نانوالیاف سلولز

دانلود پایان نامه

با استفاده از فرآیند پالایش اولیه، طول الیاف اولیه را کاهش می دهند. بنابراین خمیرکاغذ سودای باگاس از لحاظ طول و ضخامت ماده اولیه بسیار مناسبی برای تولید نانوالیاف سلولزی است. مقادیر ویژگی های الیاف مورد استفاده برای تولید نانوالیاف سلولزی در جدول ۴-۷ نشان داده شده است.

جدول ۴-۷: ویژگی های الیاف مورد استفاده برای تولید نانوالیاف سلولزی
میانگین ضخامت(میکرومتر)
میانگین طول(میلیمتر)
ویژگی های الیاف
۷/۲۳
۶۴۶/۰
خمیرکاغذ رنگ بری شده DED سودای باگاس

همان طور که در جدول ۴-۷ دیده می شود میانگین طول و ضخامت الیاف خمیرکاغذ سودای باگاس در کمترین حد خود می باشد. لذا از یک طرف در هنگام فیبریله شدن با دستگاه همگن ساز مشکلات کمتری ایجاد شده و از طرف دیگر برای تولید نانوالیاف سلولزی انرژی کمتری مورد نیاز خواهد بود. این نکته قابل ذکر است مشکلات ناشی از گیر کردن۶۳ الیاف در ورودی همگن سازها به عنوان یکی دیگر از دلایل کوتاه کردن طول الیاف قبل از عبور از همگن سازها می باشد که این موضوع در مورد خمیرکاغذ سودای باگاس به هیچ وجه دیده نشده است.

۴-۱-۲-۴ تصاویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشی
تصاویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشی تهیه شده از خمیرکاغذ رنگ بری شده سودای باگاس به عنوان ماده اولیه برای تولید نانوالیاف سلولزی در شکلهای ۴-۱ (الف، ب و ج) نشان داده شده است:

شکل ۴-۱ تصاویر (الف، ب و ج) میکروسکوپ الکترونی پیمایشی خمیرکاغذ رنگ بری شده سودای باگاس

در این تصاویر در سطوح الیاف، میکروفیبریلهای سلولزی به صورت دستجات کاملاً مشخص دیده می شود که یکی از اهداف اصلی این تحقیق، شناسایی روش بهینه برای دستیابی به این میکروفیبریلهای سلولزی است.

۴-۱-۲-۵ گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی
یکی از مهمترین ویژگی های سلولز گرانروی آن می باشد. افزایش گرانروی منجر به افزایش درجه بسپارش و وزن ملکولی آن خواهد شد و وزن ملکولی سلولز نیز نشان دهنده مقاومت این پلیمر می باشد. گرانروی و درجه بسپارش با انجام فرآیند رنگ بری خمیرکاغذ به ترتیب به مقدار ۷ و ۸ درصد کاهش می یابد. همچنین تجزیه و تحلیل تغییرات آن در طول فرآیند تولید نانوالیاف سلولزی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

جدول ۴-۸: گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی خمیرکاغذ رنگ بری شده DED سودای باگاس
ویژگی ها
مقدار
گرانروی (میلی لیتر بر گرم)
۵۷۶
درجه بسپارش
۸۱۷
وزن ملکولی (گرم)
۱۳۲۳۵۴

هرچند با استفاده از فرآیند رنگبری میزان گرانروی و درجه بسپارش خمیرکاغذ سودای باگاس کاهش یافت اما این عمل به منظور جلوگیری از هم پوشانی بین لیگنین و نانوالیاف سلولزی در ابعاد نانو لازم و ضروری بود زیرا در این روش امکان مشاهده و اندازه گیری مستقیم ضخامت نانوالیاف سلولزی با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی پیمایشی وجود داشت.

۴-۱-۲-۶ درجه روانی خمیرکاغذ رنگ بری شده سودای باگاس
درجه روانی اولیه خمیرکاغذ رنگ بری شده سودای باگاس به میزان ml,CSF625 تعیین شده است.

۴-۲ ویژگی های نانوالیاف سلولزی
۴-۲-۱ نانوالیاف سلولزی تهیه شده از خمیر سودای باگاس بدون پیش تیمار
۴-۲-۱-۱ گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی
گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی نانوالیاف سلولزی تهیه شده از خمیرکاغذ رنگ بری شده سودای باگاس در جدول ۴-۹ نشان داده شده است. خمیر رنگ بری شده سودای باگاس با سه و پنج مرحله عبور از همگن ساز به نانوالیاف سلولزی تبدیل شده است. همان طور که در جدول ۴-۹ مشاهده می شود میزان گرانروی نانوالیاف سلولزی با سه و پنج مرحله عبور نسبت به ماده اولیه به ترتیب ۵/۱۳ و ۶/۳۰ درصد کاهش یافته و همزمان میزان فیبریله شدن افزایش یافت. این در حالی است که درجه بسپارش نیز با افزایش تعداد عبور از سه تا پنج مرحله از همگن ساز به طور قابل ملاحظه ای از ۸/۱۴ تا ۲/۳۳ کاهش یافت. همچنین با افزایش فیبریله شدن در نتیجه تیمار مکانیکی، میزان پیوند های هیدروژنی سطح نانوالیاف بیشتر شده و قدرت تشکیل پیوندهای شبکه ای نیز افزایش خواهد یافت. امروزه به دلیل مصرف زیاد انرژی در حین عملیات مکانیکی با استفاده از همگن سازها سعی می شود با استفاده از پیش تیمارهای آنزیمی و شیمیایی میزان فیبریله شدن نیز افزایش یابد [حسن و همکاران،۲۰۱۱ ; زیمرمن و همکاران، ۲۰۱۰].

جدول۴-۹: گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی نانوالیاف سلولزی بدون پیش تیمار
نوع و کیفیت نانوالیاف سلولزی
گرانروی
(میلی لیتر بر گرم)
درجه بسپارش
وزن ملکولی
(گرم)

بدون پیش تیمار

کدهای استفاده شده
۴۹۸
۶۹۶
۱۱۲۷۵۲

INLINE  مدیریت منابع انسانی

۳U

۵U
۴۰۰
۵۴۶
۸۸۴۵۲
۳ U: نانوالیاف سلولزی با سه مرحله عبور ۵ U: نانوالیاف سلولزی با پنج مرحله عبور

۴-۲-۱-۲ ضخامت نانو الیاف سلولزی
تصاویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشی نشان داد که با افزایش تعداد مراحل عبور از همگن ساز، ضخامت نانوالیاف سلولز کمتر شده است. این در حالی است که به طور متوسط ضخامت نانو الیاف سلولزی با سه و پنج مرحله عبور از همگن ساز کمتر از ۱۰۰ نانومتر و ضخامت نانوالیاف سلولزی با پنج مرحله عبور کمتر از سه مرحله عبور بوده است. جدول ۴-۱۰ متوسط ضخامت حداقل ۵۰ عدد نانوالیاف سلولزی تهیه شده بدون پیش تیمار را نشان می دهد. همان طور که از جدول ۴-۱۰ بر می آید ضخامت نا
نوالیاف سلولزی تهیه شده با پنج مرحله عبور از همگن ساز تفاوت زیادی با سه مرحله عبور از همگن ساز داشته و این اختلاف از نظر آماری نیز کاملاً معنی دار بوده است.

جدول۴-۱۰: ضخامت نانوالیاف سلولزی تهیه شده بدون پیش تیمار
نوع و کیفیت نانوالیاف سلولزی
ضخامت (نانومتر)

بدون پیش تیمار

کدهای استفاده شده

۷/۳۷

۳U

۵U
۰۴/۲۷
۳ U: نانوالیاف سلولزی با سه مرحله عبور ۵ U: نانوالیاف سلولزی با پنج مرحله عبور

۴-۲-۱-۳ ناهمواری سطح
ناهمواری سطح به عنوان مهمترین شاخص برای بررسی میزان فیبریله شدن نانوالیاف سلولزی مطرح شده است [چینگا-کاراسکو، ۲۰۱۳]. در این تحقیق نیز از ناهمواری سطح به دست آمده از دستگاه لیزر-پروفیلومتری برای بررسی درجه فیبریله شدن نانوالیاف سلولزی تهیه شده از سه و پنج مرحله عبور از همگن ساز استفاده شده است. نتایج حاصل نشان داد که ناهمواری سطح نانوالیاف سلولزی تهیه شده از پنج مرحله عبور بسیار کمتر از سه مرحله عبور بوده (جدول ۴-۱۱) و این اختلاف از نظر آماری نیز کاملاً معنی دار است.

جدول۴-۱۱: ناهمواری سطح نانوالیاف سلولزی تهیه شده بدون پیش تیمار
نوع و کیفیت نانوالیاف سلولزی
ناهمواری سطح (میکرومتر)

بدون پیش تیمار

کدهای استفاده شده

۴۶/۲

۳U

۵ U
۸/۱
۳ U: نانوالیاف سلولزی با سه مرحله عبور ۵ U: نانوالیاف سلولزی با پنج مرحله عبور

۴-۲-۱-۴ مرفولوژی
شکل ۴-۲ مرفولوژی نانوالیاف سلولزی تهیه شده از خمیر سودای باگاس با سه و پنج مرحله عبور از همگن ساز را نشان می دهد. همان طور که در شکل ملاحظه می شود نانوالیاف سلولزی تهیه شده با پنج مرحله عبور دارای همگنی بیشتری به لحاظ ضخامت می باشد و این ویژگی در مورد نانوالیاف سلولزی تهیه شده با سه مرحله عبور، ناهمگن تر می باشد.

شکل ۴-۲ تصاویر میکروسکوپالکترونی پیمایشی از نانوالیاف سلولزی با سه و پنج مرحله عبور از همگن ساز و بدون پیش تیمار- پیکان های سفید رنگ نشان دهنده نانوالیاف سلولزی با ضخامت کمتر از ۱۰۰ نانومتر می باشد.

۴-۲-۲ نانوالیاف سلولزی تهیه شده از خمیر سودای باگاس با پیش تیمار آنزیمی
۴-۲-۲-۱ گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی
گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی نانوالیاف سلولزی تهیه شده از خمیر سودای باگاس که با آنزیم اندوگلوکاناز پیش تیمار شده است در جدول ۴-۱۲ نشان داده شده است. همان طور که از جدول مشخص است با پیش تیمار آنزیمی، گرانروی و در نتیجه درجه بسپارش و وزن ملکولی نسبت به مرحله بدون پیش تیمار کاهش بیشتری یافته است. این موضوع به خصوص هنگامی که کاهش مصرف انرژی و تجاری سازی مطرح می باشد از اهمیت قابل توجهی برخوردار است [هنریکسون و همکاران، ۲۰۰۷ ; زیمرمن و همکاران، ۲۰۰۸] و منجر به اقتصادی شدن تولید نانوالیاف سلولزی خواهد شد. مقدار گرانروی نانوالیاف سلولزی با سه و پنج مرحله عبور نسبت به ماده اولیه به ترتیب به میزان ۵/۱۸ و ۴/۳۶ درصد کاهش یافته است که به مراتب کاهش بیشتری از نانوالیاف بدون پیش تیمار از خود نشان داده است. دلیل اصلی آن تاثیر پیش تیمار آنزیمی بوده که به عنوان عامل بسیار مهمی در فیبریله شدن الیاف عمل کرده است. کاهش درجه بسپارش نانوالیاف سلولزی پیش تیمار شده با آنزیم نیز به ترتیب برای سه و پنج مرحله عبور به مقدار ۲/۲۰ و ۳/۳۹ درصد بوده است.

جدول۴-۱۲: گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی نانوالیاف سلولزی با پیش تیمارآنزیمی
نوع و کیفیت نانوالیاف سلولزی
گرانروی
(میلی لیتر بر گرم)
درجه بسپارش
وزن ملکولی

پیش تیمار آنزیمی

کدهای استفاده شده
۴۱۰
۵۶۱
۹۰۸۸۲

۳E

۵E
۳۲۰
۴۲۷
۶۹۱۷۴
۳ E: نانوالیاف سلولزی با سه مرحله عبور ۵ E: نانوالیاف سلولزی با پنج مرحله عبور

INLINE  دانشگاه آزاد اسلامی

۴-۲-۲-۲ ضخامت نانو الیاف سلولزی
جدول ۴-۱۳ متوسط ضخامت حداقل ۵۰ عدد نانوالیاف سلولزی تهیه شده با پیش تیمار آنزیمی را نشان می دهد. همان طور که مشخص است ضخامت نانوالیاف سلولزی تهیه شده با پیش تیمار آنزیمی به مراتب کمتر از نانوالیاف سلولزی بدون پیش تیمار است. همچنین ضخامت نانوالیاف سلولزی تهیه شده با پنج مرحله عبور از همگن ساز دارای تفاوت فاحشی با سه مرحله عبور بوده و این نانوالیاف سلولزی دارای کمترین ضخامت در بین تمامی نانوالیاف سلولزی تولید شده (دامنه ضخامت بین ۷-۵/۲۲ نانومتر) می باشد و این اختلاف از نظر آماری نیز کاملاً معنی دار است. بنابراین پیش تیمار آنزیمی نه تنها منجر به کاهش مصرف انرژی در تولید نانوالیاف سلولزی خواهد شد بلکه منجر به کاهش ضخامت متوسط نانوالیاف سلولزی تولید شده نیز خواهد شد. حسن و همکاران [۲۰۱۲] با استفاده خمیرکرافت باگاس با ۳۰ مرحله عبور از آسیابهای پرقدرت به همراه ۱۰ مرحله عبور از همگن ساز به نانو الیاف سلولزی با ضخامت ۶-۲۲ نانومتر دست یافتند که شرایط ذکر شده درآن تحقیق به مراتب شدیدتر از شرایط ذکر شده در این تحقیق بوده است.
جدول۴-۱۳: ضخامت نانوالیاف سلولزی تهیه شده با پیش تیمار آنزیمی
نوع و کیفیت نانوالیاف سلولزی
ضخامت (نانومتر)

پیش تیمار آنزیمی

کدهای استفاده شده

۴/۲۷

۳E

۵E
۵/۲۲
۳ E: نانوالیاف سلولزی با سه مرحله عبور ۵ E: نانوالیاف سلولزی با پنج مرحله عبور

۴-۲-۲-۳ ناهمواری سطح
همان طور که قبلاً ذکر شد ناهمواری
سطح به عنوان مهمترین شاخص برای بررسی میزان فیبریله شدن نانوالیاف سلولزی مطرح شده است. جدول ۴-۱۴ نشان دهنده میزان ناهمواری سطح نانوالیاف سلولزی تهیه شده از پیش تیمار آنزیمی می باشد و بر اساس جدول ذکر شده میزان ناهمواری سطح این نانوالیاف سلولزی کمتر از نانوالیاف سلولزی بدون پیش تیمار می باشد. کمترین ناهمواری سطح نیز به نانوالیاف سلولزی تهیه شده با پیش تیمار آنزیمی و پنج مرحله عبور از همگن ساز مربوط است. در این بین حتی ناهمواری سطح نانوالیاف سلولزی پیش تیمار شده با آنزیم و سه مرحله عبور از همگن ساز از ناهمواری سطح نانوالیاف سلولزی بدون پیش تیمار و پنج مرحله عبور از همگن ساز نیز کمتر بوده ولی این تفاوت از نظر آماری معنی دار نبوده است.

جدول۴-۱۴: ناهمواری سطح نانوالیاف سلولزی تهیه شده با پیش تیمار آنزیمی
نوع و کیفیت نانوالیاف سلولزی
ناهمواری سطح (میکرومتر)

بدون پیش تیمار

کدهای استفاده شده

۰۵/۲

۳E

۵E
۲۵/۱
۳ E: نانوالیاف سلولزی با سه مرحله عبور ۵ E: نانوالیاف سلولزی با پنج مرحله عبور

۴-۲-۲-۴ مرفولوژی
شکل ۴-۳ مرفولوژی نانوالیاف سلولزی تهیه شده از خمیر سودای باگاس با پیش تیمار آنزیمی و با سه و پنج مرحله عبور از همگن ساز را نشان می دهد. همان طور که در شکل ملاحظه می شود نانوالیاف سلولزی تهیه شده با پنج مرحله عبور دارای همگنی بیشتری به لحاظ ضخامت نانوالیاف تولید شده می باشد ولی نانوالیاف سلولزی تهیه شده با سه مرحله عبور، از نظر ضخامت ناهمگن تر می باشد. به طور کلی می توان گفت که نانوالیاف سلولزی تهیه شده از پیش تیمار آنزیمی دارای همگنی بیشتری به لحاظ ضخامت نانو الیاف سلولزی نسبت به نانوالیاف سلولزی تهیه شده بدون پیش تیمار می باشد.

شکل ۴-۳ تصاویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشی از نانوالیاف سلولزی با سه و پنج مرحله عبور از همگن ساز و با پیش تیمار آنزیمی- پیکانهای سفید رنگ نشان دهنده نانوالیاف سلولزی با ضخامت کمتر از ۱۰۰ نانومتر می باشد.

۴-۲-۳ مقایسه گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی نانوالیاف سلولزی تهیه شده از روشهای کاملاً مکانیکی و آنزیمی- مکانیکی
در این بخش گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی نانوالیاف سلولزی تهیه شده از روشهای مختلف مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. شکل ۴-۴ گرانروی نانوالیاف سلولزی تهیه شده با تیمار های مختلف را نشان می دهد. نانوالیاف سلولزی تهیه شده با تیمار کاملاً مکانیکی دارای بیشترین گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی می باشد و نانوالیاف سلولزی تهیه شده با پیش تیمار آنزیمی دارای کمترین گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی می باشد. کمترین گرانروی مربوط به نانوالیاف سلولزی تهیه شده با پیش تیمار آنزیمی و پنج

دیدگاهتان را بنویسید