تهيه و ارزيابي آيروژل نانو سلولزي كندسوز شده با سديم بي كربنات

سابقه و هدف: آيروژل‌هاي نانوسلولزي مواد جامد، متخلخل و با اندازه‌ منافذ نانومتري هستند كه از جايگزيني مايع (هيدروژل) با گاز تشكيل شده‌اند. تهيه‌ي آيروژل‌هاي نانوسلولزي شامل دو مرحله اصلي تهيه هيدروژل از يك محلول و حذف حلال از طريق تصعيد به روش خشك‌كردن انجمادي يا فوق بحراني با تبادل حلال انجام مي‌شود. اين مواد به واسطه‌ي ويژگي‌هاي مطلوب نظير دانسيته فوق سبك، ساختار متخلخل، زيست ‌تخريب‌پذير و دوست‌دار محيط زيست بودن، طيف كاربردي گسترده‌اي در صنايع مختلف از جمله پزشكي، دارويي، نظامي، دفاعي و ... دارند. به رغم مزاياي فوق، داراي معايبي همچون قابليت اشتعال‌‌ در معرض حرارت يا آتش نيز هستند كه كاربرد آن‌ها را در بسياري از موارد محدود مي‌كند. بنابراين اصلاح نانوالياف سلولزي با مواد كندسوزكننده امري ضروري به نظر مي‌رسد.مواد و روش‌ها: براي توليد آيروژل‌هاي نانوسلولز، ژل نانوسلولز با غلظت 2 درصد وزني، از شركت نانونوين ‌پليمر تهيه شد. به منظور كندسوز كردن آيروژل‌هاي نانوسلولزي، سديم‌بي‌كربنات‌ به ميزان 20 درصد وزن خشك ژل نانوسلولز، به آن افزوده شد. سوسپانسيون حاصل به مدت 30 دقيقه، روي همزن مغناطيسي با سرعت 1200 دور‌ در دقيقه قرار گرفت تا هيدروژل يكنواختي تشكيل شود. سپس هيدروژل‌هاي نانو سلولز شاهد (CNF) و تيمار شده با سديم‌بي‌كربنات‌ (CNF+SBC) در قالب‌هاي مسي ريخته شد و به مدت 24 ساعت در يخچال با دماي 2 درجه سانتي‌گراد قرار گرفت. پس از آن، قالب‌ها از يخچال خارج و جهت انجماد سريع، مستقيما به حمام نيتروژن مايع منتقل شدند. بلافاصله قالب هاي موردنظر به مدت 48 ساعت، در دستگاه خشك‌كن انجمادي قرار گرفته و آيروژل نانوسلولزي شاهد و تيمار‌شده با سديم‌بي‌كربنات‌ تهيه شدند.يافته‌ها: نتايج حاصل از طيف FTIR، حضور سديم‌بي‌كربنات در ساختار آيروژل‌هاي كندسوز شده را تاييد كرد. همچنين، بر اساس مشاهدات SEM و BET، مشخص شد كه اين ماده در آيروژل نانوسلولزي موجب كاهش تخلخل و مساحت سطح ويژه گرديد. در بررسي ويژگي‌هاي حرارتي آيروژل‌ها گزارش شد كه آيروژل‌هاي نانوسلولزي شاهد پايداري حرارتي كمتري نسبت به آيروژل‌هاي نانو سلولزي كندسوز داشتند و باقيمانده نمونه‌هاي تيمار شده حدود 30 درصد بيشتر از آيروژل‌هاي نانوسلولزي شاهد بود. آزمون اشتعال‌پذيري نيز صحت اين ادعا را تاييد كرد و حضور دي‌اكسيد‌كربن با محدود كردن اكسيژن مورد نياز در حين فرآيند اشتعال محدود، از سوختن بيشتر آيروژل جلوگيري كرد. ساختار بلوري سلولز در آيروژل‌هاي نانو سلولزي حاوي سديم‌بي‌كربنات نسبت به شاهد، بدون تغيير باقي ماند و مقاومت و مدول فشاري آيروژل تيمار شده به دليل كاهش درجه بسپارش، نسبت به آيروژل نانوسلولز شاهد كاهش يافت. براي اين محصول مي‌توان كاربردهايي اعم از صنعت ساختمان‌سازي يا عايق حرارتي در صنايع نفت و گاز و نساجي و ابزارهاي ذخيره و توليد انرژي متصور شد. نتيجه‌گيري: به ‌طور‌‌كلي تيمار سديم‌بي‌كربنات به توليد آيروژل‌هاي نانو سلولزي سبك و كندسوز‌ انجاميد كه كاملاً سبز و دوست‌دار محيط زيست مي‌باشد.