تولید و ارزیابی خواص نانوکامپوزیت‌ شفاف سه‌لایه حاوی اپوکسی تقویت شده با نانوفیبرسلولز و نانوفیبرکیتین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه تکنولوژی و مهندسی چوب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 دانشیار گروه تکنولوژی و مهندسی چوب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

3 استادیار گروه تکنولوژی و مهندسی چوب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

در این مطالعه، نانوکامپوزیت سه‌لایه شفاف متشکل از نانوفیبرهای سلولز چوب (WCNF)، نانو فیبرهای سلولز باکتریایی (BCNF) و نانوفیبرهای کیتین (ChNF) به‌صورت جداگانه به‌عنوان لایه‌ی وسط و اپوکسی به‌عنوان لایه‌های رویی و پشتی ساخته شد و ویژگی‌های آن مورد بررسی قرار گرفت. نانوفیبر سلولز و نانوفیبر کیتین ابتدا تبدیل به نانوفیلم شده و سپس بعد از جابجایی حلال با اتانول و استون در اپوکسی غوطه‌ور شدند و در نهایت نانوفیلم‌های آغشته به اپوکسی بعد از پرس سرد در آون خشک شدند تا نانوکامپوزیت سه‌لایه تهیه گردد. آزمون‌های FE-SEM ، شفافیت و کشش نشان دادند که اپوکسی به لایه وسط (نانوفیلم) نفوذ کرده و موجب شفافیت و خواص مکانیکی بیشتر شده است. طبق آزمون XRD شاخص کریستالی نانوکامپوزیت‌ها کمتر از شاخص کریستالی نانوفیلم‌های خالص بود. آزمون ATR-FTIR حاکی از مشابهت پیک نانوکامپوزیت‌ها با پیک اپوکسی بود که دلیل آن حضور لایه اپوکسی در بالا و پایین فیلم نانوفیبر سلولز و نانوفیبر کیتین بود. خواص مکانیکی و شفافیت تمام نانوکامپوزیت‌ها بیشتر از نانوفیلم خالص بود. نانوکامپوزیت‌های حاوی BCNF و ChNF به‌ترتیب بیشترین خواص مکانیکی و شفافیت را نشان دادند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Shams, M.I. and Yano, H., 2015. Doubly curved nanofiber-reinforced optically transparent composites. Scientific reports, 5:16421.

[2] Yousefi, H., Nishino, T., Faezipour, M., Ebrahimi, G. and Shakeri, A., 2011. Direct fabrication of all-cellulose nanocomposite from cellulose microfibers using ionic liquid-based nanowelding. Biomacromolecules, 12(11): 4080-4085.

[3] Jonoobi, M., Oladi, R., Davoudpour, Y., Oksman, K., Dufresne, A., Hamzeh, Y. and Davoodi, R., 2015. Different preparation methods and properties of nanostructured cellulose from various natural resources and residues: a review. Cellulose, 22(2):935-969.

[4] Yousefi, H., Azad, S., Mashkour, M. and Khazaeian, A., 2018. Cellulose nanofiber board. Carbohydrate polymers, 187: 133-139.

[5] Nogi, M., Handa, K., Nakagaito, A. N. and Yano, H., 2005. Optically transparent bionanofiber composites with low sensitivity to refractive index of the polymer matrix. Applied Physics Letters, 87(24):243110.

[6] Fang Z., Zhu, H., Yuan, Y., Ha, D., Zhu, S., Preston, C. and Chen, G., 2014. Novel nanostructured paper with ultrahigh transparency and ultrahigh haze for solar cells. Nano letters, 14(2):765-773.

[7] Fernandes, S. C., Oliveira, L., Freire, C. S., Silvestre, A. J., Neto, C. P., Gandini, A. and Desbriéres, J., 2009. Novel transparent nanocomposite films based on chitosan and bacterial cellulose. Green Chemistry, 11(12): 2023-2029.

[8] Tummala, G. K., Rojas, R. and Mihranyan, A., 2016. Poly (vinyl alcohol) Hydrogels Reinforced with Nanocellulose for Ophthalmic Applications: General Characteristics and Optical Properties. The Journal of Physical Chemistry B, 120(51):13094-13101.

[9] Shao, X., Li, D. G., Li, A. J. and Gu, W. B., 2013. Chitin Nanofibers/Epoxy Resin Optically Transparent Nanocomposite Films. In Advanced Materials Research (Vol. 602, pp. 1479-1483). Trans Tech Publications.

[10] Eichhorn, S. J., Dufresne, A., Aranguren, M., Marcovich, N. E., Capadona, J. R., Rowan, S. J. and Gindl, W., 2010. current international research into cellulose nanofibres and nanocomposites. Journal of materials science, 45(1): 1.

[11] Henriksson, M., Berglund, L. A., Isaksson, P., Lindström, T. and Nishino, T., 2008. Cellulose nanopaper structures of high toughness. Biomacromolecules, 9(6): 1579-1585.

[12] Segal, L. G. J. M. A., Creely, J. J., Martin Jr, A. E. and Conrad, C. M., 1959. An empirical method for estimating the degree of crystallinity of native cellulose using the X-ray diffractometer. Textile Research Journal, 29(10):786-794.

[13] Ifuku, S., Morooka, S., Nakagaito, A. N., Morimoto, M. and Saimoto, H., 2011. Preparation and characterization of optically transparent chitin nanofiber/(meth) acrylic resin composites. Green Chemistry, 13(7), 1708-1711.

[14] Zhang, Z., Wang, H., Li, S., Li, L. and Li, D., 2015. Transparent and flexible cellulose nanofibers/silver nanowires/acrylic resin composite electrode. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 76: 309-315.

 [15] Iwamoto, S., Nakagaito, A. N.and Yano, H., 2007. Nano-fibrillation of pulp fibers for the processing of transparent nanocomposites. Applied Physics A, 89(2): 461-466.

[16] Yousefi, H., Faezipour, M., Hedjazi, S., Mousavi, M. M., Azusa, Y. and Heidari, A. H., 2013. Comparative study of paper and nanopaper properties prepared from bacterial cellulose nanofibers and fibers/ground cellulose nanofibers of canola straw. Industrial Crops and Products, 43: 732-737.

[17] Bhagat, S. and Verma, P. K., 2013. Effect of Filler Parameter on Morphology of Graphite Filled Epoxy Composites. International Journal of Scientific & Engineering Research, 4 (4): 459.

[18] Hu, W., Chen, S., Yang, Z., Liu, L. and Wang, H., 2011. Flexible electrically conductive nanocomposite membrane based on bacterial cellulose and polyaniline. The Journal of physical chemistry B, 115(26), 8453-8457.

[19] Chang, P. R., Jian, R., Yu, J. and Ma, X., 2010. Starch-based composites reinforced with novel chitin nanoparticles. Carbohydrate polymers, 80(2): 420-425.

[20] Cárdenas, G., Cabrera, G., Taboada, E. and Miranda, S. P., 2004. Chitin characterization by SEM, FTIR, XRD, and 13C cross polarization/mass angle spinning NMR. Journal of Applied Polymer Science, 93(4):1876-1885.

[21] Ansari, F., Lindh, E. L., Furo, I., Johansson, M. K. and Berglund, L. A., 2016. Interface tailoring through covalent hydroxyl-epoxy bonds improves hygromechanical stability in nanocellulose materials. Composites Science and Technology, 134, 175-183.