توليد و ارزيابي خواص نانوكامپوزيت‌ ‌لايه‌اي سلولزي چوب و باكتري حاوي رزين اپوكسي‌

سابقه و هدف: در دو دهه گذشته، نانومواد زيستي پايدار نظير نانوسلولز (نانوالياف سلولز باكتري و نانوالياف سلولز چوب) مورد توجه زياد محققان جهت توليد محصولات در زمينه‌هاي مختلف قرار گرفته است. از جمله خواص بسيار مهم نانومواد زيستي مي‌توان به زيست‌سازگاري، زيست‌تخريب‌پذيري، تجديدشوندگي، در دسترس بودن ماده اوليه ارزان و فراوان، خواص مكانيكي مناسب و همچنين ايمن بودن آن‌ها اشاره كرد. براساس اين خواص كاربردهاي متعدد براي اين نانوپليمر زيستي ايجاد شده است. يكي از اين محصولات، نانوفيلم است كه از طريق ايجاد پيوندهاي هيدروژني بين نانواليافهاي سلولزي تشكيل شده و در توليد آن از مواد افزودني يا چسب استفاده نمي‌گردد. هنگامي‌كه نانوالياف سلولز باكتري (BCNF) و نانوالياف سلولز چوب (WCNF) به‌صورت فيلم به‌عنوان تقويت‌كننده در ساخت نانوكامپوزيت‌هاي لايه‌اي استفاده مي‌شوند، به‌دليل وجود ساختار شبكه‌اي سلولزي توانايي تقويت عالي را نشان مي‌دهند. در سال‌هاي اخير تمركز بر توليد نانوكامپوزيت‌، بهينه‌سازي ويژگيهاي آن و استفاده از آن در ساخت محصولات با تكنولوژي بالا رو به افزايش است. با عنايت به اهميت فني و كاربردي نانوالياف سلولز، نانوفيلم (لايه) سلولزي و نانوكامپوزيت تهيه‌شده 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 خواص فيزيكي و مكانيكي نانوكامپوزيت لايه‌اي سلولزي چوب و باكتري مورد بررسي و مقايسه قرار گيرد. مواد و روش‌ها: براي انجام اين مطالعه ژل نانوالياف سلولز چوب و فيلم تر نانوالياف سلولز باكتري استفاده شد. براي ساخت نانوكامپوزيت‌هاي لايه‌اي نانوالياف سلولز چوب، ابتدا نانو لايه سلولزي چوب با استفاده از نانوالياف سلولز چوب و روش وكيوم-فيلتراسيون ساخته شد و در مرحله بعد جابجايي حلال نانو لايه ها با اتانول و استون طي چند مرحله صورت گرفت. سپس رزين اپوكسي، هاردنر و استن با نسبت 20:10:70 مخلوط و روي همزن مغناطيسي جهت حذف حباب قرار گرفت، در مرحله بعد نانولايه سلولزي با رزين اپوكسي آغشته شده و به‌تعداد 4 لايه روي هم قرار گرفتند و سپس نانوكامپوزيت لايه‌اي با دستگاه پرس گرم به‌مدت 3 ساعت با دماي 60 درجه سانتي‌گراد و فشار 25 بار خشك شدند. مراحل ساخت نانوكامپوزيت لايه‌اي سلولز باكتري مشابه نانوكامپوزيت‌هاي لايه‌اي سلولز چوب مي‌باشد با اين تفاوت كه به‌منظور تهيه نانولايه سلولز باكتري، فيلم تر نانوالياف سلولز باكتري در پرس گرم با دماي 70 درجه ‌سانتيگراد و به‌مدت 3 ساعت خشك شد و در مرحله بعد نانوكامپوزيت لايه‌اي مربوطه ساخته شد. به‌منظور بررسي ويژگي‌هاي نانوكامپوزيت‌هاي حاصل، از آزمون‌هاي مختلف مانند ميكروسكوپ الكتروني روبشي (FESEM) ، پراش پرتو ايكس (XRD ) ، طيف‌سنجي مادون قرمز (ATR-FTIR)، كشش استاتيك و جذب آب استفاده شد.يافته‌ها: نتايج نشان داد متوسط قطر نانوسلولزباكتري و نانوسلولزچوب به‌ترتيب 15±32 و 16±36 نانومتر بوده است. جذب آب نانوكامپوزيت لايه‌اي نسبت به نانولايه تهيه‌شده از هر دو نانوساختار پايين‌تر بودند. پيك‌هاي XRD نانوسلولزباكتري و نانوسلولزچوب با يكديگر متفاوت بوده و درجه كريستالي آن‌ها به ترتيب 87 و 69 درصد محاسبه شد. مقاومت كششي، مدول يانگ و كرنش نانوكامپوزيت لايه‌اي تهيه‌شده از نانوسلولزباكتري از مقادير متناظر نانوكامپوزيت لايه‌اي تهيه‌شده از نانوسلولزچوب بيشتر بودند. نتيجه‌گيري: نانوكامپوزيت‌هاي لايه‌اي تهيه‌شده از نانوالياف سلولزي ويژگي‌هاي مناسب فيزيكي و مكانيكي نظير جذب آب پايين 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 زمينه‌هاي هوافضا، اتومبيل، پزشكي، مهندسي پزشكي، صنايع غذايي، فيلم‌سازي، الكترونيك و مغناطيس و ... پيدا نمايد.