بررسی خواص فیزیکومکانیکی و ممانعتی نانوکامپوزیت های حاوی سلولز

طبیعت غیر قابل تجدید و عدم زیست تخریب پذیر بسته بندی های پلاستیکی منجر به گرایش صنعت بسته بندی به سوی نانوکامپوزیت های زیست تخریب پذیر (شبکه زیست بسپار تقویت شده به کمک نانو مواد) شده است. مواد نانوکامپوزیت از طریق قالب گیری و تبخیر حلال مجموعه ای از گلوتن، گلوتینن و گلیادین استخراجی از گلوتن گندم به عنوان شبکه و غلظت های متفاوتی از نانوبلور های کربوکسی سلولز به عنوان تقویت کننده، تهیه شده و مورد ارزیابی مکانیکی، دینامیکی- مکانیکی، حرارتی و ممانعتی قرار گرفتند. نانوبلور های سلولز، حاصل از هیدرولیز اسیدی سلولز ریز بلوری در سیستم تمپو- سدیم برومید - سدیم هیپوکلریت، اکسید شده و نانوبلور های کربوکسی سلولز با مقدار بالای کربوکسیلات به طور مستقیم تولید شدند. نتایج آزمون مکانیکی نانوکامپوزیت های بر پایه گلوتن نشان از کاهش 26 درصدی در ازدیاد طول تا شکست و افزایش قابل ملاحظه قدرت کشش با حضور نانوبلور ها داشت. اثر تقویت کنندگی آنها از طریق بررسی های دینامیکی - مکانیکی و افزایش مدول ذخیره نیز به اثبات رسید. در آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی، با افزایش غلظت تا 5 درصد، دمای انتقال شیشه ای، کـاهش و سپس افـزایش یافت. افـزایش جـذب آب و کـاهش اتلاف وزن در آب نانوکامپوزیـت ها در مقایـسه با فیلم کنترل از دیگر نتایج این تحقیق بود. نفوذپذیری نسبـت به بـخار آب از 6-10 × 02/5 در فیلم کنترل به 6-10× 21/3 گرم بر میلی متر. ساعت. کیلو پاسکال در فیلم حاوی 5/7 درصد نانوبلور کاهش یافت. خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های بر پایه گلوتنین نشان داد که حضور 5 درصد نانوبلور منجر به افزایش 8/58 درصد در قدرت کشش شد در حالی که در غلظت های بالاتر، به دلیل تجمع بخشی پرکننده، قدرت کشش رو به افول گذاشت. مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی تائیدی بود بر توزیع یکنواخت پرکننده با غلظت های پایین و متوسط در شبکه، ولی در غلظت های بیش از 5 درصد، تجمعات و حفراتی قابل مشاهده بود. این اثرات در نتایج آزمون دینامیکی - مکانیکی نیز منعکس شده و بالاترین مدول ذخیره مربوط به مقدار 5 درصد نانوبلور بود. نتـایج حاصل از گرماسنـجی روبـشی تـفاضلی نـشان داد که افـزایـش غلظت از 0 تا 10 درصد، افزایش دمـای انتـقال شـیـشه ای از 8/29- به 7/23- درجه سانتی گراد را در پی داشت. اگرچه استفاده از نانوبلور ها افت ممانعت در برابر بخار آب و نیز تشدید جذب آب را در پی داشت، ورود آنها تا 5 درصد منجر به حصول کامپوزیت هایی با پایین ترین اتلاف وزن در آب گردید. افزودن نانوبلور ها منجر به بهبود و اصلاح عملکرد مکانیکی با افزایش استحکام کششی و مدول ذخیره نانوکامپوزیت های بر پایه گلیادین گردید که می توان آن را به فعل و انفعالات قوی میان پرکننده و زنجیره گلیادین نسبت داد. نمودار به دست آمده از آزمون گرماسنجی روبشی افتراقی نشان داد که افزایش مقدار پرکننده تا 5 درصد افزایش اندکی در درجه حرارت انتقال شیشه ای ایجاد نمود اما افزایش بیشتر درصد بارگذاری منجر به کاهش دمای اتقال شیشه ای گردید. پس از افزایش مقدار پرکننده به 10 درصد، نفوذپذیری نسبت به بخار آب کاهش یافت و به یک مقدار حداقل در غلظت 5/7 درصد رسید. منحنی های وزن سنجی حرارتی کلیه نانوکامپوزیت ها نشان داد که نانوبلور ها پایداری حرارتی را به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار ندادند. به طور کلی نتایج آزمایشات فوق حاکی از توان بالای نانو سلولز در تقویت بسپارهای گلوتن، گلوتنین وگلیادین و غلبه بر برخی از نقاط ضعف آنها نظیر خواص مکانیکی و دینامیکی - مکانیکی نامطلوب بود.