تهیه و مشخصه یابی فیلم کامپوزیت های زیست تخریب پذیر بر پایه پلی وینیل الکل/نشاسته تقویت شده با نانوالیاف سلولزی خاک اره

استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر به جای پلیمرهای مصنوعی در تولید کامپوزیت ها روز به روز در حال گسترش است. نشاسته به عنوان ماده ای ارزان یکی از پرکاربردترین زیست پلیمرها در تولید پلاستیک های زیست تخریب پذیر می باشد ولی معایبی مانند استحکام کششی پایین و وابستگی شدید خواص به رطوبت دارد که برای بهبود این مشکلات نشاسته را توسط راهکارهای متفاوتی از جمله استفاده از پلیمرهای دیگر و یا پرکننده هایی با خواص بهتر می توان اصلاح کرد. پلی وینیل الکل (pva) ماده ای با خواص فیزیکی و ظاهری مناسب بوده و یکی از گزینه های مطلوب می باشد. در این مطالعه هدف تهیه و مشخصه یابی بیونانوکامپوزیت بر پایه نشاسته/پلی وینیل الکل، تقویت شده با نانوالیاف سلولزی استخراج شده از خاک اره می باشد. در این پژوهش در مرحله اول استخراج نانو الیاف سلولزی از خاک اره حاصل از چوب کبوده مورد نظر می باشد. خاک اره حاصل از چوب کبوده به دلیل منبع ارزان و بلااستفاده برای تولید نانو الیاف سلولز انتخاب و نانو الیاف سلولز به روشی شیمیایی- مکانیکی از این ماده 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 خاک اره به مدت 6 ساعت به منظور موم زدایی توسط اتانول سوکسوله شد. در ادامه با استفاده از سفیدگری توسط آب اکسیژنه 3% وزنی مقداری از لیگنین غیرقابل حل در آب اکسیژنه حل می گردد. سپس هیدرولیز اسیدی با اسید هیدروکلریک ، عمل آوری قلیایی توسط محلول رقیق هیدروکسید سدیم و رنگ زدایی توسط کلرایت سدیم 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 آسیاب با دور بالا از هم جدا شده و به نانوالیاف تبدیل شدند. آنالیز ترکیب شیمیایی الیاف در مراحل مختلف به وسیله روش اصلاح شده استاندارد tappi انجام و مشخص شد که میزان سلولز از 9/49% به 1/79% افزایش یافته که نشان دهنده حذف مواد غیرسلولزی با عمل آوری شیمیایی است. توسط مشخصه یابی ftir بر روی الیاف خام اولیه و الیاف عمل آوری شیمیایی شده مشخص گردید که لیگنین و همی سلولز به مقدار مناسبی حذف گردیده و بواسطه افزایش شاخص نظم جانبی از 893/0به 201/1 مشخص گردید که درصد بلورینگی ساختار الیاف افزایش داشته است. تصویر sem نانوالیاف نشان داد که نانوالیاف به دست آمده متوسط قطری برابر با 74 نانومتر دارند. سپس نانوکامپوزیت شامل ترکیب پلی وینیل الکل ونشاسته به عنوان ماتریس، بوراکس به عنوان عامل ایجاد اتصالات عرضی و مقادیر مختلف نانوالیاف سلولز (10-3 درصد ) به عنوان پر کننده و توسط قالبگیری به روش تبخیر حلال آماده شد. در ادامه خواص مکانیکی نانوکامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشانگر افزایش 24 درصدی استحکام کششی در نمونه بهینه با 5% نانوالیاف و تعیین مدول یانگ از شیب نمودار تنش-کرنش افزایش مدول از 12 به 27 مگاپاسکال با افزایش مقدار نانو الیاف را نشان داد. تصاویر sem از نمونه های کامپوزیت نشانگر پراکندگی مناسب نانو الیاف درون ماتریس پلیمری بودند. همچنین توانایی جذب آب در نانوکامپوزیت با افزودن 5% از نانو الیاف از 3/54% به 41% کاهش پیدا کرد که نشانگر کاهش تاثیر رطوبت بر خواص مکانیکی در نانوکامپوزیت است. آزمون میزان انحلال در آب نمونه ها نیز نشان دهنده کاهش 62 درصدی حلالیت نمونه فیلم حاوی 5 درصد نانوالیاف بود. در نهایت آزمون عبور پذیری نور با استفاده از دستگاه اسپکتروفوتومتری اثبات کرد با افزایش درصد نانو الیاف عبوردهی نور فیلمها کاهش می یابد.