الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 25000 تومان
(ایران ترجمه - irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۲۸
کد مقاله
IND28
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
خواص کششی و گرمایی نانوکامپوزیت های پلی (وینیل الکل) تقویت شده با نانو سلولز
نام انگلیسی
Tensile and thermal properties of nanocellulose-reinforced poly(vinyl alcohol) nanocomposites
دپارتمان علوم و فن آوری چوب، دانشگاه ملی کیونگپوک، کره
الزویر
مرجع به انگلیسی
Journal of Industrial and Engineering Chemistry; Department of Wood Science and Technology, Kyungpook National University, Republic of Korea; Elsevier
کشور
کره
خواص کششی و گرمایی نانوکامپوزیت های پلی (وینیل الکل) تقویت شده با نانو سلولز
چکیده
در این مطالعه خواص مکانیکی و گرمایی نانوکامپوزیت ها / نانو چند سازه های پلی (وینیل الکل) (PVA) تقویت شده با نانو سلولزهای جدا سازی شده به وسیله هیدرولیز اسید سولفوریک با استفاده از سلولز میکروکریستالی تجاری (MCC) ارائه می شود. فیلم های نانوکامپوزیت PVA تقویت شده با نانو سلولز به روش ریخته گری با بارهای نانو سلولزی مختلف تهیه شدند و در معرض آزمایش کششی، آنالیز گرما وزن سنجی (TGA) و آنالیز مکانیکی دینامیکی (DMA) قرار گرفتند. نانو سلولز بدست آمده به وسیله هیدرولیز اسیدی، شکل سوزن بلور میله مانند داشت. آنالیز اندازه ذره مرطوب منجر به ایجاد اندازه متوسط تقریبا nm340 شد اما اندازه گیری های نانو سلولزهای منحصر به فرد با استفاده از میکروسکوپی عبوری الکترون (TEM) پهنای حدود nm 96/6 و طول حدود nm 178 را فراهم ساخت. درجه بلوریت (کریستالینیته) نانو سلولز کاملا بالا بوده (۲/۸۵%) و این مقدار از درجه MCC بزرگتر است. مدول (ضریب) کششی و استحکام نانوکامپوزیت ها با افزایش مقدار نانو سلولز اصلاح گردید اما در مقدار نانو سلولز ۷ درصد وزنی کاهش یافت. پایداری گرمایی نانوکامپوزیت ها، هنگامی که مقدار نانو سلولز تا ۷ درصد وزنی افزایش یافت، اصلاح شد. نتایج DMA افزایش قابل توجه مدول ذخیره نانوکامپوزیت را در ۳ درصد وزنی نانو سلولز نشان می دهد. این نتایج نشان می دهند که نانو سلولز پتانسیل زیادی برای تقویت پلیمرهای PVA دارد.
خواص کششی و گرمایی نانوکامپوزیت پلی وینیل الکل نانو سلولز
۱- مقدمه
بواسطه نگرانی های زیست محیطی توجه زیادی در خلال سالیان اخیر معطوف به استفاده از الیاف طبیعی بعنوان تقویت کننده نانوکامپوزیت ها شده است. در میان الیاف طبیعی، سلولز بعنوان فراوان ترین پلیمر طبیعی تجدید پذیر و زیست تخریب پذیر در جهان بحساب می آید. فیبریل سلولز متشکل از ریز ساختارهای درجه بندی مختلف است که عموما تحت عنوان ریز فیبریل نانو اندازه ای نامیده می شود. این فیبریلهای نانو اندازه ای ترکیبی از یک بخش کریستالی و آمورف (بی شکل) می باشند و این ناحیه کریستالی، نانو سلولز یا نانو سوزن بلور (نانو ویسکر – نانوریز بلور) نامیده می شوند. [۱]. زنجیرهای سلولزی به صورت جانبی به وسیله پیوندهای هیدروژنی بین گروه های هیدروکسیل پایدار شده و از اینرو از استحکام و سفتی ساختاری بالایی برخوردار هستند. بر حسب گزارشات، مدول کشسانی الیاف شیشه ای الکتریکی Gpa 73 است [۲] اما نواحی کریستالی سلولز طبیعی I مدول کشسانی Gpa 5/167 دارند [۳] و مدول کشسانی برای سوزن بلورهای تونیسین (tunicin) مقدار Gpa 143 را ارائه می دهد[۴]. نانو سلولز، به علت داشتن این خواص مکانیکی خوب، توجه زیادی را تحت عنوان منبع تقویت کننده با اندازه نانومتر به خود جلب نموده است.
گر چه بعضی از تحقیقاتی در مورد نانوکامپوزیت های پلیمری تقویت شده با نانو سلولز انجام شده است، درجه اثر تقویت کنندگی آن تغییرات زیادی دارد. بنابراین، این مقاله خواص مکانیکی و گرمایی نانوکامپوزیت های دارای پایه PVA تقویت شده با نانو سلولز را برای به حداکثر رساندن استفاده از نانو سلولز جدا سازی شده از MCC به وسیله هیدرولیز اسیدی مورد بررسی قرار داده است.
خواص کششی و گرمایی نانوکامپوزیت پلی وینیل الکل نانو سلولز
۲- مواد و روشها
۲-۱ مواد
MCC تجاری موجود به عنوان ماده خام برای جداسازی نانوسلولزها بکار برده شد. این ماده، ماده سلولزی ریزبلوری (میکروکریستالی) خالص با اندازه ذرّه ۱۴ تا Mm35 بود (شکل ۱). از اسید سولفوریک (۹۵%DC chemicd CO, lfd.,darea) برای هیدرولیز اسیدی MCC استفاده شد. ( (شرکت شیمیایی خالص دوکسان، با مسئولیت محدود، کره) به عنوان بستر به کار برده شد.
۲-۲- جداسازی نانو سلولز
در حدود ۱۰ گرم MCC با ml100 آب فاقد یون و ml100 اسید سولفوریک مخلوط شد. این سوسپانسیون در دمای ۴۴ درجه سانتی گراد به مدت ۱۳۰ دقیقه هیدرولیز شد و سپس به مدت ۲۰ دقیقه با آب فاقد یون در rpm5000 با استفاده از سانتریفوژ کردن تکراری (شرکت سانتریفوژ هانیل Soo–H، با مسئولیت محدود، کره) شسته شد. این ماده شناور از رسوب جدا شد و آب فاقد یون تازه جایگزین آن شد و مخلوط گردید. مرحله سانتریفوژ ادامه یافت تا مقدار PH ماده شناور برابر با ۱ شد. شستشوی آخر با استفاده از دیالیز با آب فاقد یون انجام شد تا آب شستشو PH ثابتی را پیدا کند و PH آن برابر با ۴ شود. فراصوت افکنی (آلتراسونیکاسیون) (Snosmacher, Jeiotech, Korea) به مدت ۲۰ دقیقه انجام شد. بازده به صورت درصد وزن اولیه MCC پس از هیدرولیز محاسبه شد. پس از دیالیز، سوسپانسیون کل با انجماد خشک شد و با وزن اولیه MCC مقایسه گردید.
۲-۳ تهیه نانوکامپوزیت ها
در ابتدا محلول ۱۰ درصد وزنی PVA در دمای ۸۰ درجه سانتی گراد با هم زدن به مدت ۶ ساعت تهیه شد. سوسپانسیون نانو سلولز تهیه شده در بارهای ۱، ۳، ۵، ۷ درصد وزنی اضافه شد. سوسپانسیون PVA / نانو سلولز به مدت ۲ ساعت دیگر به صورت مکانیکی به هم زده شد و قبل از ریخته شدن به داخل ظرف پتری (Petri) پوشیده شده با تفلون به مدت ۱۰ دقیقه صورت افکنی شد. مخلوط های حاصله در یک آون خلأ ۵۰ درجه سانتی گراد (۱۸۱A,Fisher scientific, U.S.A) قرار داده شد تا آب را تبخیر نماید. فیلم های حاصله به مدت ۲۴ ساعت در یک N دسیکاتور نگهداری شدند تا آب باقیمانده خارج شود.
۲-۴ تعیین خصوصیت نانو سلولز
آنالیز اندازه ذره مرطوب با استفاده از یک آنالیزگر ذرّه (NS/LS-B320, Beckman Coulter, U.S.A) انجام شد تا اندازه نانو سلولز را به طور تقریبی تعیین نماید. محلول نانو سلولز به مدت ۲۰۰ ثانیه در معرض منبع نور لیزری هلیوم- نئون mv 25 قرار داده شد.
۲-۵ تعیین خصوصیت نانوکامپوزیت ها
آزمایشهای مکانیکی با استفاده از یک ماشین آزمایش اینسترون (Instron) (مدل ۳۳۴۳، U.S.A، سل بار KN1) انجام شدند. سرعت تیر عرضی min/mm5 بود. نمونه ها به پهنای mm15 و طول mm50 بریده شدند. ضخامت نمونه ها قبل از آزمایش محاسبه گردید. محدوده بین عقربه بالا و پایین mm25 بود.
پایداری گرمایی نانوکامپوزیت های دارای پایه PVA تقویت شده با نانو سلولز با استفاده از یک آنالیز گرما وزن سنجی(TGA) ( دستگاههای TA ، USA ,SDT Q600 ) بررسی گردید. نمونه ها (~۱۰mg) از دمای ۶۰ درجه تا ۲۵۰ درجه با سرعت حرارت دهی ۱۰۰C/min و جریان نیتروژن ۱۰۰ mL/min حرارت داده شدند.
DMA به شیوه کششی بر روی یک DMA (N535-0001, PerkinElmer, USA) با محدده دمایی -۶۰۰C تا ۲۵۰۰C با سرعت حرارت دهی ۱۰۰C/min انجام شد.
خواص کششی و گرمایی نانوکامپوزیت پلی وینیل الکل نانو سلولز
۳- نتایج و بحث
۳-۱ مورفولوژی نانو سلولز
شکل ۲ نتایج آنالیز اندازه ذره مرطوب را برای نانو سلولزها به دست آمده پس از هیدرولیز اسید سولفوریک نشان می دهد. پس از اندازه گیری بیش از ۲۷/۱ میلیون ذره، اندازه متوسط نانو سلولزها nm6/340 بدست آمد. شکل ۳ تصویر TEM نانو سلولزهای میله مانند تهیه شده بوسیله هیدرولیز اسیدی MCC را نشان می دهد. آنالیز TEM این نکته را آشکار می کند که نانو سلولزهای جدا سازی شده، پهنای (d)nm87/096/6 و طول (L)nm55178 را دارند که نسبت منظر (L/d) برابر با ۲۵ را ارائه می دهند. این ابعاد با نتایج گزارش شده بوسیله باندسون و همکارانش [۱۵] توافق دارد.
۳-۲ درجه بلوریت نانو سلولز
شکل ۴ پراش نگار پرتو X مربوط به MCC و نانو سلولز را نشان می دهد. همانگونه که در شکل ۴ نشان داده شده، شدت نانو سلولز افزایش می یابد که این امر نشان می دهد که درجه بلوریت نانو سلولز پس از هیدرولیز افزایش می یابد. این نتیجه نشان می دهد که در طی هیدرولیز اسیدی، ناحیه آمورف ناپدید شده و ناحیه بلوری (کریستالی ) باقی می ماند.
پراش نگار سلولز سه پیک را در اطراف ۲θ=۱۵٫۵۰ (پیک ۱)، ۱۶٫۵۰ (پیک ۲) و ۲۲٫۶۰ (پیک ۳) نشان می دهد که پیکهای نوعی سلولز I می باشند. درجه بلوریت نانو سلولز به روش سگال ۲/۸۵% محاسبه گردید. این مقدار در محدوده مقدار منتشر شده ۷/۸۶% برای MFC تجاری (سلولز میکروفیبریل دار شده) قرار دارد. [۱۲].
۳-۳ خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها
خواص کششی ناحیه نانوکامپوزیت های تقویت شده با نانو سلولز با بارهای ۱، ۳، ۵ و ۷ درصد وزنی در شکلهای ۵ و ۶ نشان داده شده اند. مدول کششی در ۱ درصد وزنی کاهش می یابد و سپس با افزایش مقدار نانو سلولز تا ۵ درصد وزنی افزایش می یابد. به دنبال آن در مقدار بالاتر نانو سلولز ثابت می ماند. در مقدار ۵ درصد وزنی نانو سلولز، مدول کششی نانوکامپوزیت تا ۶۰% افزایش می یابد. همان گونه که در شکل ۶ نشان داده شده، استحکام کششی این نانوکامپوزیت ها تمایل مشابهی با مدول کششی را نشان می دهد. بالاترین استحکام در مقدار ۵ درصد وزنی نانوکامپوزیت روی می دهد که هنگامی که ۱ درصد وزنی نانوکامپوزیت اضافه می شود، افزایش ۲۸ درصدی دارد. حضور نانوکامپوزیت ها بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت به طور معکوس اثر می گذارد. این پدیده می تواند به وسیله اختلاف کرنش شکست میان نانو سلولز و بستر توضیح داده شود. به عبارت دیگر، تقویت کنندگی نانو سلولز، هنگامی که کرنش شکست پلیمر بستر (ماتریس) خیلی بزرگتر از نانو سلولز است، بی اثر می شود. بنابراین، قبل از اینکه تنش از بستر به نانو سلولز انتقال یابد، نانوکامپوزیت شکستی را نشان می دهد [۱۶]. در مقدار ۷ درصد وزنی نانو سلولز، انباشتگی احتمالی نانو سلولزها می تواند هم مدول و هم استحکام نانوکامپوزیت ها را به صورتی که گزارش شده [۱۲] کاهش دهد. به عبارت دیگر، نانو سلولز با بار ۷ درصد وزنی در بستر به طور یکنواخت پخش نمی شود.
۳-۴ پایداری گرمایی نانوکامپوزیت ها
پایداری گرمایی نانوکامپوزیت دارای پایه PVA با استفاده از TGA بررسی شده است. همان گونه که در شکل ۷ دیده می شود، تمام نمونه ها، کاهش وزن اولیه را در حدود ۷۰-۸۰۰C نشان می دهند که می تواند ناشی از تبخیر آّب باشد. کاهش وزن به جز برای بار ۵ درصد وزنی نانو سلولز، در حدود ۱۰ درصد وزنی بود.
۳-۵ خواص گرما مکانیکی نانوکامپوزیت ها
شکل ۹ منحنی های مدول ذخیره (E‘) در برابر دما را برای فیلم تمیز PVA و نانوکامپوزیت های تقویت شده با نانو سلولز نشان می دهد. اثر تقویت کنندگی نانو سلولز حتی در دمای پایین نیز ظاهر می شود. هنگامی که ۳ درصد وزنی نانو سلولز با بستر PVA ترکیب می شود، E‘ نانوکامپوزیت حاصله تا حد زیادی افزایش می یابد. E‘ برای نانوکامپوزیت ها PVA تقویت شده با ۳درصد وزنی و ۵ درصد وزنی نانو سلولز در مقایسه با فیلم PVA در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد به ترتیب ۷۴% و ۶۹% افزایش می یابد. این پدیده از سفتی (صلبی) اصلاح شده و نانوکامپوزیت، که در اثر افزودن نانو سلولز سفت (صلب) و محکم به وجود آمده، حاصل می شود. همچنین، بر اساس نظر فاویر و همکارانش [۵]، این خواص اصلاح شده به پدیده تراوش (نفوذ) مکانیکی حاصل از بر همکنشهای نانو ذرات سلولزی از طریق نیروهای پیوند هیدروژنی نسبت داده می شوند.
خواص کششی و گرمایی نانوکامپوزیت پلی وینیل الکل نانو سلولز
۴- نتیجه گیری
این تحقیق، مورفولوژی (ریخت شناسی) نانو سلولز جداسازی شده به وسیله هیدرولیز اسید سولفوریک با استفاده از MCC تجاری و نیز خواص مکانیکی و گرمایی نانوکامپوزیت های PVA تقویت شده با نانوسلولزها را به کمک آزمایش کششی، TGA و DMA بررسی کرده است.
نانو سلولزهای جداسازی شده به وسیله هیدرولیز اسید سولفوریک، ریز بلورهای (سوزن بلورهای) میله مانند با اندازه متوسط حدود nm340 بودند که به وسیله آنالیز اندازه ذره مرطوب مشاهده شد. در حالیکه اندازه گیری های نانو سلولزهای منحصر به فرد به وسیله TEM ابعادی به پهنای حدود nm87%96/6 و طول nm55 178 را ارائه دادند. درجه بلوریت نانو سلولز حدود ۲/۸۵% بود. مدول کششی و استحکام کششی نانوکامپوزیت های PVA تقویت شده با نانو سلولز با افزایش مقدار نانو سلولز اصلاح شد و سپس هنگامی که مقدار نانو سلولز ۷ درصد وزنی بود، کاهش یافت. بالاترین مدول و استحکام در مقدار ۵ درصد وزنی نانو سلولز روی داد که به ترتیب افزایش تقویت کنندگی ۶۰% و ۲۸% را نشان می دهد. بر اساس نتایج منحنی های مشتقی tga، پایداری گرمایی نانوکامپوزیت ها با مقدار ۵درصد وزنی نانو سلولز به طور قابل ملاحظه ای اصلاح شد. اثر تقویت کنندگی نانو سلولز به وسیله نتایج dma که افزایش E‘ را با مقدار بار ۳ درصد وزنی نانو سلولز، حدود ۷۴% نشان می دهد، نیز تایید شد. این نتایج نشان می دهند که نانو سلولز، پتانسیل زیادی برای کاربرد تقویت کنندگی پلیمرهای pva دارد.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
