تکنولوژی چوب و کاغذ

² دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

³ دانشگاه مینه سوتا

چکیده

یکی از بزرگترین دلایل آسیب به طبیعت و آلودگی زیست محیطی پلاستیک ها و مواد بسته بندی نفت پایه هستند.با وجود مزایای گسترده پلاستیک‌های نفت‌پایه در صنایع بسته‌بندی، از جمله قیمت مناسب، استحکام مکانیکی بالا و مقاومت در برابر رطوبت، تجزیه‌ناپذیری زیستی آن‌ها موجب انباشت پایدار در محیط و بروز مخاطرات جدی برای اکوسیستم‌ها و سلامت انسان شده است. در این راستا، نانوبیوپلیمرهایی نظیر نانوسلولز و نانوکامپوزیت‌های زیستی تولیدشده از آن، به دلیل زیست‌سازگاری، تجدیدپذیری و هزینه تولید مناسب، گزینه‌ای امیدوارکننده برای کاربردهای مختلف نظیر بسته‌بندی به شمار می‌روند. علیرغم مزایای فنی و زیست محیطی متعددی که نانوسلولز دارد اما کماکان مصرف انرژی و قیمت تمام شده نسبتا بالا جهت تولید آن چالش جهانی بر سر راه توسعه تجاری‌سازی این نانوبیوپلیمر شده است. جهت تعدیل این موضوع، کفاش‌ساعی و همکاران (2021) توانستند نانوفیبر سلولز را با فرآیند تولید مستقیم از خاک اره طی فرآیند همزمان اکسیداسیون/خالص سازی انجام دهند. در این پژوهش، تولید مستقیم نانوکریستال سلولز از خاک‌اره چوب نراد هدف‌گذاری شده است که هم در مراحل تولید و هم در ویژگیهای مرفولوژی و فنی تفاوتهایی با نانوفیبر سلولز دارد. تولید مستقیم نانوکریستال سلولز از خاک اره به معنای کاهش انرژی تولید، مصرف مواد شیمیایی، مصرف آب، تولید پساب و نهایتا قیمت تمام شده کمتر نسبت به نمونه‌های تهیه شده با روشهای قدیمی‌تر است. نانوکریستال سلولز تهیه شده جهت تقویت فیلم بر پایه کربوکسی‌متیل‌سلولز (CMC) مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روشها: ماده خام چوبی این مطالعه خاک اره چوب نراد Abies alba بود که از کارگاه صنایع مبلمان دانشگاه تهیه گردید. مواد شیمیایی نیز شامل هیدروکسید سدیم، هیپوکلریت سدیم، پراکسید هیدروژن از شرکت مجللی و سولفیت سدیم، برومید سدیم و TEMPO از شرکت Sigma-Aldrich خریداری شد. جهت تولید مستقیم نانوکریستال سلولز از خاک اره مراحل خالص سازی و اکسیداسیون به طور همزمان انجام شد لذا در انتهای این مرحله خمیر سفید اکسید شده سلولز بدست آمد که در موقعیت کربن شماره 6 حلقه پیرانوزی گروه کربوکسیل بجای گروه هیدروکسیل جایگزین می‌گردد. جهت مقایسه، نانوکریستال سلولز به روش غیرمستقیم (روش سنتی) نیز از خاک اره نراد تولید گردید. بعد از تولید دو مدل نانوکریستال ، به نسبت وزنی 5/.، 1، 3، 5 و 10 درصد به پلیمر کربوکسی متیل سلولز اضافه شدند تا با روش قالب‌گیری محلول نانوکامپوزیت تولید گردد. در نهایت ویژگیهای نانوکریستال‌ها و نانوکامپوزیت‌های ساخته شده بررسی و مقایسه شدند. روش‌های آنالیز مورد استفاده شامل آزمون طیف سنجی مادون قرمز فوریه (ATR-FTIR)، آزمون طیف سنجی پراش اشعه ایکس (XRD)، آزمون میکروسکوپ الکترونی نشر میدان (FE-SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)و آزمون کشش استاتیک بودند.
نتایج: تصاویر TEM نشان داد که میانگین قطر نانوکریستال‌های تولیدشده به روش مستقیم و غیرمستقیم به‌ترتیب 4±8 و 4±7 نانومتر بوده و تفاوت معنی‌داری از نظر ابعادی و مورفولوژیکی بین آن‌ها مشاهده نشد. تصاویر FE-SEM پراکنش یکنواخت نانوکریستال‌ها در زمینه پلیمری را نشان دادند. الگوهای XRD افزایش درجه بلورینگی نانوکامپوزیت‌ها را با افزایش درصد نانوکریستال سلولز تأیید کردند، در حالی که طیف‌های FTIR تفاوت ساختاری محسوسی میان نمونه‌ها نشان ندادند. نتایج آزمون کشش استاتیک نشان داد فیلم خالص CMC دارای مقاومت کشش 34 مگاپاسکال بوده که در اثر افزودن نانوکریستال سلولز به مقدار 1 و 10 درصد و در هر دو روش مقدار مقاومت کششی افزایش یافته و این افزایش برای مقدار نانوکریستال 10 درصد چشم‌گیرتر بوده است به‌ طوری که در مقدار درصد اختلاط 10 درصد برای دو حالت نانوکریستال روش مستقیم و غیرمستقیم مقاومت کششی به‌ترتیب به 58 و 62 مگاپاسکال رسید.

کلیدواژه‌ها

• خاک‌اره؛ نانوکامپوزیت؛ کربوکسی‌متیل‌سلولز
• روش مستقیم

موضوعات

• فراورده های مرکب چوب