استخراج و مشخصه یابی نانوالیاف سلولز از ساقه ی برنج و استفاده از آن در تهیه ی نانوکامپوزیت بر پایه ی نشاسته ی ترموپلاستیک

استفاده از الیاف سلولز به جای الیاف معدنی و مصنوعی در تولید کامپوزیت ها روز به روز در حال گسترش است. از رایج ترین منابع گیاهی الیاف سلولز می توان به پنبه، کنف، سیسال و کتان اشاره کرد. در واقع می توان گفت در دیواره ی سلولی تمامی گیاهان یک جزء قابل استخراج (سلولز) با قطر 5 الی 50 نانومتر و طول چند میکرون وجود دارد که از نظر تئوری دارای مدول 130 گیگا پاسکال و استحکام 7 گیگا پاسکال می باشد. از این رو امروزه ارائه ی روش های نوین جهت بدست آوردن نانوالیاف از ساختار گیاهان بسیار مورد توجه است. در این پژوهش بمنظور استخراج نانوالیاف سلولز از ساقه ی برنج از یک روش شیمیایی مکانیکی شامل: متورم سازی، هیدرولیز اسیدی، عمل آوری قلیایی رقیق، سفیدگری و نیروی مافوق صوت استفاده شده است. در مرحله ی خالص سازی شیمیایی تقریباً تمام مواد غیرسلولزی از ساختار الیاف حذف و یک خمیر سلولزی سفید از الیاف با ابعاد میکرو بدست آمد. در ادامه سوسپانسیونی از این میکروالیاف را تحت نیروی مافوق صوت قرار داده تا با شکسته شدن پیوندهای بین مولکولی هیدروژنی مقیاس ابعاد الیاف به نانو کاهش یابد. در طول این عملیات جهت رسیدن به بیشترین بلورینگی الیاف، شرایط هیدرولیز اسیدی توسط یک نرم افزار آماری مدل و بهینه گردید. ابعاد و مورفولوژی الیاف در مراحل مختلف عمل آوری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. همچنین نتایج بدست آمده از آنالیز ترکیب درصدهای شیمیایی نشان داد که درصد سلولز پس از عمل آوری قلیایی نسبت به مواد خام در حدود %71 افزایش یافته است. نتایج بدست آمده از آزمون تخریب گرمایی نیز نشان دادند دمای تخریب الیاف سفیدگری شده در حدود %19 نسبت به مواد اولیه افزایش داشته است. در مرحله ی بعد بمنظور تهیه ی نانوکامپوزیت نشاسته ی ترموپلاستیک و نانوالیاف سلولز، سوسپانسیونی رقیق از نانوالیاف که بصورت یکنواخت پراکنده شده، به ترکیبی از آب، گلیسرول و نشاسته اضافه شد و با افزایش دما بعد از 30 دقیقه یک محلول کلوییدی حاوی نشاسته ژلاتین شده، نانوالیاف سلولز، آب و گلیسرول بدست آمد. در ادامه بروش ریخته گری مذاب فیلم های نانوکامپوزیت شکل دهی و جهت رسیدن به ابعاد نهایی در دما و فشار مشخص قرار گرفتند. سپس خواص مکانیکی، دینامیکی – مکانیکی، جذب رطوبت و عبوردهی نور نانوکامپوزیت ها مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان می داد که مدول یانگ و استحکام کششی فیلم ها با افزایش درصد نانوالیاف تا 15 درصد وزنی به ترتیب %344 و %61 افزایش داشته است. آزمون دینامیکی – مکانیکی ثابت کرد دمای انتقال شیشه ای فیلم های نانوکامپوزیت با %15 وزنی نانوالیاف سلولز در حدود ?c50 نسبت به فیلم نشاسته ی خالص افزایش داشته است. همچنین آزمون جذب رطوبت نشان داد که پارامترهای جذب رطوبت فیلم ها با افزایش درصد نانوالیاف تا %10 وزنی افزایش قابل توجهی خواهد داشت. و در نهایت تست عبورپذیری نور با استفاده از دستگاه اسپکتروفوتومتری اثبات کرد با افزایش درصد نانوالیاف عبوردهی نور فیلمها کاهش قابل توجهی نشان میدهد.