استخراج نانو ویسکرهای سلولز از منابع مختلف و مطالعه تأثیر آن بر روی خواص فیلم های کامپوزیتی تهیه شده از پلی لاکتیک اسید بازیافتی

پلی لاکتیک اسید، پلیمری زیست تخریب پذیر است که به دلیل هزینه ی بسیار بالای تهیه آن، کمتر مورد استفاده قرار میگیرد. از این رو بازیافت این ماده مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. جهت جبران خواص از دست رفته پلی لاکتیک اسید در حین بازیافت، میتوان از الیاف طبیعی به عنوان تقویت کننده در این پلیمرها استفاده نمود. منبع اصلی الیاف سلولز، دیواره سلولی گیاهان چوبی و غیر چوبی میباشد. بنابراین هدف از این پژوهش، تهیه و مشخصه یابی بیو نانو کامپوزیت بر پایه پلی لاکتیک اسید بازیافتی تقویت شده با نانو ویسکر استخراجی از دو منبع ساقه گندم و خاک اره سپیدار میباشد. به همین منظور، روش شیمیایی- مکانیکی جهت استخراج این نانو ویسکرها انتخاب گردید. در ابتدا به منظور متورم شدن دیواره سلولی، این الیاف به مدت 2 ساعت در دمای محیط، در محلول 17/5 درصد هیدروکسید سدیم قرار گرفت. در ادامه، مرحله اولیه رنگبری الیاف توسط پراکسید هیدروژن در دو نوبت انجام شد. شرایط زمانی و دمایی انجام این مرحله نیز برای هر دو لیف توسط نرم افزار طراحی آزمایش، بهینه شد. مرحله هیدرولیز اسیدی، توسط اسید کلریدریک 1 مولار به مدت 30 دقیقه انجام شد. بعد از انجام این مرحله، مراحل عمل آوری قلیایی توسط محلول رقیق هیدروکسید سدیم و رنگبری نهایی توسط کلرات سدیم انجام گردید و فرآیند شیمیایی استخراج با تأیید حذف مواد غیر سلولزی توسط تست آنالیز ترکیب شیمیایی به پایان رسید. نتایج این تست نشان داد که درصد سلولز موجود در ساختار الیاف به ترتیب برای الیاف ساقه گندم و خاک اره سپیدار از 47/6% و 52/6 % به 84/67 % و 82/3 % افزایش یافته است. در مرحله مکانیکی، میکرو الیاف استخراجی از هر دو منبع، به مدت 30 دقیقه در معرض امواج دستگاه مافوق صوت با توان 400 وات قرار گرفتند. به منظور تغییر مقیاس قطر الیاف از میکرو به نانو نیز از آسیاب با دور بالا استفاده شد. بررسی تصاویر sem نشان داد که میانگین قطر نانو ویسکرهای استخراجی از الیاف ساقه گندم و خاک اره سپیدار به ترتیب 23 و 25 نانو متر است. انجام تست ftir بر روی الیاف در مراحل مختلف استخراج نیز گواه از حذف مواد غیر سلولزی از ساختار الیاف بود. در ادامه فیلمهای بیو نانو کامپوزیتی بر پایه پلی لاکتیک اسید بازیافتی و نانو ویسکرهای سلولز با درصدهای مشخص (1، 3 و 5 درصد) به کمک دستگاه های مخلوط کن داخلی و پرس گرم، با ضخامت 3/0 میلیمتر تهیه شد. نتایج تست شاخص جریان مذاب ،کاهش 60 درصدی جریان پذیری فیلمهای تقویت شده با 5 درصد نانو ویسکر از هر دو منبع نسبت به فیلم خالص را نشان داد. با بررسی تست استحکام کششی که بر روی همه نمونه ها انجام شد، مشخص گردید که افزودن 3 درصد از هر دو نانو ویسکر بیشترین تأثیر را در بهبود خواص از بین رفته پلی لاکتیک اسید دارد و همچنین مشخص شد که تأثیر نانو ویسکرهای استخراجی از ساقه گندم در بهبود خواص بیشتر بوده و استحکام کششی فیلم را تا حدود 30 درصد نسبت به فیلم خالص افزایش میدهد. تعیین مدول با استفاده از شیب نمودار تنش- کرنش نیز نشان از افزایش حدوداً 30 درصدی مدول در ساختار فیلمهای تقویت شده با 3 درصد نانو ویسکر بود که باز هم افزایش مدول یانگ فیلمهای تقویت شده با نانو ویسکر ساقه گندم، بیشتر بود. نتایج تست زیست تخریب پذیری نیز نشان داد که با افزایش درصد نانو ویسکرها تا 5 درصد، تخریب نمونه ها در خاک نیز بیشتر میشود. در انتها با بررسی نتایج تمامی تستها، نانو ویسکرهای استخراجی از ساقه گندم به عنوان الیاف موثرتر در بهبود خواص پلی لاکتیک اسید بازیافتی شناخته شد.