مقايسة خواص فيزيكي‌ـ‌شيميايي نانوالياف سلولزي جدا‌شده از ساقه و پوست كنف

Comparison between the Chemical-physical Characteristics of Kenaf Bast and Stem Nanofibers

در این تحقیق، خواص فیزیكی و شیمیایی نانوالیاف سلولزی حاصل از ساقه و پوست كنف با استفاده از تصویربرداری میكروسكوپ الكترونی عبوری (TEM)، طیف‌سنجی ((FTIR، آنالیز توزین حرارتی (TGA)، و پراش پرتو (XRD) X بررسی شد. بدین‌منظور، با انجام تیمارهای شیمیایی‌ـ‌مكانیكی، نانوالیاف سلولزی الیاف ساقه و پوست كنف جداسازی شد. روش تولید خمیركاغذ بر پایة فرایند سودا‌ـ‌آنتراكینون همراه با یك فرایند رنگ‌بری سه‌مرحله‌‌ای به‌عنوان تیمار شیمیایی و عملیات پالایش، خردكردن در نیتروژن مایع، و هموژنیزه‌كردن الیاف تحت فشار بالا به‌ عنوان تیمار مكانیكی به‌كار گرفته شد. سپس، ابعاد و مورفولوژی نانوالیاف حاصله با استفاده از TEM بررسی شد. نتایج به‌‌دست‌آمده نشان داد قطر نانوالیاف حاصل از پوست كنف ضخیم‌تر از نانوالیاف به‌‌دست‌آمده از ساقة كنف است؛ در حالی ‌‌كه میانگین طول هر دو نوع نانوالیاف حاصل بالغ بر چندین میكرون و تقریباً برابر بود. نتایج حاصل از بررسی نانوالیاف ساقه و پوست با استفاده از اشعة مادون قرمز نشان داد گروه‌های فعال موجود در هر دو نوع نانوالیاف شبیه بوده و اختلاف معنی‌‌داری بین آن‌ها مشاهده نمی‌‌شود. آنالیز حرارتی نانوالیاف جدا‌شده از پوست و ساقة كنف نشان داد پایداری حرارتی نانوالیاف حاصل از پوست به‌‌مراتب بیشتر از نانوالیاف استخراج‌شده از ساقه است. همچنین، اشعة ایكس به‌‌خوبی نشان داد تیمارهای شیمیایی‌ـ‌مكانیكی به‌‌كار‌گرفته‌شده در این تحقیق موجب افزایش درصد كریستالیتة نانوالیاف شده است؛ به‌‌طوری كه درصد كریستالیتة نانوالیاف حاصل از پوست كنف در حدود 81 درصد، و مقدار آن برای نانوالیاف حاصل از ساقة كنف در حدود 63 درصد بوده است.

In the present study, chemical-physical properties of nanofibers isolated from whole kenaf stem andkenaf bast fibers were characterized by Transmission Electron Microscope (TEM), Fourier TransformInfrared (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), and X-ray Diffraction (XRD) analysis. Theisolation was done using chemo-mechanical processing where the chemical methods were based onNaOH-AQ (anthraquinone) and three-stage bleaching (DEpD) processes. The mechanical techniquesinvolved refining, cryo-crushing and high-pressure homogenization. Microscopy study showed thatthe diameter range of isolated nanofibers from kenaf stem was finer than kenaf bast nanofibers, whiletheir length was similar and in the micrometer range. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)study demonstrated that the functional groups for both nanofibers were almost the same and nosignificant differences were observed. The results from thermo-gravimetric analysis showed a betterthermal stability for kenaf bast nanofibers compared to the kenaf stem nanofibers. X-ray analysisrevealed that the crystallinity of the studied nanofibers was increased after the chemo-mechanicalisolation process. In addition, the crystallinity was 81% and 63% for kenaf bast and kenaf stemnanofibers, respectively.