ساخت و ارزیابی خواص فیلم نانو چندسازه پلی اتیلن سبک حاوی نانو الیاف سلولزی

چکیده سابقه و هدف: امروزه نانوذرات و نانو الیاف سلولزی (CNF) جایگاه گسترده‌ای در صنایع غذایی بویژه صنعت بسته‌بندی پیدا کرده‌اند. حضور این مواد در ساختار ماده بسته‌بندی می‌تواند نقش مفیدی در بهبود ویژگی‌های مکانیکی، بازدارندگی و حرارتی ماده بسته‌بندی ایفـاء کنـد. نانو الیاف سلولزی به دلیل دسترس‌‌‌پذیری بالا، قیمت مناسب، تجدیدپذیری، سطح ویژه زیاد و ویژگی‌‌های مکانیکی مناسب به عنوان تقویت‌کننده در نانو چندسازه‌ها، مورد توجه زیادی قرار گرفته است. هدف از این مطالعه، ارزیابی برخی خواص مکانیکی، فیزیکی همچنین ریخت‌شناسی نانو چندسازه‌ها تشکیل شده از نانو الیاف سلولزی (CNF) و پلی اتیلن سبکLDPE) ) می‌باشد. در تحقیق حاضر، از انیدرید مالئیک استیرن (SMA) به عنوان جفت‌کننده جهت ازدیاد برهم‌کنش بین اجزاء استفاده شد. مواد و روش‌ها: نمونه‌های نانو چندسازه‌ها با مقادیر مختلف نانو الیاف سلولزی (0، 3، 5 و 10 درصد وزنی)، با روش خشک‌کردن انجمادی ژل نانو الیاف سلولزی و اختلاط مذاب نانو الیاف سلولزی خشک شده با LDPE با استفاده از مخلوط‌کن داخلی و سپس با روش قالب‌گیری فشاری تهیه شدند. نمونه‌ها از طریق آزمون‌های جذب آب، طیف سنجی مادون قرمز (FTIR)، آزمون مکـانیکی (شـامل مدول الاستیسیته، کرنش تا نقطه شکست و استحکام کششی) و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) مورد سنجش قرار گرفتند. همچنین برای تشخیص نحوه پراکنش نانو الیاف سلولزی در ماتریس پلیمری از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده گردید. یافته‌ها: ریزنگاره‌های AFM، اندازه نانو الیاف سلولزی در مقیاس نانو را تایید نمود و میانگین قطر نانو الیاف سلولزی 10±35 نانومتر به‌دست آمد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی تهیه‌شده از سطح شکست فیلم‌ها، تأیید کننده پراکندگی مطلوب و یکنواخت نانو الیاف سلولزی بود. نتایج آزمون‌های مکانیکی حاکی از آن است که وجود نانو الیاف سلولزی در ماتریس پلیمری موجـب افـزایش اسـتحکام کششـی و مدول الاستیسیته نانو چندسازه‌ها نسبت به LDPEخالص می‌شود. در این رابطه نانو چندسازه تهیه‌شده از 10درصد وزنی نانو الیاف سلولزی، دارای بیشترین استحکام کششی و مدول الاستیسیته بودند. همچنین نتایج نشان داد، مقدار کرنش تا نقطه شکست نانوچندسازه‌ها با افزودن نانو الیاف سلولزی به درون ماتریس پلیمری کاهش یافت. بررسی تأثیر نانو الیاف سلولزی بر میزان جذب رطوبت در فیلم‌های مورد بررسی نشان داد، با افزایش مقدار نانو الیاف سلولزی از صفر تا 10 درصد جذب آب از 46/0 به 90/0 درصد افزایش یافت. نتیجه‌گیری: همه نتایج به‌دست آمده در این پژوهش اثر مناسب نانو الیاف سلولزی بر برهم‌کنش قوی با پلی اتیلن را نشان داد که موجب افزایش خواص مکانیکی نانو چندسازه‌ها شد. البته مدول الاستیسیته فیلم‌های نانو چندسازه‌ها، افزایش چشمگیری داشت. همچنین درصد وزنی نانو الیاف سلولزی موثرترین پارامتر روی استحکام کششی و مدول الاستیسیته نمونه‌های نانو چندسازه‌ها می‌باشد. با افزودن نانو الیاف سلولزی درصد جذب آب نانو چندسازه‌ها افزایش یافت.