پایداری گرمایی نانو فیبر سلولزی سیانو اتیل دار شده

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

کرج، دانشگاه تهران، دانشکده منابع طبیعی، گروه مهندسی علوم و صنایع چوب و کاغذ

چکیده

در چند دهه گذشته علاقمندی به پژوهش و استفاده از نانوفیبر سلولزی به ‌طور چشمگیری افزایش یافته است. بنابراین اصلاح سطح نانوفیبر سلولزی به‌ صورت شیمیایی می ‌تواند با ایجاد ویژگی جدید و یا بهبود ویژگی‌ های آنبا حفظ ویژگی‌ های ذاتی نانوفیبر کاربردهای جدیدی را برای آن معرفی کند. در این پژوهش به منظور افزایش پایداری گرمایی نانوفیبر سلولزی، سیانواتیلاسیون توسط پیوندزنی  با آکریلونیتریل در دمای °C60 و در شرایط قلیایی انجام شد. پس از تعیین میزان نیتروژن  با روش کجدال درجه استخلاف نمونه‌های سیانو اتیل‌دار محاسبه شد. افزون بر این ساختار شیمیایی نانوفیبر سلولزی اصلاح شده توسط پرتو‌بینی FT-IR  و آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) شناسایی شد. سپس پایداری گرمایی نانوفیبر سلولزی اصلاح شده با استفاده از آنالیز گرمایی وزن‌سنجی (TGA) در سه رژیم دمایی °C/min 10، °C/min 15 و °C/min 20 در جو نیتروژن ارزیابی شد. منحنی‌های مشتق (DTG)TG با استفاده از داده‌هایTGA رسم شدند و با توجه به داده‌های تجربی، انرژی فعال‌سازی محاسبه شد. نتیجه‌ های اندازه ‌گیری‌ میزان نیتروژن، دستیابی به درجه استخلاف 87/0 را در شرایط واکنش نشان دادند. همچنین سیانواتیلاسیون نمونه‌ها با تحلیل پرتوهای FT-IR و مقایسه آن با پرتو نمونه شاهد و آشکارسازی نوار جذب در 1-cm 2250 منتسب به گروه‌های نیتریل تأیید شد. بررسی ساختار نانو فیبر سلولزی سیانواتیل‌دار شده با روش پراش پرتو ایکس، کاهش بلورینگی آن را در اثر سیانواتیلاسیون تأیید کرد. نتیجه ‌های مطالعه‌ های TGAنیز پایداری گرمایی بیش ‌تر نانوفیبر سلولزی سیانواتیل‌دار شده را در مقایسه با نمونه اصلاح نشده نشان دادند. همچنین تجزیه گرمایی نمونه‌ های اصلاح نشده و سیانواتیل ‌دار شده هر دو طی یک مرحله رخ داد و با زیاد شدن نرخ گرما‌دهی افزایش پیدا کرد. همچنین انرژی فعال‌سازی کمتری برای نانوفیبر سلولزی سیانواتیل‌دار شده در مقایسه با نانوفیبر سلولزی اصلاح نشده دیده شد. به طور کلی به نظر می‌ رسد که پیوند‌زنی آکریلونیتریل به  نانوفیبر سلولزی می‌ تواند به واسطه بهبود پایداری گرمایی و ایفاینقش به عنوان نرم ‌کننده درونی و بهبود ویژگی‌ های ترموپلاستیکی، استفاده از آن را در کاربردهای خاص توسعه دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] قنبرزاده،  بابک ؛ ابوالقاسمی فخری، لیلا ؛ دهقان نیا، جلال ؛ انتظامی، علی اکبر، مقایسه نفوذ پذیری، زاویه تماس و ویژگی های گرمایی نانو چندسازه های بر پایه کربوکسی متیل سلولز دارای دو نوع نانو پرکننده:نانو رس و نانو ویسکر سلولز،  نشریه شیمی و مهنسی شیمی ایران، (3)32: 13 تا 24 (1392).

[2] Karim M., Mohamed N.B., Julien B., Nanofibrillated Cellulose Surface Modification: A Review, ACI Mater. J., 6: 1745-1766 (2013).

[3] Nathalie L., Isabelle D., Alain D., Julien B., Microfibrillated Cellulose-its Barrier Properties and Applications in Cellulosic Materials: A Review, Carbohydr. Polym., 90(6): 734-764 (2012).        

[4] Sefain M.Z., Naoum M.M., Fadl M.H., El-Wakil N.A., Thermal Behaviour of Cyanoethylated Cellulose, Thermochim. Acta., 231: 257-265 (1994).

[5] Nakayama E., Azuma J.I., Substituent Distribution of Cyanoethyl Cellulose, Cellulose, 5(3):175-185 (1998).

[6] Kutsenko L., Bochek A., Vlasova E., Lavrent’ev V., Bychkova O., Synthesis of Cyanoethyl Ethers of Cellulose from Flax Fiber Production Waste, Russ. J. Appl. Chem., 82(1):107-111 (2009).

[7] Nada A., Dawy M., Shabaka A.,Molecular Structure and Electrical Insulating Properties of Grafted and Cyanoethylated Cellulose, Int. J. Polymer. Mater., 47(2-3):195-206 (2000).

[8] Nakayama E., Kanei M., Kohara N., Toyoda H., Cyanoethylation of Synthetic Glucan and Dielectric Properties of Products, Sen-i Gakkaishi, 48(9): 461-466 (1992).

[9] Nakayama E., Kohara N., Toyoda H.,Dielectric Properties of Cyanoethylated Amylopectins, Sen-i Gakkaishi, 51(5): 200-206 (1995).

[10] Fard H.O., Moghaddam A.G., Shamsi M., Ataei S.A., Mechanical Properties and Kinetics of Thermal Degradation of Bioplastics based on Straw Cellulose and Whole Wheat Flour, Iranian Journal of Polymer Science and Technology., 25(1):65-75 (2012).

[11] Hassan M.L., Rowell R.M., Fadl N.A., Yacou S.F., Christainsen  A.W., Thermoplasticization of Bagasse. I. Preparation and Characterization of Esterified Bagasse Fibers, J. Appl. Polym. Sci., 76(4):561-574 (2000).

[12] French, A. D., Cintrón, M. S., Cellulose Polymorphy, Crystallite Size, and the Segal Crystallinity Index, Cellulose, 20(1), 583-588 (2009).

[13] Segal, L., Creely J., Martin A., Conrad C., An Empirical Method For Estimating the Degree of  Crystallinity  of  Native  Cellulose  Using  the  X-ray  Diffractometer, Text. Res. J., 29(10): 786-794 (1959).

[14] Nada A., Hassan M.L., Thermal Behavior of Cellulose and Some Cellulose Derivatives, Polym. Degrad. Stabil., 67(2):111-115 (2000).