مشخصه یابی فیلم تهیه شده از نانوالیاف طبیعی استخراج شده از ذرت و بررسی کاربرد آن در کامپوزیت لایه ای بر پایه رزین اپوکسی

امروزه کامپوزیت های پلیمری در زمینه های مختلف کاربردهای زیادی دارند. ولی متأسفانه در طبیعت به راحتی تجزیه نمی شوند و ضایعات جامد زیادی برجای می گذارند که سبب آلودگی محیط زیست می شود. به همین دلیل محققان بر تولید کامپوزیت های زیست تخریب پذیر با الیاف طبیعی تمرکز کرده اند. الیاف طبیعی ویژگی های منحصر به فردی همچون فراوانی ، زیست تخریب پذیر بودن ، وزن و قیمت کم ، صرف انرژی کمتر برای تولید و بازیافت آسان در مقایسه با الیاف مصنوعی دارند. نانوالیاف سلولزی از منابع مختلفی همچون ساقه گندم ، سبوس برنج ، نیشکر و غیره تولید می شوند. فیلم های تهیه شده از نانوالیاف سلولزی به دلیل ویژگی هایی مثل پایداری ساختاری ، استحکام و سفتی بالا، شفافیت در زمینه هایی مثل تهیه بیو کامپوزیت ها ، فیلم های بسته بندی و غیره کاربرد دارند.در این پروژه به دلیل فراوانی ذرت در ایران و عدم استفاده بهینه از ضایعات بر جای مانده از آن ، نانوالیاف سلولز از ساقه ذرت به روش شیمیایی – مکانیکی استخراج گردید. ابتدا ساقه های ذرت خردشده و پس از خارج کردن مغز های موجود در وسط آن در محلول 17/5% هیدروکسید سدیم خیسانده شدند تا علاوه بر موم زدایی ، الیاف متورم گردند و سلولز بیشتر در دسترس قرار گیرد. در مرحله بعد الیاف با محلول 2 مولار اسید کلریدریک در دمای بالا به مدت 2 ساعت تحت هیدرولیز اسیدی قرار گرفتند تا همی سلولز و پکتین از ساختار الیاف حذف گردند. در مرحله بعد ، عمل آوری قلیایی الیاف با استفاده از محلول 2% وزنی هیدروکسید سدیم انجام گرفت و لیگنین قابل حل و باقیمانده همی سلولز و پکتین حذف گردید. رنگ زدایی الیاف به وسیله محلول سدیم کلرایت در محیط اسیدی ، جهت حذف لیگنین غیر قابل حل انجام گرفت. پس از این مرحله قطر الیاف به حدود میکرومتر رسید. برای تهیه نانوالیاف ابتدا از روش مکانیکی اولتراسونیک با توان 400 وات استفاده شد که موثر نبود و قطر الیاف در همان محدوده میکرومتر باقی ماند. به همین دلیل از روش مکانیکی آسیاب با دور بالا جهت تهیه نانوالیاف سلولز استفاده گردید. تصاویر fe-sem گرفته شده از نانوالیاف نشان داد که متوسط قطر نانوالیاف به حدود 21/47نانومتر رسید. آنالیز ترکیب شیمیایی الیاف با استفاده از استاندارد nrel انجام شد و مشخص شد که میزان سلولز از33/38 % در الیاف خام به 86/24 % در الیاف رنگ زدایی شده رسید ه است. نتایج تست ftir نیز حذف مواد غیر سلولزی از ساختار الیاف توسط مرحله شیمیایی را تأیید کرد و همچنین مشخص شد که شاخص بلورینگی الیاف از 1/442 در الیاف خام ساقه ذرت به 1/564در الیاف رنگ زدایی شده رسید که نشان دهنده حذف همی سلولز آمورف از ساختار الیاف است. در مرحله بعد با استفاده از روش ریخته گری محلولی فیلمی با ضخامت 25-20 میکرومتر از سوسپانسیون 1% وزنی نانوالیاف تهیه شد. نتایج تست کشش انجام شده بر روی فیلم نانوالیاف سلولز نشان داد که این فیلم مقاومت کششی حدود 65/86 مگاپاسکال و مدول کششی حدود 10/6 گیگاپاسکال دارد. از این فیلم ها برای تقویت کامپوزیت لایه ای بر پایه رزین اپوکسی استفاده گردید. کامپوزیت با یک لایه فیلم نانوالیاف تقویت شد و خواص کششی آن با کامپوزیت تقویت شده با لایه میکروالیاف سلولز و لایه الیاف شیشه مقایسه گردید. نتایج نشان داد که افزودن فیلم نانوالیاف به صورت یک لایه سبب افزایش در مقاومت کششی کامپوزیت به میزان 63% نسبت به کامپوزیت اپوکسی گشته است. همچنین درصد ازدیاد طول در نقطه شکست کامپوزیت به میزان 113% افزایش یافته است و مدول کامپوزیت تقویت شده با یک لایه فیلم نانو به میزان 5% افزایش یافته است. لایه میکروالیاف سلولز 29/65% مقاومت کششی،50/54% درصد ازدیاد طول و 5% مدول کامپوزیت اپوکسی را افزایش داد. همچنین فیلم نانوالیاف مقاومت ضربه ای کامپوزیت اپوکسی را حدود 27/4% افزایش داد.