تخته نانوسلولز: مطالعه عملکرد پیش پرس سرد و خواص فیزیکی تخته

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو

2 استادیار

3 دانشیار

چکیده

سابقه و هدف: نتایج تحقیقات گذشته نشان داده است که نانوساختارهای سلولزی خواص به مراتب بهتری نسبت به میکروساختارهای سلولزی در خواص فیزیکی و مکانیکی دارند. همه فیلم های خالص نانوسلولز ساخته شده ضخامت­های کمتر از 100 میکرومتر داشته­اند منتهی در این مطالعه برای نخستین بار تخته نانو سلولز خالص باضخامت حدود سه میلی‌متر از نانوفیبرسلولز و بدون استفاده از رزین ساخته شده و خواص فیزیکی آن مورد بررسی قرار گرفت. عملکرد پیش­پرس سرد ساخته شده برای این مطالعه نیز مورد ارزیابی واقع شد.
مواد و روش­ها: برای انجام این مطالعه الیاف نانوسلولز مورد نیاز از شرکت دانش بنیان نانونوین پلیمر خریداری شد. جهت پیش پرس ژل نانوسلولز و تولید نمد اولیه نانوسلولز، دستگاه پیش پرس دستی مخصوصی ساخته شد که اجزای اصلی آن سیلندر و پیستون پلی‌اتیلنی می‌باشد در این پیش پرس در اثر فشار پیستون ژل متراکم شده و آب از منافذ توری با ابعاد مش 300  که در سمت دیگر سیلندر تعبیه شده بود خارج گردید که نتیجه آن تولید نمد نانوسلولز بود. نمد تولید شده برای تولید تخته به درون آون خلاء منتقل شده و به مدت 24 ساعت تحت دمای 70 درجه قرار داده شد. تخته­های تولید شده برای انجام آزمون­های جذب آب و واکشیدگی ضخامت با ابعاد 20×20×8/2 میلیمتر برش داده شدند و طی یک دوره 10 روزه رفتار آن­ها در برابر جذب آب و واکشیدگی ضخامت مطالعه شد.
یافته­ها:  نتایج حاصل از مطالعه نحوه عملکرد دستگاه پیش پرس نشان داد که طی فرایند آبگیری با استفاده از این دستگاه مقدار ماده جامد ژل نانوسلولز از 6% به 40 % و نیز دانسیته بر مبنای وزن خشک نمونه ها از 06/. برای ژل به 54/. گرم بر سانتی­متر مکعب برای نمد نانوسلولز با ضخامت 5/5 میلی‌متر افزایش یافت. در اثر خشک‌کنی در آون خلاء، ضخامت تخته به 8/2 میلی‌متر کاهش یافته و دانسیته به 35/1 گرم بر سانتی‌متر مکعب رسید. نتایج مطالعه رفتار جذب آب و واکشیدگی ضخامت تخته نانو سلولز تا 240 ساعت غوطه‌وری در آب نشان داد که طی افزایش زمان غوطه‌وری جذب آب و واکشیدگی ضخامت طی 24 ساعت اولیه روند تصاعدی داشته و به ترتیب به 52 و 44 درصد رسیدند منتهی بعد از 24 ساعت روند افزایشی جذب آب و واکشیدگی ضخامت کند شده و تقریباً ثابت ماندند.
نتیجه­گیری: نتایج حاصل از استفاده از دستگاه پیش پرس بسیار مطلوب بود به گونه­ای که فرایند آبگیری از ژل نانوسلولز بدون مشکل انجام شد و نمد نانوسلولز با ضخامت مطلوب تولید شد. با توجه به قابلیت جذب آب فراوان الیاف نانوسلولز، داده های جذب آب و واکشیدگی ضخامت نمونه های تخته، ابتدا تا 24 ساعت روند تصاعدی داشته اما در زمانهای بیشتر تغییرات معنی داری در داده­ها مشاهده نشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Nanocellulose Board: Study on the performance of cold pre-pressing and physical properties of the Board

نویسندگان [English]

  • sona azad 1
  • hossein yousefi 2
  • mahdi mashkour 2
  • abolghasem khazaeian 3
چکیده [English]

Background and Objective: According to the literature, cellulose nanostructures possess much better properties compared to cellulose microstructures. One of promising products previously made from cellulose nanostructures is nanocellulose sheet or nanopaper. All fabricated nanocellulose sheets had thickness below 100 µm, but in this study, nanocellulose board was made purely from cellulose nanofibers, for the first time. Then, the physical properties of specimens including dimensional and density changes during fabrication process and long-term water absorption and thickness swelling behaviour were investigated. The performance of pre-pressing system was also investigated. 
Materials and Methods: Cellulose nanofibers or nanocellulose (NC) were provided from Nano Novin polymer Co. (Iran). The NC-board has been produced through a wet process without using resin. To make NC-mat, a special pre-pressing apparatus was designed and fabricated containing piston and cylinder made of polyethylene as main components. Piston made pressure on the NC gel in the cylinder and the water inside the gel went out through a screen with mesh size of 300, resulted in NC-mat. During vacuum oven drying at 70 °C for 24 h, NC-board was produced. The board was cut to proper sizes (2.8× 20 ×20 mm) for long-term water absorption and thickness swelling tests.
Results: The results of using pre-pressing system showed that the gel concentration increased from 6 wt% to 40 wt% and mat thickness and density reached 5.5 mm and 0.54 g/cm3 (based on dry weight of NC), respectively. After drying in vacuum oven, the thickness and density of the board obtained 2.8 mm and 1.35 g/cm3, respectively. The results of water absorption and thickness swelling during 240 hours demonstrated that these properties rapidly increased to 52% and 44% respectively over 24 hours immersion in water and then did not show significant changes over immersion time longer than 24 hours.
Conclusions: The performance of pre-pressing system was quite suitable to make nanocellulose mat with desirable properties. Since cellulose nanofibers are super absorbent material with high specific surface area, the values of water absorption and thickness swelling increased during the first 24 hours and then the values were not changed significantly over immersion time longer than 24 hours.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanocellulose board
  • pre-pressing
  • Water absorption
  • Thickness swelling