پايداري گرمايي نانو فيبر سلولزي سيانو اتيل دار شده

Thermal Stability of Cyanoethylated Cellulose Nanofiber

در چند دهه گذشته علاقمندي به پژوهش و استفاده از نانوفيبر سلولزي به طور چشمگيري افزايش يافته است. بنابراين اصلاح سطح نانوفيبر سلولزي به صورت شيميايي مي تواند با ايجاد ويژگي جديد و يا بهبود ويژگي هاي آنبا حفظ ويژگي هاي ذاتي نانوفيبر كاربردهاي جديدي را براي آن معرفي كند. در اين پژوهش به منظور افزايش پايداري گرمايي نانوفيبر سلولزي، سيانواتيلاسيون توسط پيوندزني با آكريلونيتريل در دماي °C60 و در شرايط قليايي انجام شد. پس از تعيين ميزان نيتروژن با روش كجدال درجه استخلاف نمونه هاي سيانو اتيل دار محاسبه شد. افزون بر اين ساختار شيميايي نانوفيبر سلولزي اصلاح شده توسط پرتو بيني FTIR و آناليز پراش پرتو ايكس (XRD) شناسايي شد. سپس پايداري گرمايي نانوفيبر سلولزي اصلاح شده با استفاده از آناليز گرمايي وزن‌سنجي (TGA) در سه رژيم دمايي °C/min 10، °C/min 15 و °C/min 20 در جو نيتروژن ارزيابي شد. منحني‌هاي مشتق (DTG)TG با استفاده از داده‌هايTGA رسم شدند و با توجه به داده‌هاي تجربي، انرژي فعال‌سازي محاسبه شد. نتيجه هاي اندازه گيري ميزان نيتروژن، دستيابي به درجه استخلاف 87/0 را در شرايط واكنش نشان دادند. همچنين سيانواتيلاسيون نمونه ها با تحليل پرتوهاي FTIR و مقايسه آن با پرتو نمونه شاهد و آشكارسازي نوار جذب در 1cm 2250 منتسب به گروه‌هاي نيتريل تأييد شد. بررسي ساختار نانو فيبر سلولزي سيانواتيل‌دار شده با روش پراش پرتو ايكس، كاهش بلورينگي آن را در اثر سيانواتيلاسيون تأييد كرد. نتيجه هاي مطالعه هاي TGAنيز پايداري گرمايي بيش تر نانوفيبر سلولزي سيانواتيل‌دار شده را در مقايسه با نمونه اصلاح نشده نشان دادند. همچنين تجزيه گرمايي نمونه هاي اصلاح نشده و سيانواتيل دار شده هر دو طي يك مرحله رخ داد و با زياد شدن نرخ گرما دهي افزايش پيدا كرد. همچنين انرژي فعال‌سازي كمتري براي نانوفيبر سلولزي سيانواتيل‌دار شده در مقايسه با نانوفيبر سلولزي اصلاح نشده ديده شد. به طور كلي به نظر مي رسد كه پيوند زني آكريلونيتريل به نانوفيبر سلولزي مي تواند به واسطه بهبود پايداري گرمايي و ايفاينقش به عنوان نرم كننده دروني و بهبود ويژگي هاي ترموپلاستيكي، استفاده از آن را در كاربردهاي خاص توسعه دهد.

Interest in research and development as well as utilization of Cellulose NanoFiber (CNF) has increased drastically over last decades. Therefore, surface chemical modification and improvement of CNF properties can open up new applications with giving new property while keeping its inherent properties. In this research, in order to enhance thermal stability of CNF cyanoethylation was carried out by acrylonitrile grafting at 60°C under alkaline condition. Degree of Substitution (DS) of cyanoethylated samples was calculated after determination of nitrogen content by Kjeldahl method. Moreover, the chemical structure of modified CNF was characterized with FTIR spectroscopy and XRay Diffraction (XRD) pattern analyses. Thermal stability of modified CNF was then assessed by ThermoGravimetric Analysis (TGA) at three heating rate of 10ºC/min, 15ºC/min, and 20ºC/min under nitrogen atmosphere. Differential ThermoGravimetry (DTG) curves were plotted using TGA data and activation energies were calculated from experimental data. Results of nitrogen content measurements demonstrated DS=0.87 achievement. In addition, cyanoethylation of CNF was confirmed by FTIR spectra analyses in comparison with control samples and detection of absorption band at 2250 cm1 which is attributed to nitrile groups. Decrease in CNF crystalinity due to cyanoethylation was demonstrated by XRD analyses. Results of TGA also indicated high thermal stability of cyanoethylated CNF in comparison with unmodified CNF. Moreover, thermal decomposition of both untreated and cyanoethylated CNF occurred in one stage and increased with increasing heating rate. Also low activation energy was observed in cyanoethylated CNF than unmodified CNF. It seems that grafting of acrylonitrile to CNF can increase its utilization in special applications due to improving thermal stability and giving thermoplasticity because of playing role as internal plasticizer.