
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 623 |
تعداد مقالات | 6,502 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,650,917 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,256,785 |
فوم نانوبیوکامپوزیت نشاسته ترموپلاستیک/نانوالیاف سلولز: بررسی خصوصیات مکانیکی و گرمایی | ||
پژوهشهای علوم و فناوری چوب و جنگل | ||
مقاله 5، دوره 25، شماره 1، خرداد 1397، صفحه 61-74 اصل مقاله (1.65 M) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwfst.2018.4093 | ||
نویسندگان | ||
تقی طبرسا1؛ عباس قنبری* 2؛ علیرضا شاکری3؛ علیرضا عشوری4؛ مهدی مشکور5 | ||
1سردبیر | ||
2دانشجوی دکتری، گروه تکنولوژی و مهندسی چوب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان | ||
3دانشگاه تهران | ||
4رئیس مرکز رشد واحدهای فناور سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران | ||
5دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان | ||
چکیده | ||
چکیده سابقه و هدف : در سالهای اخیر حجم تولید فومهای پلی استایرن بسیار زیاد شده است.بیشتر این فومها در صنایع غذایی و بستهبندی استفاده میشوند. افزایش نگرانیهای زیستمحیطی نیاز به توسعه مواد زیست تخریب پذیر را ایجاد کرده است. نشاسته زیست پلیمری قابل دسترس، قابل تجدید، ارزان و زیستتخریب پذیر و قابل ترموپلاست شدن است. این عوامل دلایل علاقهمندی زیاد به استفاده از نشاسته به عنوان جایگزین پلیمرهای سنتزی (مثل پلی استایرن) میباشد. اما فوم نشاسته دارای خصوصیات گرمایی و مکانیکی ضعیفی است. یکی از راههای مهم بهبود خواص فوم نشاسته استفاده از نانوالیاف سلولز بهعنوان تقویتکننده در ساختار فوم است. چالش اصلی برسر راه فوم کردن نشاسته تقویت شده با نانوالیاف سلولز، وجود آب فراوان در ژل NFC (nanofibrillated cellulose)است. این میزان آب سبب ایجاد حفرات درشت در هنگام تشکیل فوم میشود که خصوصیات فوم را به شدت تحت تاثیر قرار میدهد. در این مطالعه نانوالیاف سلولز در اکسترودر با نشاسته ترموپلاستیک( TPS ، Thermoplastic starch) مخلوط میشود تا پخش مناسبی از NFC در ماده زمینه پلیمری بهدست آید. سپس فوم TPS/NFC تشکیلشده و اثر NFC بر خواص گرمایی و مکانیکی فوم حاصل بررسی میگردد. مواد وروشها :. بهمنظور ساخت نانوبیوکامپوزیت نشاسته ترموپلاستیک/ نانو الیاف سلولز گرانول نشاسته ذرت به صورت پودر، گلیسرول و ژل NFC و آزودی کربنامید تهیهشد. گلیسرول به میزان 30 درصد وزنی به عنوان ماده نرمکننده برای تولید TPS استفاده شد. نانو الیاف سلولز به میزان 5/0 ، 1 و 5/1 درصد وزنی برای تقویت نشاسته استفاده شد. پودر آزودی کربنامید به عنوان عامل فومزا به میزان 2/0 درصد وزنی مورد استفاده قرار گرفت. مواد مورد نیاز برای هر تیمار در یک اکسترودر دو ماردونه همسو گرد مخلوط شدند وگرانولهایNFC TPS/ دارای ماده فومزا تهیه شدند. در مرحله بعد گرانولهای به دست آمده از اکسترودر به پرس گرم با دمایی بالاتر از دمای عملکرد ماده فومزا منتقل شدند و فوم نانوبیوکامپوزیت TPS/NFC ساخته شد. بهمنظور بررسی ساختار مورفولوژیکی نمونهها عکسهای FE-SEM تهیه شد. آزمونهای گرما وزنسنجی(TGA), کالری متری پویش تفاضلی(DSC) و آنالیز دینامیکی – مکانیکی – گرمایی(DMTA) برای بررسی خصوصیات گرمایی و مکانیکی نمونهها انجام شد. یافته ها : عکسهای FE-SEM نشان داد فوم نانوبیوکامپوزیت TPS/NFC حفرات بیشتر و کوچکتری در مقایسه با فوم TPS دارد و این موضوع به علت اثر هستهزایی NFC است. نتایج TGA نشان داد با افزایش NFC ثبات گرمایی نانوبیوکامپوزیتهای فوم TPS/NFC بیشتر شد نتایج DSC نشان داد با افزایش NFC دمای انتقال شیشهای نمونهها افزایش یافت. نتایج DMTA نشان داد مدول ذخیره نمونهها بعد از اضافه کردن NFC افزایش یافت. دلیل این امر ایجاد فوم میکروسلولی و نیز تقویت دیواره سلولی فوم توسط نانوالیاف سلولز میباشد. همچنین نتایج نشان داد مدول اتلاف و فاکتور اتلاف با افزایش NFC افزایش یافت. نتیجه گیری: نتایج تحقیق نشان دادNFC خواص گرمایی و مکانیکی فوم TPS/NFC را بهبود داد. اضافه کردن NFC به TPS سبب میشود در هنگام فوم شدن سلولهای کوچکتر و همگنتری تولید شود. | ||
کلیدواژهها | ||
"نانوبیوکامپوزیت"؛ "فوم"؛ "نشاسته ترموپلاستیک"؛ "نانو الیاف سلولز"؛ "خواص مکانیکی و گرمایی" | ||
مراجع | ||
1-Benezet, J.C., Davidovic, A.S., Bergeret, A., Ferry, L., and Crespy, A. 2012. Mechanical and physical properties of expanded starch, reinforced by natural fibers. J. of Industrial crops and products. 37: 435-440. 2-Bhatnagar, S., Hanna, M. 1995. Properties of extruded starch-based plastic foam. J. of industrial crops and products. 4: 71-77. 3-Chen, M., Chen, B., and Evans, J. 2005. Novel thermoplastic starch-clay nanocomposite foams. J. of Nanotechnology. 16: 2334-2337. 4-Dlouha, J., Suryanegara, I., and Yano, H. 2014. Cellulose nanofiber-poly (lactic acid) microcellular foams exhibiting high tensile toughness. J. of Reactive and Functional Polymers. 85: 201-207. 5-Ghanbarzadeh, B., Almasi, H., and Zahedi, Y. 2009. Biodegradable edible biopolymers. Amir Kabir University of Technology tehran polytechnic press. Chapter 5. 6-Ghanbarzadeh, B., Almasi, H., and Entezami, Ali. 2010. Physical properties of edible modified starch /carboxymethyl cellulose films. J. of Innovative food Science and Emerging Technologies. 11: 697-702. 7-Guan, J., and Hanna, M. 2006. Selected morphological and functional properties of extruded acetylated strch-cellulose foams. J. of Bioresource Technology. 97: 1716-1726. 8-Hu, F., Lin, N., Chang, P., and Huang, J. 2015. Reinforcement and nucleation of acetylated cellulose nanocrystals in foamed polyester composites. J. of Carbohydrate Polymers. 129: 208-215. 9-Kaushik, A., Singh, M., and Verma, G. 2010. Green nanocomposites based on thermoplastic starch and steam exploded cellulose nanofibrils from wheat straw. J. of carbohydrate polymers. 82: 337-345. 10-Liu, D., Dong, Y., Bhattacharyy, D., and Sui, G. 2017. Novel sandwiched structures in starch/ cellulose nanowhiskers (CNWs) composite films. J. of Composites Communications. 4: 5-9. 11-Lomeli-Ramirez, G.M.S., Kestur, G., Maniquez-Gonzalez, R., Iwakiri, S., Bolzonde Muniz, G., and Sydenstricker Flores-sahagun, T. 2014. Bio-composites of cassava starch-green coconut fiber: polymers. 102: 576-583. 12-Lopez, O., Zaritzky, N., Grossmann, M., and Garcia, M. 2013. Acetilated and native corn starh blend films produced by blown extrusion. J of Food Engineering. 116: 286-297. 13-Lopez-Gil, A., Silva- Bellucci, F., Velasco, D., Ardanuy, M., and Rodriguez-perez, M.A. 2015. Cellular structure and mechanical properties of starch- based foamed blocks reinforced with natural fibers and produced by microwave heating. J. of industrial crops and products. 66: 194-205. 14-Martins, I.M., Magina, S.P., Oliveira, L., Freire, L., Silvestre, A.J.D., Pascoalneto, C., and Gandini, A. 2009. New biocomposites based on thermoplastic starch and bacterial cellulose. J of composites sciences and technology. 69: 2163-2168. 15-Matuana, L., and Diaz, C. 2010. Study of cell nucleation in microcellular Poly (lactic acid) foamed with supercritical CO2 through a continuous-extrusion process. J. of Ind. Eng. Chem. Res., 49: 2186-2193. 16-Mi, H.Y., Jing, X., Peny, J., Salick, M.R., Peny, X.F., and Turng, L, Sh.M. 2014. Poly (ɛcaprolactone) (PCL)/ cellulose nano-crystal (CVC) nanocomposites and foams. J. of Cellulose. 21, 4, 2727-2741. 17-Mihai, M., Huneault, M., Favis, B., and Li, H. 2007. Extrusion foaming of semi-crystalline PLA and PLA-Thermoplastic starch blends. J. of Macromolecular Bioscience. 7: 907-920. 18-Motahari, S., and Rezaeian, A. 2007. Physical and Mechanical Prorertice of Polymers. Tehran University. 158p. 19-Nabar, Y., and Narayan, R. 2006. Twin- Screw extrusion production and Characterization of starch foam products for use in cushioning and insulation applications. J. of Polymer Engineering and Science, Doi 10. 1002/pen.2.292. 20-Sabetzadeh, M., Bagheri, R., Masoomi, M., and Ranjbar, M. 2013. Preparation and investigation of properties of thermoplastic starch-low density polyethylen; Part 2: Water Absorption behavior. J. of Chemistry and Chemistry engineering. 32: 3,25-30. 21-Svagan, J.A.S., Hedengvist, M., and Berglund, L. 2008. Reduced water vapor sorption in cellulose nanocomposites with starch matrix. J. of Composites Science and Technology. 69: 500-506. 22-Svagam, J.A., Jensen, P., Dvinskikh, S., Furo, I., and A. Berglund, L. 2010. Towards tailored hierarchical structures in cellulose nanocomposites biofoams prepared by freezing/freezedryind. J. of Materials Chemistry. 20: 6646-6654. 23-Taghizadeh, A., and Favis, B. 2013. Effect of high molecular weight plasticizer on the gelatinization of starch under static and shear conditions. J. of Carbohydrate Polymers. 92: 1799-1808. 24-Teixeira, E.M., Pasquini, D., Curvelo, A., Corradini, E., Belgacem, M.N., and Dufresne, A. 2009. Cassava bagasse cellulose nanofibrils reinforced thermoplastic cassava starch. J. of carbohydrate polymers. 78: 422-431. 25-Wang, L., Zhou, H., Wang, X., and Mi, J. 2016. Evaluation of nanoparticle effect on bubble nucleation in polymer foaming. J. of Physical Chemistry. 120: 26841-26851. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 857 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,130 |