
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 623 |
تعداد مقالات | 6,503 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,660,656 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,262,067 |
تولید و ارزیابی نانو کاغذ از لینتر پنبه به روش انحلال جزئی | ||
پژوهشهای علوم و فناوری چوب و جنگل | ||
مقاله 10، دوره 24، شماره 2، شهریور 1396، صفحه 129-142 اصل مقاله (1.26 M) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwfst.2017.11400.1602 | ||
نویسندگان | ||
سید علی ناصحی1؛ سید مجید ذبیح زاده* 2؛ حسین یوسفی3؛ حسین کرمانیان4 | ||
1کارشناس ارشد، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری | ||
2عضو هیات علمی | ||
3عضو هیئت علمی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان | ||
4عضو هیئت علمی، دانشگاه شهید بهشتی | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: استفاده از سلولز و محصولات سلولزی در تولید ترکیبات زیستی در مقیاس نانو به علت مقاومت زیاد، وزن کم و زیست تخریب پذیری مورد مطالعه فراوانی قرار گرفته است. نانوساختارها از طریق روشهای بالا به پایین یا پایین به بالا بدست میآیند. در این مطالعه، روش بالا به پایین انحلال جزئی، به عنوان یک روش ساده و سریع، جهت تولید نانوسلولز مورد استفاده قرار گرفت. با کنترل شرایط انحلال نظیر زمان و حلال، ارتباط و اتصال جانبی نانوفیبریلهای مجاور را که از طریق پیوندهای هیدروژنی تأمین میشود، قطع و به طور جزئی زنجیرهای بیرونی نانوفیبریل را حل مینماید. با توقف واکنش انحلال جزئی و خروج حلال نانوفیبریلهایی که به طور جزئی انحلال پیدا کردند به همدیگر جوش خورده و فیلمی تشکیل میگردد که چون کاملا از نانوفیبریلهای سلولزی و سلولز آمورف تشکیل شده است به آن نانوکاغذ اطلاق میگردد تحقیق حاضر به بررسی ویژگیهای این محصول نانوکاغذی کاملا زیست سازگار حاصل از الیاف لینتر پنبه با روش انحلال جزیی میپردازد. مواد و روشها: خالصسازی الیاف لینتر پنبه طی سه مرحلهی پنوماتیکی، شستشو با آب داغ و پخت شیمیایی با هیدروکسید سدیم انجام شد. از خمیر کاغذ حاصل مطابق با استاندارد TAPPIکاغذهای دست ساز ساخته شد. انحلال جزئی کاغذهای محتوی آلفا سلولز زیاد، در حلال دی متیل استامیدی/ 9درصد لیتیم کلرید (DMAc/LiCL) انجام شد و از ژل حاصل با پرس و خشک کردن، فیلم سلولزی شفاف بدست آمد. به منظور ارزیابی خواص ریخت شناسی، ساختار بلورین، خواص مکانیکی و حرارتی به ترتیب از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان، پراش پرتو ایکس، آزمونگر خواص مکانیکی و تحلیلگر وزن سنجی گرمایی استفاده شد. یافتهها: قطر نانوفیبریلهای حل نشده با مطالعات میکروسکوپ الکترونی در حدود 60-66 نانومتر اندازهگیری شد. ریزنگارهای الکترونی، یکنواختی بافت نانوکاغذ را نسبت به کاغذ معمولی نشان داد. شفافیت بصری (پشت نمایی) نانو کاغذ به علت آزادسازی نانو ساختارهای سلولزی، یکپارچه شدن بافت، افزایش دانسیته و کاهش ناهمواری سطح و افزایش سطوح عبور نور قابل ملاحظه بود. نتایج خواص مکانیکی نشان داد که نانو کاغذ تنش کششی زیادتری را نسبت به کاغذ معمولی داشت. تنش کششی برای کاغذ و نانوکاغذ بترتیب 8.02و 27.28 (MPa) و مدول الاستیسیته کششی0.483 و 0.649(GPa) بدست آمد. الگوی پراش پرتو ایکس کاغذ معمولی، با سلولز نوع اول (I) مطابقت داشت. در اثر انحلال جزئی زنجیرهای بیرونی سلولزی نانوفیبریلها در محیط حلال به طور نسبی آزاد شده و در اثر خروج حلال مجدد بازآرایی زنجیرها اتفاق افتاد. در بازآرایی مجدد بخشهایی به صورت بلورهای سلولز نوع دوم درآمده و نیز مقدار سلولز آمورف نیز افزایش مییابد. لذا در فرآیند انحلال جزئی و جامدشدن مجدد، نوع سلولز تغییر میکند. با بررسی اطلاعات پراش پرتو ایکس، پیک مرتبط با سلولز نوع دوم (II) و افزایش فاز آمورف در نانوکاغذ مشاهده شد، درجه بلورینگی کاغذ و نانوکاغذ به ترتیب از 84.9 به 54.89 درصد محاسبه شد. اندازه نانو بلورهای سلولزی در کاغذ 6.44 نانومتر و در نانوکاغذ 2.55 نانومتر بدست آمد. نتایج بررسی پایداری حرارتی نشان داد که نانوکاغذ پایداری حرارتی کمتری نسبت به کاغذ معمولی داشت. نتیجهگیری: در ساختار نانوکاغذ، سلولز نوع βI حل نشده (نانو فیبریلهای حل نشده) فاز تقویتکننده و سلولز نوع دوم (II) و نواحی بیشکل فاز زمینه را تشکیل میدهد. انحلال جزئی، بخشی از بلورها را تخریب میکند و با خروج حلال و سختشدن مجدد، بخشی از زنجیرهای ناحیه بیشکل بازآرایی پیدا میکنند و به بلورهای سلولز II تبدیل میشوند در نهایت با ایجاد نانو ساختار یکنواخت، محصول مقاوم و با قابلیت پشتنمایی حاصل میشود. کاهش بلورینگی سلولز بر اثر انحلال منجر به افت پایداری حرارتی نانوکاغذ نسبت به کاغذ معمولی میشود. | ||
کلیدواژهها | ||
زیستسازگار؛ انحلال جزئی؛ شفافیت چشمی؛ لینتر پنبه؛ نانوکاغذ | ||
مراجع | ||
1.Azubuike, C.P., Odulaja, J.O., and Okhamafe, A.O. 2012. Physicotechnical, spectroscopic and thermogravimetric properties of powdered cellulose and microcrystalline cellulose derived from groundnut shells. Journal of Excipients and Food Chemicals, 3(3): 106-115. 2.Duchemin, B., Newman, R., and Staiger, M.P. 2007. Phase characterisation of all-cellulose composites. The 16th Internationnal Microscopy Conference on composite materials (ICCM), Jul 8-13, Kyoto, Japan. 6p. 3.Foner, H.A., and Adan, N. 1983. The characterization of papers by X-Ray diffraction (XRD): measurement of cellulose crystallinity and determination of mineral composition. Journal of the Forensic Science Society, 23(4): 313–321. 4.Gindl, W., and Keckes, J. 2005. All-cellulose nanocomposite. Polymer, 46(23): 10221–10225. 5.Gontard, N., Duchez, C., Cuq, B., and Guilbert, S. 1994. Edible composite films of wheat gluten and lipids: water vapour permeability and other physical properties. Journal of Food Science and Technology, 29(1): 39-50. 6.Gumuskaya, E., Usta, M., and kirci, H. 2003. The effects of various pulping conditions on crystalline structure of cellulose in cotton linters. Polymer Degradation and Stability, 81(3): 559-564. 7.Innerlohinger, J., Weber, H.K., and Kraft, G. 2006. Aerocellulose: aerogels and aerogel-like materials made from cellulose. Macromolecular Symposia, 244(1): 126-135. 8.Klemm, D., Kramer, F., Moritz, S., Lindström, T., Ankerfors, M., Gray, D., and Dorri, A. 2011. Nanocelluloses: A new family of nature-based materials. Angewandte Chemie International Edition, 50(24): 5438– 5466. 9.Krassig H.A. 1993. Cellulose: structure, accessibility, and reactivity. Gordon and Breach Science, Switzerland, 240p. 10.Lin, Y.C., Cho, J., Tompsett, G.A., Westmoreland, P.R., and Huber, G.W. 2009. Kinetics and mechanism of cellulose pyrolysis. The Journal of Physical Chemistry C, 113(46): 20097-20107. 11.Nishino, T., Matsuda, I., and Hirao K. 2004. All-cellulose composite. Macromolecules, 37(20): 7683-7687. 12.Saafan, A.A., and Habib, A.M. 1987. Influence of changes in fine structure on thermal properties of cotton fiber. Journal of thermal analysis. Calorimetry, 32(5): 1345–1354. 13.Shakeri, A., and P.Staiger, M. 2010. Phase transformations in regenerated microcrystalline cellulose following dissolution by an ionic liquid. Bioresources, 5(2): 979-989. 14.Siro, I., and Plackett, D. 2010. Microfibrillated cellulose and new nanocomposite materials: a review. Cellulose, 17(3): 459–494. 15.Troedec, M., Sedan, D., Peyratout, C., Bonnet, J., Smith, A., Guinebretiere, R., Gloaguen, V., and Krausz, P. 2008. Influence of various chemical treatments on the composition and structure of hemp fibers. Composite. Part A. 39(3): 514-522. 16.Wang, B., Sain, M., and Oksman, K. 2007. Study of structural morphology of hemp fiber from the micro to the nanoscale, Applied Composite Materials. 14(2): 89-103. 17.Yousefi, H., Nishino, T., Faezipour, M., Ebrahimi, G., Shakeri, A., and morimune, S. 2010. All-cellulose nanocomposite made from nanofibrillated cellulose. Advanced Composites letters. 19(6): 190-195. 18.Yousefi, H., Faezipour, M., Nishino, T., Shakeri, A., and Ebrahimi, G. 2011a. All-cellulose composite and nanocomposite made from partially dissolved micro- and nanofibers of canola straw. Polymer Journal, 43(1): 559-564. 19.Yousefi, H., Nishino, T., Faezipour, M., Ebrahimi, G., and Shakeri, A. 2011b. Direct fabrication of all-cellulose nanocomposite from cellulose microfibers using ionic liquidbased nanowelding. Biomacromolecules, 12(11): 4080−4085. 20.Zohuriaan-mehr, M.J. 2007. Celloluse and its derivatives. Iran polymer society Press, Tehran, 60p. (In Persian) | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,098 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,514 |