مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی بیوکامپوزیت پلی‌کاپرولاکتون و الیاف موز تقویت شده با نانوپلیمر کیتوزان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، مهندسی صنایع چوب و فراورده‌های سلولزی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران،
2 دانشیار گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران.
10.22034/ijwp.2024.2030127.1669
چکیده
بیان مساله و اهداف: هدف از انجام این پژوهش بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی بیوکامپوزیت پلی­کاپرولاکتون و الیاف موز تقویت شده با  نانوپلیمر کیتوزان برای بهبود و توسعه کامپوزیت‌های زیست تخریب پذیر می باشد.  
مواد و روشها: در این پژوهش، بیوکامپوزیت با ترکیب گرانول‌های پلی کاپرولاکتون (PCL) و الیاف موز تیمارشده با محلول هیدروکسید سدیم ۱۰ درصد و الیاف موز بکر و همچنین افزودن 5/0 ، 1 و 2 درصد نانو پلیمرکیتوزان ساخته شدند. سپس آزمون‌های فیزیکی، مکانیکی، طیف­سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز، وزن‌سنجی حرارتی TGA و همچنین مطالعات میکروسکوپی با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد.
نتایج: نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که تیمار شیمیایی الیاف موز به طریق معنی‌داری خصوصیات کامپوزیت چوب پلاستیک را بهبود می‌بخشد. افزایش دانسیته، کاهش جذب آب، و کاهش واکشیدگی ضخامت نشان دهنده اثر مثبت این اصلاحات است. همچنین، افزودن نانوپلیمر کیتوزان نیز مقاومت­های مکانیکی را بهبود می‌بخشد. طیف سنجی و وزن‌سنجی حرارتی نیز تأیید می‌کنند که تیمار شیمیایی و افزودن کیتوزان تأثیر مثبتی بر پایداری و خواص حرارتی کامپوزیت دارند.
نتیجه­ گیری: به طور کلی، این تحقیق نشان می‌دهد که تیمار شیمیایی و افزودن نانوپلیمر کیتوزان می‌تواند بهبودهای قابل توجهی در خواص کامپوزیت چوب پلاستیک ایجاد کند و به‌عنوان گزینه‌های مناسبی برای کاربردهای مختلف در صنعت مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


 
[1] Rajmohan, K.V.S., Ramya, C., Viswanathan, M.R. and Varjani, S., 2019. Plastic pollutants: effective waste management for pollution control and abatement. Current Opinion in Environmental Science & Health, 12, pp.72-84.
[2] Rudnik, E., 2019. Compostable polymer materials. Newnes.
[3] Kuželová Košťáková, E., Blažková, L., Lukáš, D. and Mašková, G., 2017. Crystallinity of Electrospun and centrifugal spun polycaprolactone fibers: A Comparative Study.
[4] Liikanen, M., Grönman, K., Deviatkin, I., Havukainen, J., Hyvärinen, M., Kärki, T. et al., 2019. Construction and demolition waste as a raw material for wood polymer composites–Assessment of environmental impacts. Journal of Cleaner Production, 225, pp.716-727.
[5] Sokhandan Sorkhabi, T., 2015. Determination and Prioritization of Effective Criteria in Construction of Particleboard Factories with Using Wastes of Tamarisk, Palms and Musa Trees Case Study: Sistan and Baluchestan province. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 6(1), pp.13-29.
[6] Balart, R., Montanes, N., Dominici, F., Boronat, T. and Torres-Giner, S., 2020. Environmentally friendly polymers and polymer composites. Materials, 13(21), pp.4892.
[7] Shahreki, A., Nosrati Sheshkal, B., Jonoobi, M., Abdouss, M. and Dahmardeh Ghalehno, M., 2021. Poly-capro-lactone/poly-lactic acid/cellulose nano crystal three-component nanocomposites: Manufacturing, mechanical, dynamic-mechanical and morphological investigation. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 12(2), pp.217-234.
[8] Rihayat, T. and Aidy, N., 2023. The role of poly (lactic acid)/chitosan nanocomposites blend in manufacture non-cytotoxic basic bio scaffold. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2431, No. 1). AIP Publishing.
[9] Hossain, M.S., Mobarak, M.B., Rony, F.K., Sultana, S., Mahmud, M. and Ahmed, S., 2020. Fabrication and characterization of banana fiber reinforced unsaturated polyester resin-based composites. Nano Hybrids and Composites, 29, pp.84-92.
[10] Tan, C., Rudd, C., Parsons, A., Sharmin, N., Zhang, J., Chen, W. and Ahmed, I., 2018. Chitosan as a coupling agent for phosphate glass fibre/polycaprolactone composites. Fibers, 6(4), pp.97.
[11] Kathiresan, S. and Meenakshisundaram, O., 2022. Effect of alkali treated and untreated cellulose fibers and human hair on FTIR and tensile properties for composite material applications. SN Applied Sciences, 4(3), pp.74.
[12] Piekarska, K., Sikora, M., Owczarek, M., Jóźwik-Pruska, J. and Wiśniewska-Wrona, M., 2023. Chitin and Chitosan as Polymers of the Future—Obtaining, Modification, Life Cycle Assessment and Main Directions of Application. Polymers, 15(4), pp.793.
[13] Dan, S., Banivaheb, S., Hashemipour, H. and Kalantari, M., 2021. Synthesis, characterization and absorption study of chitosan-g-poly (acrylamide-co-itaconic acid) hydrogel. Polymer Bulletin, 78, pp.1887-1907.
[14] Megashah, L.N., Ariffin, H., Zakaria, M.R. and Ando, Y., 2018. Characteristics of cellulose from oil palm mesocarp fibres extracted by multi-step pretreatment methods. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 368, No. 1, p. 012001). IOP Publishing.
[15] Sepe, R., Bollino, F., Boccarusso, L. and Caputo, F., 2018. Influence of chemical treatments on mechanical properties of hemp fiber reinforced composites. Composites Part B: Engineering, 133, pp.210-217.
[16] Qiao, C., Ma, X., Zhang, J. and Yao, J., 2019. Effect of hydration on water state, glass transition dynamics and crystalline structure in chitosan films. Carbohydrate Polymers, 206, pp.602-608.
[17] Branca, C., D'Angelo, G., Crupi, C., Khouzami, K., Rifici, S., Ruello, G. and Wanderlingh, U., 2016. Role of the OH and NH vibrational groups in polysaccharide-nanocomposite interactions: A FTIR-ATR study on chitosan and chitosan/clay films. Polymer, 99, pp.614-622.
[18] Olakanmi, E.O., Ogunesan, E.A., Vunain, E., Lafia‐Araga, R.A., Doyoyo, M. and Meijboom, R., 2016. Mechanism of fiber/matrix bond and properties of wood polymer composites produced from alkaline‐treated Daniella oliveri wood flour. Polymer Composites, 37(9), pp.2657-2672.
[19] Santillo, C., Wang, Y., G., Buonocore., G., Gentile, G., Verdolotti, L., Kaciulis, S., Xia, H., Lavorgna, M., 2022. Hybrid Graphene Oxide/Cellulose Nanofillers to Enhance Mechanical and Barrier Properties of Chitosan-Based Composites. Frontiers in Chemistry, doi: 10.3389/fchem.2022.926364
[20] Lamm, M.E., Li, K., Ker, D., Zhao, X., Hinton, H.E., Copenhaver, K., Tekinalp, H., Ozcan, S., 2022. Exploiting chitosan to improve the interface of nanocellulose reinforced polymer composites. Cellulose, doi: 10.1007/s10570-021-04327-2
[21] Adelaja, O., Daramola, O.E., 2022. Preparation and Characterization of Low-Density Polyethylene-Chitosan Nanoparticles Biocomposite as a Source of Biodegradable Plastics. European Journal of Advanced Chemistry Research, doi: 10.24018/ejchem.2022.3.1.85
[22] Fu, J., He, C., Jiang, C., Chen, Y., 2019. Degradation Resistance of Alkali-Treated Eucalyptus Fiber Reinforced High Density Polyethylene Composites as Function of Simulated Sea Water Exposure. Bioresources, 14(3), pp.6384-6396.
[23] Rajeshkumar, G., Hariharan, V., Indran, S., Sanjay, M.R., Siengchin, S., Prakash, J., Al-Dhabi, N.A., Karuppiah, P., 2021. Influence of Sodium Hydroxide (NaOH) Treatment on Mechanical Properties and Morphological Behaviour of Phoenix sp. Fiber/Epoxy Composites. Journal of Polymers and The Environment, 29(3), pp.765-774. doi: 10.1007/S10924-020-01921-6
[24] Jampilek, J., Kráľová, K., 2020. Benefits of Chitosan-Based and Cellulose-Based Nanocomposites in Food Protection and Food Packaging. pp.121-160. doi: 10.1007/978-3-030-61985-5_5
[25] Ghasemi, I. and Farsi, M., 2010. Interfacial behavior of wood plastic composite: effect of chemical treatment on wood fibers. Iran Polymer Journal, 19, pp.10.811–818.
[26] Kalagar, M., Baziyar, B., Khademi Eslam, H., Ghasmi, E. and Hemmasi, A.H., 2015. The investigation on composites produced using polylactic acid/wheat straw fibers treated with silane. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 30(2), pp.207-219. (In Persian)
[27] Petroni, S., Tagliaro, I., Antonini, C., D'Arienzo, M., Orsini, S., Mano, J.F., Brancato, V., Borges, J., Cipolla, L., 2023. Chitosan-Based Biomaterials: Insights into Chemistry, Properties, Devices, and Their Biomedical Applications. Marine Drugs, 21(3), pp.147-147. doi: 10.3390/md21030147
[28] Garside, P. and Wyeth, P., 2003. Identification of cellulosic fibres by FTIR spectroscopy-thread and single fibre analysis by attenuated total reflectance. Studies in Conservation, 48(4), pp.269-275.
[29] Dayan, A.R., Habib, M., Kaysar, M.A. and Uddin, M., 2020. Study on the physico-mechanical properties of okra fibre at different harvesting time. Saudi Journal of Engineering and Technology, 5, pp.304-309.