استخراج و جداسازی نانوالیاف سلولزی ساقه گندم و تهیه نانوکامپوزیت پلی اتیلن سبک - نشاسته گرمانرم

در این پژوهش ساقه گندم به دلیل فراوانی در ایران به عنوان منبع تولید نانوالیاف سلولز انتخاب و نانوالیاف سلولز به روشی شیمیایی- مکانیکی از ساقه گندم استخراج شد. عمل آوری شیمیایی منجر به حذف مواد غیرسلولزی مانند همی سلولز، لیگنین و پکتین می شود و عمل آوری مکانیکی الیاف را از ابعاد میکرومتر به ابعاد نانومتر تبدیل می کند. ابتدا ساقه های گندم به مدت 2 ساعت به منظور تورم دیواره های سلولی و موم زدایی در محلول 5/17% هیدروکسید سدیم (در دمای محیط) خیسانده شد. در ادامه شرایط هیدرولیز اسیدی شامل غلظت اسید و زمان هیدرولیز با استفاده از نرم افزار طراحی آزمایش و به منظور دستیابی به بالاترین درجه بلورینگی بهینه سازی شد. سپس هیدرولیز اسیدی با اسید هیدروکلریک ، عمل آوری قلیایی توسط محلول رقیق هیدروکسید سدیم و رنگ زدایی توسط سدیم کلرایت به ترتیب برای حذف همی سلولز و پکتین، لیگنین قابل حل و لیگنین غیرقابل حل انجام شد. سپس میکروالیاف به دست آمده پس از عمل آوری شیمیایی به وسیله اولتراسونیکw 400 از هم جدا شده و به نانوالیاف تبدیل شدند. آنالیز ترکیب شیمیایی الیاف در مراحل مختلف به وسیله استاندارد nrel انجام و مشخص شد که میزان سلولز از 8/49% به 5/85% افزایش یافته که نشان دهنده حذف مواد غیرسلولز با عمل آوری شیمیایی است. تصویر sem نانوالیاف نشان داد که نانوالیاف به دست آمده متوسط قطر 45 نانومتر و نسبت طول به قطری در محدوده 54-23 دارند. آنالیز حرارتی الیاف خام و نانوالیاف نهایی به وسیله tga انجام شد و نشان داد که دمای تخریب نانوالیاف نسبت به الیاف خام ?c 35 افزایش داشته و به بالاتر از ?c 300 رسیده است. این مشخصه نانوالیاف سلولز حاصل را برای مصرف در نانوکامپوزیت های پلیمری که در دمای بالا تولید می شوند، مناسب ساخته است. سپس نانوکامپوزیت شامل پلی اتیلن سبک و نشاسته گرمانرم به عنوان ماتریس، پلی اتیلن سبک گرافت شده با مالئیک انیدرید به عنوان سازگار کننده و مقادیر مختلف نانوالیاف سلولز (14%-6 ) به عنوان پر کننده آماده شد. خواص جریان پذیری با اندازه-گیری شاخص جریان مذاب و ویسکوزیته بررسی شد. این نتایج 40% کاهش در شاخص جریان مذاب برای نمونه حاوی 14% نانوالیاف و افزایش ویسکوزیته در نرخ برشی s-1 1 تا 380/0 مگاپاسکال.ثانیه برای نمونه حاوی 14% نانوالیاف دیده شد. تعیین مدول یانگ از شیب نمودار تنش-کرنش افزایش مدول از 231 مگاپاسکال تا 438 مگاپاسکال را با افزایش درصد نانوالیاف نشان داد. همچنین افزایش توانایی جذب آب و ضریب نفوذ موثر نانوکامپوزیت در پی افزایش نانوالیاف با انجام آزمون جذب آب دیده شد که نشان دهنده افزایش تخریب-پذیری نانوکامپوزیت در زیر خاک است. افزایش تخریب پذیری در زیر خاک با افزایش درصد نانوالیاف سلولز نیز با انجام آزمون تخریب-پذیری مشخص شد که تایید کننده نتایج آزمون جذب آب است.