پديد آورندگان :
ايزي، صديقه دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان - گروه تكنولوژي و مهندسي چوب , يوسفي، حسين دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان - گروه تكنولوژي و مهندسي چوب , مشكور، مهدي دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان - گروه تكنولوژي و مهندسي چوب , رسولي، داود دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان - گروه تكنولوژي و مهندسي چوب
كليدواژه :
نانو الياف سلولز , نانو الياف كيتين , نانو كاغذ , خواص فيزيكي , خواص مكانيكي
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: در دو دهه گذشته، نانومواد زيستي پايدار نظير نانوسلولز و نانوكيتين مورد توجه زياد محققان جهت توليد محصولات در زمينه‌هاي مختلف قرار گرفته است. از جمله خواص بسيار مهم اين نانو مواد زيستي مي‌توان به زيست‌سازگاري، زيست‌تخريب‌پذيري، تجديدشوندگي، در دسترس بودن ماده اوليه ارزان و فراوان، خواص مكانيكي بالا و همچنين ايمن بودن آن‌ها اشاره كرد. براساس اين خواص كاربردهاي متعدد براي اين دو نانوپليمر زيستي ايجاد شده است. يكي از اين محصولات، نانوكاغذ است كه از طريق ايجاد پيوندهاي هيدروژني بين نانواليافهاي سلولز يا كيتين تشكيل شده و در توليد آن از مواد افزودني يا چسب استفاده نمي‌گردد. در سال‌هاي اخير تمركز بر توليد نانوكاغذ، بهينه‌سازي ويژگيهاي آن و استفاده از آن در ساخت محصولات با تكنولوژي بالا رو به افزايش است. با عنايت به اهميت فني و كاربردي نانوسلولز و نانوكيتين و نانوكاغذ تهيه شده از آن‌ها و نيز لزوم بررسي و ارزيابي هر چه بيشتر اين محصولات جهت انجام تحقيقات كاربردي آتي، در اين مطالعه در نظر است تا نانوكاغذ نانوالياف سلولز و نانوالياف كيتين تشكيل شده و خواص فيزيكي و مكانيكي آن‌ها با هم مقايسه گردند. مواد و روش‌ها: براي انجام اين مطالعه ژل نانوالياف سلولز و ژل نانوالياف كيتين از شركت نانونوين پليمر تهيه شد. بعد از تعيين درصد غلظت ژل‌ها، جهت ساخت نانوكاغذ از ژل نانوالياف كيتين و ژل نانو الياف سلولز ابتدا با دستگاه دست‌ساز فيلتراسيون خلأ نمد اوليه فيلم‌ها تشكيل شده و سپس با دستگاه آون خلأ به مدت 24 ساعت با دماي 70 درجه سانتي‌گراد خشك شدند. به‌منظور بررسي ويژگيهاي نانوكاغذهاي حاصل، از آزمون‌هاي مختلف مانند ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM ) ، شفافيت كيفي و كمي، پراش پرتو ايكس (XRD ) ، كشش استاتيك و نفوذپذيري به هوا استفاده شد. يافته‌ها: نتايج نشان داد متوسط قطر نانوسلولز و نانوكيتين به ترتيب 35 و 26 نانومتر بوده است. نانوكاغذ تهيه شده از هر دو نانوساختار كاملاً نسبت به عبور هوا نفوذناپذير بودند. پيك‌هاي XRD نانوسلولز و نانوكيتين كاملاً با يكديگر متفاوت بوده و درجه كريستالي آن‌ها به ترتيب 90 و 68 درصد محاسبه شد. مقاومت كششي، مدول يانگ و كرنش نانوكاغذ تهيه شده از نانوكيتين از مقادير متناظر نانوكاغذ تهيه شده از نانوسلولز بيشتر بودند.
نتيجه‌گيري: نانوسلولز و نانوكيتين از جمله نانوموادي هستند كه اغلب ويژگيهاي مناسب فني، محيط زيستي و اقتصادي را به‌طور يك‌جا در خود دارند. نانوكاغذ تهيه شده از آن‌ها نيز ويژگيهاي مناسب فيزيكي و مكانيكي نظير نفوذناپذيري به هوا، شفافيت و مقاومت بالا از خود نشان داده است لذا بر مبناي اين ويژگي‌ها و روند رو به رشد تحقيقات مرتبط، انتظار مي‌رود در آينده نزديك كاربردهاي وسيع‌تري در زمينه-هاي پزشكي، مهندسي پزشكي، صنايع غذايي، كاغذسازي، الكترونيك و مغناطيس و ... پيدا نمايد.
چكيده لاتين :
Background and objective: During last two decades, nano-biomaterials like cellulose nanofiber (CNF) and chitin nanofiber (ChNF) have attracted the attention of many researchers to make different products. The most important properties of these nanomaterials are bio-compatibility, bio-degradability, renewability, owning cheap available raw materials, owning high mechanical properties and safety. Based on these promising properties, a wide variety of applications have been created for these nanomaterials. One of these products is transparent and tough nanopaper in which hydrogen bounds are created among nanofibers with no adhesive or additives. In recent years, many researchers have been focused on the production, optimization of properties and utilization of CNF and ChNF nanopapers in different applications. Based on the technical and functional properties of CNF and ChNF and nanopapers, as well as the necessity of doing more investigation and evaluation on these nano-materials and nano-products for the future researches and applications, it was aimed to compare the properties of CNF and ChNF nanopapers in this study.
Materials and methods: To do this research, CNF and ChNF gels were prepared from Nano Novin Polymer Co. (Iran). To make nanopapers, the gels were first converted to mat using vacuum filtration process and then the mats dried in a vacuum oven at 70 °C for 24h. The fabricated CNF and ChNF nanopapers were characterized using atomic force microscope (AFM), qualitative transparency, X-ray diffraction (XRD), tensile, and air permeability tests.
Results: The results showed that the average diameter of CNF and ChNF was 35 and 26 nm, respectively. The nanopapers prepared from both CNF and ChNF showed complete barrier properties against air. The XRD curves of CNF and ChNF nanopapers were completely different. The crystallinity index of CNF and ChNF nanopapers obtained were 68% and 90%, respectively. The tensile strength, Young’s modulus and strain of ChNF nanopaper were higher than those of CNF nanopaper.
Conclusions: CNF and ChNF are both nanomaterials simultaneously owning the most important technical, economic and environmental properties. Also, the nanopapers made from these nanofibers showed promising physical and mechanical properties including complete barrier properties to air, high transparency, and mechanical properties; hence, based on these promising properties and ongoing intensive researches on this product, CNF and ChNF expects to be used in a wide varieties of applications including medicine, papermaking, electronic, magnetic, food packaging, etc. Keywords: Cellulose nanofiber, Chitin nanofiber, Nanocellulose nanopaper, Physical properties, Mechanical properties.
