| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شماره‌ها | 3,247 |
| تعداد مقالات | 35,895 |
| تعداد مشاهده مقاله | 54,482,011 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 93,639,307 |
تولید مستقیم نانوکریستال سلولز از خاک‌اره و بررسی کاربرد آن در نانوکامپوزیت بر پایه کربوکسی‌متیل‌سلولز | ||
| تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 21 شهریور 1405 | ||
| نوع مقاله: فراورده های مرکب چوب | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwpr.2026.372986.1842 | ||
| نویسندگان | ||
| حسین یوسفی* 1؛ مبینا عظیمی2؛ استیو سورتسون3؛ المیرا کفاش ساعی3 | ||
| 1هیئت علمی گروه تکنولوژی چوب و کاغذ | ||
| 2دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان | ||
| 3دانشگاه مینه سوتا | ||
| چکیده | ||
| یکی از بزرگترین دلایل آسیب به طبیعت و آلودگی زیست محیطی پلاستیک ها و مواد بسته بندی نفت پایه هستند.با وجود مزایای گسترده پلاستیک‌های نفت‌پایه در صنایع بسته‌بندی، از جمله قیمت مناسب، استحکام مکانیکی بالا و مقاومت در برابر رطوبت، تجزیه‌ناپذیری زیستی آن‌ها موجب انباشت پایدار در محیط و بروز مخاطرات جدی برای اکوسیستم‌ها و سلامت انسان شده است. در این راستا، نانوبیوپلیمرهایی نظیر نانوسلولز و نانوکامپوزیت‌های زیستی تولیدشده از آن، به دلیل زیست‌سازگاری، تجدیدپذیری و هزینه تولید مناسب، گزینه‌ای امیدوارکننده برای کاربردهای مختلف نظیر بسته‌بندی به شمار می‌روند. علیرغم مزایای فنی و زیست محیطی متعددی که نانوسلولز دارد اما کماکان مصرف انرژی و قیمت تمام شده نسبتا بالا جهت تولید آن چالش جهانی بر سر راه توسعه تجاری‌سازی این نانوبیوپلیمر شده است. جهت تعدیل این موضوع، کفاش‌ساعی و همکاران (2021) توانستند نانوفیبر سلولز را با فرآیند تولید مستقیم از خاک اره طی فرآیند همزمان اکسیداسیون/خالص سازی انجام دهند. در این پژوهش، تولید مستقیم نانوکریستال سلولز از خاک‌اره چوب نراد هدف‌گذاری شده است که هم در مراحل تولید و هم در ویژگیهای مرفولوژی و فنی تفاوتهایی با نانوفیبر سلولز دارد. تولید مستقیم نانوکریستال سلولز از خاک اره به معنای کاهش انرژی تولید، مصرف مواد شیمیایی، مصرف آب، تولید پساب و نهایتا قیمت تمام شده کمتر نسبت به نمونه‌های تهیه شده با روشهای قدیمی‌تر است. نانوکریستال سلولز تهیه شده جهت تقویت فیلم بر پایه کربوکسی‌متیل‌سلولز (CMC) مورد بررسی قرار گرفت. مواد و روشها: ماده خام چوبی این مطالعه خاک اره چوب نراد Abies alba بود که از کارگاه صنایع مبلمان دانشگاه تهیه گردید. مواد شیمیایی نیز شامل هیدروکسید سدیم، هیپوکلریت سدیم، پراکسید هیدروژن از شرکت مجللی و سولفیت سدیم، برومید سدیم و TEMPO از شرکت Sigma-Aldrich خریداری شد. جهت تولید مستقیم نانوکریستال سلولز از خاک اره مراحل خالص سازی و اکسیداسیون به طور همزمان انجام شد لذا در انتهای این مرحله خمیر سفید اکسید شده سلولز بدست آمد که در موقعیت کربن شماره 6 حلقه پیرانوزی گروه کربوکسیل بجای گروه هیدروکسیل جایگزین می‌گردد. جهت مقایسه، نانوکریستال سلولز به روش غیرمستقیم (روش سنتی) نیز از خاک اره نراد تولید گردید. بعد از تولید دو مدل نانوکریستال ، به نسبت وزنی 5/.، 1، 3، 5 و 10 درصد به پلیمر کربوکسی متیل سلولز اضافه شدند تا با روش قالب‌گیری محلول نانوکامپوزیت تولید گردد. در نهایت ویژگیهای نانوکریستال‌ها و نانوکامپوزیت‌های ساخته شده بررسی و مقایسه شدند. روشهای آنالیز مورد استفاده شامل آزمون طیف سنجی مادون قرمز فوریه (ATR-FTIR)، آزمون طیف سنجی پراش اشعه ایکس (XRD)، آزمون میکروسکوپ الکترونی نشر میدان (FE-SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)و آزمون کشش استاتیک بودند. نتایج: تصاویر TEM نشان داد که میانگین قطر نانوکریستال‌های تولیدشده به روش مستقیم و غیرمستقیم به‌ترتیب 4±8 و 4±7 نانومتر بوده و تفاوت معنی‌داری از نظر ابعادی و مورفولوژیکی بین آن‌ها مشاهده نشد. تصاویر FE-SEM پراکنش یکنواخت نانوکریستال‌ها در زمینه پلیمری را نشان دادند. الگوهای XRD افزایش درجه بلورینگی نانوکامپوزیت‌ها را با افزایش درصد نانوکریستال سلولز تأیید کردند، در حالی که طیف‌های FTIR تفاوت ساختاری محسوسی میان نمونه‌ها نشان ندادند. نتایج آزمون کشش استاتیک نشان داد فیلم خالص CMC دارای مقاومت کشش 34 مگاپاسکال بوده که در اثر افزودن نانوکریستال سلولز به مقدار 1 و 10 درصد و در هر دو روش مقدار مقاومت کششی افزایش یافته و این افزایش برای مقدار نانوکریستال 10 درصد چشم‌گیرتر بوده است به طوری که در مقدار درصد اختلاط 10 درصد برای دو حالت نانوکریستال روش مستقیم و غیرمستقیم مقاومت کششی به‌ترتیب به 58 و 62 مگاپاسکال رسید. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| خاک‌اره؛ نانوکامپوزیت؛ کربوکسی‌متیل‌سلولز؛ روش مستقیم | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Direct production of cellulose nanocrystals from sawdust and investigation of their application in carboxymethyl cellulose-based nanocomposites | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Mobina Azimi2؛ Steve Severtson3؛ Elmira Kaffash Saea3؛ | ||
| 2gorgan university of agricultural science and natrual resorces | ||
| 3Minnesota university | ||
| چکیده [English] | ||
| One of the main causes of environmental damage and pollution is petroleum-based plastics and packaging materials. Despite the numerous advantages of petroleum-based plastics in the packaging industry, such as affordable cost, high mechanical strength, and moisture resistance, their non-biodegradability leads to persistent accumulation in the environment and poses serious risks to ecosystems and human health. In this regard, nanobiopolymers such as nanocellulose and bio-nanocomposites derived from it, due to their biocompatibility, renewability, and reasonable production costs, are promising alternatives for various applications including packaging. Despite the numerous technical and environmental advantages of nanocellulose, energy consumption and relatively high production costs remain global challenges to the commercial development of this nanobiopolymer. To address this, Kaffash-Saie et al. (2021) successfully produced cellulose nanofibers directly from sawdust through a simultaneous oxidation/purification process. The present study aims to directly produce cellulose nanocrystals from wood sawdust, which differ from cellulose nanofibers both in production stages and in morphological and technical characteristics. Direct production of cellulose nanocrystals from sawdust implies reduced energy consumption, chemical usage, water consumption, wastewater generation, and ultimately lower production costs compared to samples produced by conventional methods. The prepared cellulose nanocrystals were then used to reinforce carboxymethyl cellulose (CMC)-based films. Materials and Methods: The wooden raw material used in this study was Fir wood sawdust (Abies alba), obtained from the furniture industry workshop of the university. Chemical materials included sodium hydroxide, sodium hypochlorite, and hydrogen peroxide (purchased from Mojallali Co.), as well as sodium sulfite, sodium bromide, and TEMPO (purchased from Sigma-Aldrich). For the direct production of cellulose nanocrystals from sawdust, the purification and oxidation steps were performed simultaneously. At the end of this stage, an oxidized bleached cellulose pulp was obtained, in which the hydroxyl group at the C6 position of the pyranose ring was replaced by a carboxyl group. For comparison, cellulose nanocrystals were also produced indirectly (conventional method) from Fir sawdust. After producing both types of nanocrystals, they were added to carboxymethyl cellulose polymer at weight ratios of 0.5%, 1%, 3%, 5%, and 10% to produce nanocomposites via solution casting. Finally, the characteristics of the nanocrystals and the prepared nanocomposites were investigated and compared. Analytical methods used included Fourier-transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM), and static tensile testing. Results: TEM images showed that the average diameter of nanocrystals produced by direct and indirect methods was 8±4 nm and 7±4 nm, respectively, with no significant dimensional or morphological differences observed between them. FE-SEM images showed uniform dispersion of nanocrystals within the CMC matrix. XRD patterns confirmed an increase in the crystallinity of nanocomposites with increasing cellulose nanocrystal content, while FTIR spectra revealed no significant structural differences between the samples. The results of static tensile testing showed that the neat CMC film had a tensile strength of 34 MPa. Upon the addition of 1% and 10% cellulose nanocrystals by both methods, tensile strength increased, with the increase being more pronounced at 10% nanocrystal content. At 10% mixing ratio, the tensile strength for direct and indirect method nanocrystals reached 58 MPa and 62 MPa, respectively. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Cellulose nanocrystals, Sawdust, Nanocomposite, Carboxymethyl cellulose, Direct route | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 79 |
||