بررسي خواص داي الكتريك نانوبيو كامپوزيت سلولزباكتريايي - رزين ترموست

Investigation of dielectric properties of bacterial cellulose-thermoset resin nanobiocomposite

سابقه وهدف : سلولز فراوانترين پليمر كره زمين است واز اهميت صنعتي زيادي برخوردار است .يكي ازكاربردهاي سلولزخام استفاده به عنوان عايق الكتريكي است. مشكل اصلي كاغذ سلولزي براي استفاده در كاربردهاي عايقي متخلخل بودن كاغذ و جذب رطوبت آن است. بنابراين به منظور خارج نمودن رطوبت در حفرات ،كاغذ توسط روغن و يا رزين اشباع مي شود.هدف از انجام اين پژوهش استفاده ازباكتري به منظور توليد سلولز و تهيه كاغذ وكامپوزيت عايقي از سلولزباكتريايي مي باشد. مقايسه خواص فيزيكي كاغذ و كامپوزيت بدست آمده از سلولز باكتريايي با كاغذ و كامپوزيت حاصل از خمير كرافت سوزني برگ از ديگر اهداف پژوهش حاضر مي باشد. مواد وروش ها :.باكتري G.Xylinus درمحيط كشت استاتيك هسترين – شرام در دماي 28درجه سانتي گراد به مدت 30 روز كشت داده شد. سلولز باكتريايي توليد شده ضخامت 10ميلي متر داشت .فيلمهاي سلولز باكتريايي توليد شده، شستشو و خالص سازي شدند . در مرحله بعد فيلم ها به قطعات كوچكي بريده شده والياف توسط مخلوط كن خانگي ودستگاه كلوخه زداي استاندارد خمير درآزمايشگاه از هم جدا شدند. سوسپانسيون آبي خمير كرافت آماده شد .درصدهاي متفاوت سلولز باكتريايي (10،15، 5درصد ) به سوسپانسون اضافه شد .از دستگاه كاغذ ساز آزمايشگاهي به منظور تهيه كاغذهاي دست ساز استفاده شد. كاغذ سلولز باكتريايي خالص توسط روش خلا تهيه شد. كاغذهاي تهيه شده خشك و شرايط دهي شدند.كاغذهاي خشك شده در رزين فنل فرمالدهيد غوطه ورشده و از هر تيمار 5 عدد برروي هم قرار گرفته و پرس شدند .دما و فشار پرس به ترتيب 150 درجه سانتي گراد و 100مگا پاسكال در نظر گرفته شد. يافته ها : به منظور بررسي خواص فيزيكي نمونه ها از آزمون هاي XRD،FTIR ، درجه بسپارش ونيز آزمونهاي عايقي شامل اتلاف داي الكتريك، ثابت داي الكتريك،ظرفيت داي الكتريك و ولتاژ شكست داي الكتريك انجام شد.در صدسلولز باكتريايي به عنوان متغير (100،15،10 و 5درصد) در نظر گرفته شد. نتايج XRD نشان داد درصد بلورينگي و اندازه بلور سلولز باكتريايي از خمير كرافت سوزني برگ بيشتر و بزرگتر استنتايج درجه بسپارش نشان داد درجه بسپارش سلولز باكتريايي از سلولز گياهي بيشتر است. نتايج طيف سنجي FTIR پيوند ايجاد شده بين سلولز و رزين فنل فرمالدهيد را نشان داد وهمچنين بر حضور ليگنين در خمير كرافت سوزني برگ دلالت داشت.. نتايج تست هاي عايقي نشان دادند بيشترين و كمترين فاكتور اتلاف داي الكتريك در كاغذها به ترتيب مربوط به كاعذ سوزني برگ وكاغذ سلولز باكتريايي مي باشد. نتايج نشان داد با افزايش سلولز باكتريايي از 5درصد به 15 درصد فاكتور اتلاف داي الكتريك افزايش يافت .فاكتور اتلاف داي الكتريك در كامپوزيت ها روند افزايشي نشان داد. بيشترين وكمترين ظرفيت و ثابت داي الكتريك به ترتيب مربوط به كاغذ سوزني برگ و كاغذ سلولز باكتريايي مي باشد. افزاودن سلولز باكتريايي به كاغذها ي دست سازخمير كرافت منجر به افزايش ظرفيت و ثابت داي الكتريك شد.كامپوزيت هاي حاصله نيز روندمشابه با آنچه گفته شد نشان دادند. ولتاژ شكست داي الكتريك در كاغذها و كامپوزيت ها با افزايش سلولز باكتريايي افزايش يافت. نتيجه گيري: نتايج نشان داد بلورينگي، اندازه بلور و درجه بسپارش سلولز باكتريايي از سلولز گياهي بيشتر بود. همچنين كاغذ دست ساز سلولز باكتريايي نسبت به كاغذ گياهي فاكتور اتلاف ، ثابت داي الكتريك و ظرفيت داي الكتريك كمتري داشت. اما ولتاژ شكست بيشتري از خود نشان داد.

Background and objective: Cellulose is the most abundant polymer on earth and has enormous industrial importance. One of the common applications for native cellulose is using as an electrical insulator. The main hurdle of cellulose as application in electrical insulators is porosity and hygroscopicity of paper. Thus to remove humidity from pores, paper is impregnated by oil or resins. The aim of this research is using of bacteria to produce cellulose and preparation insulator composite and paper from bacterial cellulose. The other purpose is comparison physical properties them with composite and paper produced from kraft pulp. Material and Methods: The organism used was Gluconacetobacter xylinus (BPR 2004) which was purchased from IROST, Iran. Kraft pulp was prepared from a factory of Mazandaran wood and paper. G. xylinus was incubated in a static Hestrin-Schramm culture at 28°c For 30 days. The obtained BC pellicles had 10mm thick. Then, BC pellicles purified and washed by deionized water. The pellicles were cut into small pieces and disintegrated by blender and standard pulp-disintegrator in lab. Aqueous suspension of kraft pulp was prepared. The content of bacterial cellulose that was added to suspension, was as follows: %5, 10 % and 15%. To prepare hand sheets of kraft pulp and kraft pulp- BC was used from the hand sheet maker. BC sheets were prepared from disintegrated BC by vacuum method. The handsheets were dried in the oven then conditioned. Basis weight of hand sheets was considered 60g/m2. Dried handsheets were immersed in phenolic resin (PF). To obtain composites, 5 immersed handsheets from every treatment layup and hot pressed at 150 °c and 100Mpa for 10min. Then obtained samples were conditioned. Findings: To investigate of physical properties of samples was used from DP, XRD, FTIR, FESEM tests and also insulation tests composed of Loss tangent, capacitance, dielectric constant and break down voltage was used. The result showed the degree of polymerization (DP) bacterial cellulose was upper than kraft pulp. The result of X-ray diffraction indicated, crystallinity and crystalline size of bacterial cellulose was upper that kraft pulp. Air penetration test in hand sheets demonstrates thatwith increasing bacterial cellulose decrease porosity and the air couldn’t penetrate in handsheet. Kraft paper showed most air penetration and also most porosity. FE-SEM images showed morphology and structure of samples. Findings of FTIR demonstrate the interaction between reinforcement and matrix in composites. Dielectric properties were measured as loss tangent, capacitance, dielectric constant and breakdown voltage. The results showed BC and kraft paper had minimum and maximum loss tangent in order and this is conversely in its composite. With increasing of bacterial cellulose from 5-15%, loss tangent increased in hand sheets and its composites. Capacitance and dielectric constant showed the similar trend to loss tangent. The breakdown voltage of hand sheets and composites increased with enhancement of bacterial cellulose. Conclusion: The results showed; crystallinity, crystal size and degree of polymerization of bacterial cellulose were upper than kraft pulp. Furthermore, hand sheets of bacterial cellulose had lower dielectric loss factor, dielectric constant, Capacitance. However, dielectric breakdown voltage of bacterial cellulose handsheets was upper.