تهیه و مشخصه یابی بیو فوم های کامپوزیتی بر پایه نشاسته تقویت شده با نانو الیاف سلولزی استخراج شده از ساقه گندم
چکیده
به دلیل مسائل زیست محیطی نشاسته می تواند یک جایگزین مناسب برای تهیه فیلم و فوم باشد. نشاسته از منابع تجدید پذیر به دست می آید، ارزان قیمت است و به فراوانی یافت می شود. متاسفانه نشاسته دارای معایبی می باشد. بسیار آبدوست است، بدون نرم کننده رفتار ترد و شکننده دارد و خواص مکانیکی آن بسیار حساس به مقدار رطوبت است. راهکارهایی برای حل این معایب ارائه شده که از آن جمله می توان به آلیاژنشاسته با پلیمر های زیست تخریب پذیر مناسب و یا افزودن نانو الیاف به نشاسته اشاره کرد. مساحت سطح ویژه و نسبت طول به قطر زیاد همراه با استحکام و انعطاف پذیری بالا جزء خواص نانو الیاف های سلولزی هستند. در این پژوهش ابتدا نانو الیاف سلولزی از ساقه گندم استخراج شد و به عنوان ماده تقویت کننده در تولید فوم نشاسته به کار برده شد. از ترکیب روش شیمیایی و مکانیکی برای استخراج نانو الیاف سلولزی استفاده شده است. مرحله شیمیایی به منظور حذف لیگنین و همی سلولز به کار برده شد. فرایند مکانیکی بکار رفته برای جداسازی فیبریل ها به کمک دستگاه گریندر انجام شد. در طی این فرایند جداسازی الیاف سلولزی به وسیله عبور محلول سلولز از میان دو سنگ آسیاب ثابت و متحرک انجام می شود. دور دستگاه تقریبا rpm 1500 و تنش برشی به محور طولی الیاف وارد می گردید. از روش خشک کردن انجمادی برای تهیه فوم استفاده شده است. ابتدا مخلوطی از نشاسته در آب تهیه و درصدهای مختلفی از نانو الیاف (0،10،20،30) به همراه 3% گلیسرول به عنوان نرم کننده به مخلوط اضافه شد. به منظور تهیه ژل نشاسته مخلوط در دمای ?c 90 به مدت 30 دقیقه توسط همزن مکانیکی هم زده شد. به منظور تکمیل فرایند ژلاسیون مخلوط درون پتری دیش ریخته شده و به مدت 24 ساعت در دمای ?c 4 قرار گرفت. این ژل در دمای ?c 80– منجمد شده و به مدت 48 ساعت درون خشک کن انجمادی قرار گرفت. به منظور تعیین ترکیب درصد شیمیایی اجزا الیاف (سلولز، همی سلولز و لیگنین) از آزمون nrel/tp - 510-42618 استفاده شده است. نتایج این آزمون نشان داد که میزان سلولز پس از عمل آوری شیمیایی از 40% به 90% افزایش داشته است. تغییرات مورفولوژی الیاف در طی مراحل شیمیایی انجام شده بر روی آن توسط میکروسکوپ نوری نشان از کاهش قطر الیاف بود. توزیع قطر الیاف ازتصاویر sem و tem در حدود nm 90-70 بدست آمد. پیک های مشاهده شده در طیف سنجی ftir کاهش میزان لیگنین و همی سلولز را تایید کرد. افزودن نانو الیاف منجر به تکمیل دیواره سلولی و کاهش قطر سلول ها و یکنواختی در اندازه سلول ها شد. افزودن نانو الیاف تا 20% وزنی سبب افزایش مدول و استحکام فشاری کامپوزیت های فومی شد. جذب آب و ضریب نفوذ فوم ها با افزایش نانو الیاف سلولزی کاهش یافت.