امروز سه شنبه ۲۹ اسفند ۱۴۰۲
دسته بندی سایت
محبوب ترین ها
پرفروش ترین ها
برچسب های مهم
آمار بازدید سایت
پیوند ها
بررسی خواص فیزیکی، مکانیکی و ریخت شناسی فیلم حاصل از نانوفیبر سلولز / پلی وینیل الکلفهرست 1-1-1-پلیمرهای زیست تخریب پذیر با خاستگاه طبیعی. 18 1-1-3-استفاده از مواد لیگنوسلولزی در علوم و فناوری نانو. 22 1-4-2- نانوذراتسلولزوخواصآنها. 27 مروري بر مطالعات انجام شده. 32 3-1-مواد شیمیایی مورد استفاده. 38 شکل 5-3- دستگاه اولتراسونیک. 42 3-3-1- اندازه گيريضخامتفيلم. 43 3-3-2- اندازهگيريخواصمكانيكي. 43 3-3-3- ميكروسكوپالكترونيروبشي گسیل میدان FE-SEM.. 44 4-4- ویژگیهای مکانیکی فیلم. 50 4-5-1- فاکتور L* (0:روشنی؛ 100: تیرگی). 55 4-5-2- فاکتور a* (-:سبزی؛ +: قرمزی). 56 4-5-3- فاکتور b* (- :آبی؛ + : زردی). 57 4-5-4- فاکتور ΔL )اختلاف رنگ کلی). 58 4-5-5- فاکتور YI*)فاکتور زردی). 59 4-5-5- فاکتور WI*)فاکتور سفیدی). 60 فهرست جداول جدول 3-1- برگه اطلاعات پلی وینیل الکل. 33 جدول 1-4- میانگین ضخامت نمونه ها. 43 جدول 2-4 تجزیه واریانس مقدار نانوسلولز بر زاویه تماس فیلمهای ساخته شده درثانیه 0. 44 جدول 3-4 تجزیه واریانس مقدار نانوسلولز بر زاویه تماس فیلمهای ساخته شده درثانیه 5. 44 جدول 4-4 تجزیه واریانس مقدار نانوسلولز بر زاویه تماس فیلمهای ساخته شده درثانیه 10. 44 جدول 4-5 میانگین خواص کششی انواع فیلم پلیوینیل الکل ساخته شده 46 جدول 4-6 تجزیه واریانس مقدار نانوسلولز بر استحکام شکست فیلمهای ساخته شده. 47 جدول 4-7 تجزیه واریانس مقدارنانوسلولز بر ازدیاد طول فیلمهای ساخته شده. 48 جدول 4-8 تجزیه واریانس مقدار نانوسلولز بر مدول یانگ فیلمهای ساخته شده. 49 جدول 4-9 فاکتورهای رنگ فیلمهای پلی وینیل الکل تولیدی. 50 جدول 4-10 تجزیه واریانس مقدار نانوسلولز بر فاکتور روشنی، تیرگی (L*). 51 جدول 4-11 تجزیه واریانس مقدار نانو سلولز سبزی،قرمزی (a*). 52 جدول 4-12 تجزیه واریانس مقدار نانو سلولز بر فاکتور آبی، زردی (b*). 54 جدول 4-13 تجزیه واریانس مقدار نانوسلولز بر فاکتور اختلاف رنگ کلی(ΔL). 55 جدول 4-14 تجزیه واریانس مقدار نانوسلولز بر فاکتور زردی (YI*) 56 جدول 4-15 تجزیه واریانس مقدار نانوسلولز بر فاکتور سفیدی (WI*) 57 فهرست اشکال شکل1-1-نمودار مصرف پليمرهاي پتروشيميايي از سال 1950 تا 2010. 17 شکل1-2 فرايند هاي پراکنش نانو سلولز در ماتريس پليمري به روش قالب ريزي محلول. 21 شکل 1-3- ساختارملكوليزنجيرهسلولز. 26 شکل 1-4- اجزا و ابعاد تقريبي ريزساختار الياف سلولزي ساقه گياهي 27 شکل 1-5- ميكروفيبريل هاي سلولزي احاطه شده در قالب ليگنين و همي سلولز. 27 شکل 3-1-دستگاه سوپرآسیابMKCA6-2ساخت ژاپن. 41 شکل 3-3- نانوسلولز تشکیل شده بعد از آبگیری به وسیله فیلترغشا 43 شکل 3-4-اثر فزآیند سوپرآسیاب بر کاهش ابعاد و توزیع و متوسط قطری فیبرهای سلولزی. 43 شکل 3-5- دستگاه اولتراسونیک. 45 شکل 3-6- دستگاه تست مکانیکی مدلTVT-300XPساخته شده در کشور سوئد 48 شکل 3-7- ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسیل میدان ساخت کشورچک. 48 شکل 4-1 تاثیرمقدارنانوسلولزبرزاویه تماس فیلمهای ساخته شده در زمانهای مختلف. 51 شکل 4-2زاویه تماس فیلمهای ساخته شده در زمانهای مختلف. 51 شکل 4-3 تاثیر مقدار نانوسلولز براستحکام کششی فیلمهای ساخته شده 55 شکل 4-4 تاثیر مقدار نانوسلولز برکشامدشکست فیلمهای ساخته شده 56 شکل 4-5 تاثیر مقدارنانوسلولز بر مدول یانگ فیلمهای ساخته شده 57 شکل 4-6 تاثیر مقدار نانوسلولز بر فاکتور L*فیلمهای ساخته شده 59 شکل 4-7 تاثیر مقدار نانوسلولز بر شاخصa*فیلمهای ساخته شده. 60 شکل 4-8 تاثیر مقدار نانو سلولز بر شاخصb*فیلمهای ساخته شده. 62 شکل 4-9 تاثیر مقدار نانوسلولز بر فاکتور ΔLفیلمهای ساخته شده 63 شکل 4-10 تاثیر مقدار نانو سلولز بر فاکتور YI*فیلمهای ساخته شده 63 شکل 4-11 تاثیر مقدار نانو سلولز بر فاکتور WI*فیلمهای ساخته شده 65 شکل 4-12 تصاویر میکروسکوپ الکترونی گسیل میدان ،نانو فیبرسلولز 67 چکیده : دراینپژوهش،خواص فیزیکیومکانیکینانوکامپوزیتهايحاصلازنانوفیبرسلولز وپلیمرپلیوینیلالکلموردبررسیقرارگرفت. نانوکامپوزیتهاازاختلاطپلیمرپلیوینیلالکلبه عنوانماتریستجزیه شوندهوسوسپانسیوننانوفیبرسلولزبهعنوانفازتقویتکنندهطبیعیتجزیه شوندهتهیه شدند. نانوفیبرهایسلولزباروش سوپر آسیاب از مخلوط سوزنی برگان تهیه گردید. فیبرهای سلولزی با استفاده از میکرسکوپ نیروی اتمی AFM مورد ارزیابی قرار گرفتند و قطر آنها 10±32 نانومتر اندازهگیری شد. پلیمرهايپلیوینیلالکلبهمنظورتهیهمحلولپلیمردرآب مقطرحل گردیدند. نانوکامپوزیتهاپس ازاختلاطمحلول پلیمرباسوسپانسیونحاوينانوفیبرسلولز،باروشقالبگیريمحلولتهیهشدند. خواص مکانیکی در رطوبت 55% اندازه گیری شد و افزایش معنی داری با افزایش درصد نانو در مقاومت مکانیکی مشاهده گردید. نتایج خواص مکانیکی نشان داد، مدول یانگ و استحکام کششی را به ترتیب 97 و 80 درصد افزایش داده است. بررسی ریخت شناسی فیلمهای ساخته شده، به وسیله میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانیFE-SEM نشان داد سازگاری و سطح مشترک مناسب بین پلیمر و نانوفیبرهای سلولزی حاصل شده است. همچنین پراکنش مناسب نانوساختارهای سلولزی درپلیمر وجود داشت.در بررسی خواص زاویه تماس فیلمهای ساخته شده افزایش چشمگیری مشاهده نشد و بر اساس گروه بندی دانکن تفاوت معنی داری رویت نشد.
واژه هاي کلیدي: نانوکامپوزیت،نانوفیبرسلولز،پلیونیلالکل ،خواص مکانیکی فصل اول
1-مقدمهآلودگی محیط زیست و راههای مقابله با آن یکی از مسائلی است که توجه بسیاری از محققان را به خود جلب نموده است و گرایش به سمت طبیعت امروزه در اکثر کشورهای پیشرفته و صنعتی به چشم میخورد. اگر چه طبیعت توانایی خودپالایی آب و هوا را دارد ولی با افزایش جمعیت، بالا رفتن سطح زندگی و رشد صنایع، سرعت آلوده سازی اغلب بیشتر از خودپالایی طبیعت میباشد. (نوشیروانی 1389) تا قبل سال 1960 در کشورهای صنعتی توجه زیادی به آلودگی محیط زیست به عمل نمیآمد. در سال 1960 اولین زنگ خطر آلودگی هوا در لسآنجلس آمریکا زده شد. مه دود فتوشیمیایی در این مناطق باعث آبریزش چشم، سوزش گلو و خفگی گردید. از آن زمان به بعد با بررسی تغییرات به وقوع پیوسته در ترکیب اتمسفر و مسائلی همچون؛ نابودی لایه ازن، بارانهای اسید،محلول فتوشیمیایی و اثر گلخانهای تلاشهای فراوانی برای درک بهتر شیمی محیط زیست صورت گرفت و کمکم نیاز مبرم به کنترل آلودگی محیط زیست برای حفظ یک توسعه پایدار در جهان احساس گردید. (الماسی 1388)
پلاستیکهای مورد استفاده یکی از عوامل آلاینده محیطزیست یه شمار میآیند. این ترکیبات به دلیل دارا بودن ماهیت غیر زیست تخریب پذیر در محیط زیست باقی مانده و آلودگیهای زیست محیطی را موجب میشوند. از سال 1970 و با وخیم شدن مشکل دفن زباله در سطح جهان استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر مطرح گردید که اولین موضوع در خصوص کیسههای زباله و مواد یکبار مصرف بود طوری که 30% از پلاستیکهای تولیدی برای مصارف یکبار مصرف میباشد و تنها 2% از آن بازیابی میگردد لذا پلیمرهای زیست تخریب پذیر بعنوان جایگزین مناسب پلاستیکهای رایج مطرح گردید. (نوشیروانی 1389) برای حل این مشکل، پژوهشگران به فکر استفاده از ترکییبات زیست تخریب پذیر افتادهاند. ترکیباتی که به سادگی در محیطزیست تخریب شده و به چرخه کربن وارد شوند. بایوپلیمرها جایگزین مناسبی برای ترکیبات سنتزی به شمار میروند، آنها از منابع تجدید پذیر بدست میآیند و به وفور در طبیعت یافت میشوند.
1-1 پليمرها و انواع آنپليمرها بزرگ مولکولهايي هستند که از تعداد زيادي واحدهاي همسان تکراري به نام مونومر تشکيل شدهاند. پليمرها به طور کلي داراي وزن مولکولي بيشتر از 5000 هستند. از دير باز پليمرها کارايي زيادي در زندگي انسان ها داشتند و امروزبه مهم ترين موضوع تحقيقات تبديل گشتند. پليمرها را ميتوان از نظر منشا توليد آن به دو دسته مصنوعي و طبيعي تقسيم کرد. پليمرهاي مصنوعي به طور عمده از منابع نفتي تهيه ميشوند. توليد و مصرف پليمرهاي نفتي به طور تقريبي از اواسط قرن بيستم شروع شده و به طور فزايندهاي پيشرفت کرده است. در شکل 1-1 روند افزايش مصرف اين نوع پليمرها طي دهههاي مختلف نشان داده شده است(David teegarden، 2004). شکل1-1-نمودار مصرف پليمرهاي پتروشيميايي از سال 1950 تا 2010 (David teegarden، 2004). اين افزايش مصرف پليمرهاي مصنوعي (بر پايه نفت) به دليل محدود بودن منابع نفتي ، تخريب پذير نبودن در محيط زيست و آلودگي آن نگراني هاي زيادي را بوجود آورده و باعث جلب نظر دانشمندان به سمت بررسي پليمرهاي طبيعي ( زيست تخريب پذير) شده است. پليمرهاي طبيعي در طبيعت توسط فعاليت طيف وسيعي از موجودات زنده مثل گياهان ، جانوران و باکتري ها توليد مي شوند. اين مواد به سادگي توسط فعاليت موجودات زنده به ريز واحد هاي سازنده خود تجزيه شده و در محيط زيست باقي نميمانند. توليد و استفاده اين پليمرها در صنعت براي اين منظور و با هدف داشتن صنعتي در خدمت توسعه پايدار و حفظ زيست بوم هاي طبيعي در دستور کار بسياري از کشورهاي پيشرفته قرار گرفته است. چند نوع عمده از پليمر هاي طبيعي را در جدول زير مي توانيد ملاحظه کنيد(David teegarden، 2004). پلیمرهای زیست تخریب پذیر براساس اجزای تشکیل دهنده آن از نظر خاستگاه به دو دسته طبیعی و غیر طبیعی تقسیم میگردد. 1-1-1-پلیمرهای زیست تخریب پذیر با خاستگاه طبیعیپلیمرهای زیست تخریب پذیر با خاستگاه طبیعی به شش گروه تقسیم میشوند؛ پلیساکاریدها، مانند: نشاسته سلولز و پروتئینها، پلیاترهای تولید شده از میکروارگانیسمها یا گیاهان، مانند: پلیهیدروکسیالکانوآتها یا 1-1-2-پلیمرهای زیست تخریب پذیر سنتزی پلیمرهای زیست تخریب پذیر زیادی وجود دارد که از مواد اولیه پتروشیمی تولید میشوند که میتوان از جمله آنها به پلیاسترهای آلیفاتیک زیر را نام برد: پلیگلایکولیکاسید پلیاسترهایآروماتیک یا ترکیب با پلیاسترهایآلیفاتیک پلیوینیلالکلها پلیالفینهای اصلاح شده
1-1-3- پلی وینیل الکلپلی(وینیل الکل) بزرگترينپليمرسنتزيقطبيتوليدشدهدردنياازنظرفراوانياستكهزيست تخريبپذيريدرمحيطزيستمهمترينويژگيآناست. پلی(وینیل الکل) پلیمری نیمه بلوری و محلول در آب با خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه است. با توجه به ناپایداری مونومر وینیل الکل و تبدیل ناخواسته آن به آلدهید، این مونومر قابلیت پلیمر شدن و تبدیل به پلی(وینیل الکل) را ندارد. از این رو، معمولا این پلیمر از واکنش صابونی کردن پلی(وینیل استات) به دست میآید. (Kokabi و همکاران، 2007)،. پلی(وینیل الکل) به دلیل خواص ویژه، نظیر سازگاری با محیط زیست، انحلال پذیری در آب، مقاومت کششی زیاد، مقاومت زیاد در برابر خوردگی در محیطهای قلیایی، نفوذ پذیری کم در برابر گازها و خواص نوری مطلوب در صنایع نساجی، کاغذ سازی، بسته بندی و پزشکی کاربردهای گستردهای دارد (Lyoo و همکاران، 2000). در بسیاری از کاربردهای پلی (وینیل الکل) از جمله در تولید الیاف مصنوعی و همچنین به عنوان پوشش ئر صنایع کاغذسازی، وزن ملکولی آن اهمیت بسیاری دارد. در سایر کاربردها نیز وزن ملکولی به دلیل اثر مستقیم بر خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمر مورد توجه قرار میگیرد. (Navarchian و Mousazadeh، 2010) خصوصیتشیمیاییاینپلیمرها،یعنیواکنش پذیريگروههايهیدروکسیلفراوانآنهابهشدتبهمقدار گروههاياستیلباقیماندهیادرجههیدرولیزآنهابستگیدارد. بهلحاظتئوريگریدهايبهصورتجزییهیدرولیزشدهرامیتوانبه عنوانمخلوطیازپلیمرهايوینیلالکلووینیلاستاتدرنظرگرفت. رابطهبیندرجههیدرولیزوخواصپلیمرمنجر بهتولیدانواع (گریدهاي)مختلفیاز پلی(وینیل الکل) باخصوصیاتمتنوعمیشود.اینتنوعدرخواصامکاناستفادهاز پلی(وینیل الکل) کاربردهايمختلفیراپدیدمیآورد. یکیازمهمترینکاربردهاياینپلیمرها،استفادهازآنهابهعنوانماتریسدرنانوکامپوزیتهايزیست تجزیهپذیرمیباشد. 1-2-نانو کامپوزيتجامد چند فازي است که يک يا چند فاز آن ابعادي در اندازه نانو متر دارد. اين امر موجب به منجر به خواص منحصر به فردي در مقايسه به کامپوزيت هاي مرسوم ميشود. خواص بهبود يافته نانو کامپوزيت ها شامل خواص مکانيکي بهتر ، مقاومت شيميايي بالاتر، کاهش نفوذ گازي، هدايت الکتريکي بالا در ميزان کمتري از پر کننده ها در مقايسه با پر کننده هاي مرسوم و همچنين فرايند پذيري بهتر است. خواص نانوکامپوزيتها به طور قابل ملاحظهاي به پرکنندهها بستگي دارد. امروزه نانو کامپوزيتها کاربردهاي زيادي مانند کاربرد در مواد الکتريکي، صنعت خودرو، هواپيمايي، بسته بندي، حسگرها، محرکها، رهايي دارو و پوششها و رنگريزهها دارند. برخي نانو کامپوزيت ها که تخريب بيولوژيکي نميشوند تهديدي براي طبيعت به شمار ميروند. در سالهاي اخير تحقيقات بر روي نانوکامپوزيتهاي پليمري بيولوژيکي که در محيط تجزيه ميشوند گسترش يافته است، زيرا آنها ما را از سوختهاي فسيلي بينياز ميکنند. در مقابل خواص منحصر به فرد نانوکامپوزيتها ، در ساخت آنها مشکلات فرايندي قابل توجهي وجود دارد که نقش تعيين کنندهاي دارند. مهمترين مشکل فرايندي تهيه نانو کامپوزيتها عدم توزيع يکنواخت ذرات نانو در فاز زمينهاي و کاهش خواص مکانيکي آن است. يکي از مهمترين روشهاي پراکنش ذرات نانو در ماتريس پليمري قالب ريزي محلول با استفاده از تبخير حلال آلي يا آبي که به شرح زير ميباشد( Gilberto Siqueiraو همکاران، 2010). تولیدنانوکامپوزیتهاراهکاردیگریبرایبهبودخواصکاربردیفیلمهایزیستپلیمریاست. نانوکامپوزیتهابهکامپوزیتهایحاویپرکنندههایتقویتکنندهگفتهمیشودکهیکیازذراتپرکنندهآندارایابعادنانومترباشد. براساسشکلهندسینانوپرکننده،نانوکامپوزیتهارامیتوانبهسهگروهزیردستهبندیکرد: 1- کامپوزیتهایتقویتشدهباورقههاییباضخامتدرحدنانومترمانندنانوخاکهایرس 2-کامپوزیتهایتقویتشدهبالولههایارشتهها ( Whiskers) باقطریدرابعادنانومترمانندنانولولههایکربنی،نانوبلورهایسلولز ونانوبلورکیتین. 3- نانوکامپوزیتهایتقویتشدهباذراتکرویدرابعادنانومترکهدراینگروهبهاکسیدهایفلزاتدراندازهنانومتر،سیلیکاوکربنمیتواناشارهکرد. 1-2-1 قالب ريزي محلول با استفاده از تبخير حلال آلي يا آبي اين روش متداولتر است و تشکيل شبکه بين ذرات نانو و پليمر بهتر صورت ميگيرد. بر اساس پليمر و حلال سه فرايند مختلف در اين روش وجود دارد : - استفاده از حلالهاي آبي - استفاده از روش اموليسيون - استفاده از حلالهاي غير آبي
شکل1-2 فرايند هاي پراکنش نانو سلولز در ماتريس پليمري به روش قالب ريزي محلولGilberto)و همکاران، 2010)استفاده از حلالهاي آبي: در اين روش حلال واسطه استفاده ميشود و پليمر زمينهاي و نانو ذرات در آب حل شده و بعد از تبخير آب فيلم بدست آمده نانو کامپوزيت سلولزي است. اين روش دو محدوديت دارد: 1- پليمرهايي که در اين روش استفاده ميشوند محدود به پليمرهاي آب دوست ميشوند. 2- بدليل اينکه پليمر آب دوست است ، خارج کردن آب از آن مشکل است که معمولا اينکار تحت شرايط آون خلا بايد انجام شود (Gilberto و همکاران، 2010). |
برچسب های مهم