اصلاح سطحی نانوبلورهای سلولزی با استفاده از پلاسمای رادیوفرکانسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشجوی دکتری، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

در این تحقیق تاثیر پلاسمای رادیوفرکانسی هگزامتیل‌دی‌سیلوکسان (HMDSO) روی خواص فیزیکی و آب گریزی نانوبلورسلولز (CNC) بررسی شده است. از این رو شاخص بلورینگی، تغییرات در گروه‌های عاملی، توپوگرافی سطح فیلم ها، پایداری حرارتی CNC و نانوبلورسلولز بعد از تیمار پلاسما (mCNC)، پراکنش در حلال‌های قطبی و غیر قطبی و زاویه تماس استاتیک بررسی شدند. طیف‌بینی XRD، عدم تغییر شاخص بلورینگی CNC را در اثر تیمار پلاسما نشان داد. جایگزینی بخشی از گروه‌های هیدروکسیل با گروه‌های Si به‌وسیله طیف‌سنجی FTIR تایید شد. تصاویر میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، افزایش ناهمواری سطح فیلم mCNC را نشان داد و آنالیز حرارتی TGA، افزایش میزان پایداری حرارتی mCNC را نسبت به CNC به اثبات رساند. بهبود خواص آب‌گریزی mCNC به‌وسیله اندازه‌گیری زاویه تماس نشان داده شد. همچنین بررسی پراکندگی mCNC در استون نشان داد که تیمار پلاسمای HMDSO روشی مناسب برای پراکنش بهتر و پایدارتر mCNC در حلال های غیر قطبی است.

کلیدواژه‌ها


[1]    Panchal, P., Ogunsona, E., and Mekonnen, T., 2018. Trends in advanced functional material applications of nanocellulose. Processes, 47(7):3957-3962.
[2]    Geng, S., Wei, J., Aitomäki, Y., Noël, M., and Oksman, K., 2018. Well-dispersed cellulose nanocrystals in hydrophobic polymers by in situ polymerization for synthesizing highly reinforced bionanocomposites. Nanoscale, 10:11797-11807.
[3]    Thompson, L., Azadmanjiri, J., Nikzad, M., Sbarski, I., Wang, J., and Yu, A. 2019. Cellulose nanocrystals: production, functionalization and advanced applications. Advanced Materials Science, 58:1-16.
[4]    Hunnekens, B., Avramidis G., Ohms, G., and Militz, H., 2018. Impact of plasma treatment under atmospheric pressure on surface chemistry and surface morphology of extruded and injection-molded wood-polymer composites (WPC). Applied Surface Science, 441:564-574.
[5]    Lee, E., Lee, C., Chun, Y., Han, C., and Lim, D., 2017. Effect of hydrogen plasma-mediated surface modification of carbon fibers on the mechanical properties of carbon-fiber-reinforced polyetherimide composites. Composites Part B Engineering, 116:451-8.
[6]    Yanez-Pacios, A.J., and Martın-Martınez, J.M., 2018. Improved surface and adhesion properties of wood polyethylene composite by treatment with argon-oxygen low-pressure plasma. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 38:871-886.
[7]    Wang, F., Sun, D.L., Hong, R.Y., and Kumar, M.R. 2017. Surface treatment of carbon nanoparticles by nitrogen/oxygen alternating current arc discharge and the application in ABS/ EPDM composites. Composites Part B Engineering, 129:97-106.
[8]    Ohkubo, Y., Ishihara, K., Sato, H., Shibahara, M., Nagatani, A., and Honda, K., 2017. Adhesive free adhesion between polytetrafluoroethylene (PTFE) and isobutylene-isoprene rubber (IIR): via heat assisted plasma treatment. RSC Advances, 7(11):6432-6438.
[9]    Segal, L., Creely, J., Martin, A., and Conrad, C. 1959. An empirical method for estimating the degree of crystallinity of native cellulose using the X-ray diffractometer. Textile Research Journal, 29:786-794.
[10] Khanjanzadeh, H., Behrooz, R., Bahramifar, N., Gindl-Altmutter, W., Bacher, M., Edler, M., and Griesser, T., 2017. Surface chemical functionalization of cellulose nanocrystals by 3-aminopropyltriethoxysilane. International Journal of Biological Macromolecules, S0141-8130(17):32178-32185.
[11] Ommatzsch, U., and Ihde, J., 2009. Plasma polymerization of HMDSO with an atmospheric pressure plasma jet for corrosion protection of aluminum and low-adhesion surfaces. Plasma Process. Polymer, 6:642-648.
[12] Lin, N., and Dufresne, A., 2014. Surface chemistry, morphological analysis and properties of cellulose nanocrystals with gradiented sulfation degrees. Nanoscale, 6:5384-5393.
[13] Wang, Y., 2011. The uniform Si-O coating on cotton fibers by an atmospheric pressure plasma treatment. Journal of Macromolecular Science Part B: Physics, 50:1739-1746.
[14] Frone, A.N., Panaitescu, D.M., Chiulan, I., Nicolae, C. A., Vuluga, Z., Vitelaru, C., and Damian, C. M., 2016. The effect of cellulose nanofibers on the crystallinity and nanostructure of poly(lactic acid) composites. Journal of Materials Science, 51(21):9771-9791.
[15] Pinto, M.C.E., Silva, D.D. Gomes, A.L.A., Leite, Moraes, A.R.F., Novais, R.F., Tronto, J., and Pinto, F.G., 2019. Film based on magnesium impregnated biochar/cellulose acetate for phosphorus adsorption from aqueous solution. RSC Advances, 9(10):5620-5627.
[16] Espino-Pérez, E., Domenek, S., Belgacem, N., Sillard, C., and Bras, J., 2014. Green process for chemical functionalization of nanocellulose with carboxylic acids. Biomacromolecules, 15(12):4551-4560.
[17] Kim, D.-Y., Lee, B.-M., Koo, D.H., Kang, P.-H., and Jeun, J.-P., 2016. Preparation of nanocellulose from a kenaf core using E-beam irradiation and acid hydrolysis. Cellulose, 23(5), 3039-3049.
[18] Vizireanu, S., Panaitescu, D.M., Nicolae, C.A., Frone, A.N., Chiulan, I., Ionita, M.D., Satulu, V., Carpen, L.G., Petrescu, S., Birjega, R., and Dinescu, G., 2018. Cellulose defibrillation and functionalization by plasma in liquid treatment. Scientific Reports, 8(1):15473-15486.
[19] Parvate, S., Dixit, P., Chattopadhyay, S., 2020. Superhydrophobic surfaces: Insights from theory and experiment. The Journal of Physical Chemistry B, 124(8):1323-1360.
[20] Robles, E., Kánnár, A., Labidi, J., and Csóka, L. 2018. Assessment of physical properties of self-bonded composites made of cellulose nanofibrils and poly(lactic acid) microfibrils. Cellulose, 25:3393-3405.
[21] Khodaei, M., Chen, X., and Li, H., 2020. Superhydrophobic surfaces- Fabrications to practical applications: Hydrophobic surface modification of silk fabric using plasma-polymerized HMDSO. Intechopen, 132 p.