بررسی استفاده از کامپوزیت زیستی مغناطیسی بر پایه کربوکسی متیل سلولز در پوشش دهی کاغذ

Abstract

سابقه و هدف: کربوکسی متیل سلولز جزو مشتقات اتری سلولز محسوب می­شود و به­طور گسترده­ای در صنایع مختلف به کار می­رود. این ماده یکی از مهم­ترین و پرکاربردترین مشتقات سلولزی است که به دلیل دارا بودن گروه­های کربوکسی متیل و هیدروکسیل به‌عنوان بستر تولید مواد مرکب در پژوهش­های زیادی مورد توجه قرار گرفته است. می­توان از کربوکسی متیل سلولز به‌عنوان بستر جهت تولید ترکیبات مغناطیسی سلولز نیز بهره برد. مواد مغناطیسی مانند اکسید آهن قادر به تشکیل پیوندهای مؤثری با گروه­های هیدروکسیل موجود در کربوکسی متیل سلولز و تولید کامپوزیت مغناطیسی با ویژگی زیست تخریب­پذیری هستند. هدف از این پژوهش، ساخت و بررسی ویژگی مغناطیسی در کامپوزیت زیستی حاصل از کربوکسی متیل سلولز و سپس پوشش­دهی آن روی سطح کاغذ است.مواد و روش­ها: در این پژوهش جهت تولید کامپوزیت زیستی مغناطیسی از کربوکسی متیل سلولز به‌عنوان بستر استفاده شد. از فرآیند سنتز درجا، جهت تولید کامپوزیت زیستی استفاده شد. در این فرآیند نمک­های آهن (4 و 6 آبه) و کربوکسی متیل سلولز در محیط آبی و در محیط نیتروژن باهم مخلوط شدند، سپس با افزودن هیدروکسید آمونیوم تا pH 11، ذرات اکسید آهن (مگنتیت) روی کربوکسی متیل سلولز تشکیل شد. جهت تکمیل واکنش­ها و بازدهی تولید بیشتر ذرات مغناطیسی، مواد به مدت 1 ساعت در دمای 40 درجه سانتی­گراد در حمام آب گرم همزده شد. با استفاده از الیاف کرافت تجاری کاغذ دست­ساز 5 ± 120 گرمی تهیه گردید و سپس با کامپوزیت زیستی مغناطیسی پوشش داده شد. مواد مغناطیسی سنتز شده و کاغذ پوشش داده شده با کامپوزیت زیستی مغناطیسی با پراش اشعه ایکس مورد بررسی قرار گرفتند. اندازه ذرات مغناطیسی اکسید آهن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین ریخت­شناسی و ویژگی­های سطحی ذرات مغناطیسی، کامپوزیت زیستی مغناطیسی، الیاف و کاغذ پوشش داده شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. ویژگی مغناطیسی نمونه­ها با دستگاه مغناطیس­سنج ارتعاشی مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین ویژگی­های مقاومتی کاغذ پوشش داده شده، با آزمون­های مقاومت کششی، مقاومت به پاره شدن، جذب آب و مقاومت به عبور هوا بررسی شد.نتایج: نتایج آزمون مغناطیسی نشان داد که در فاز اول، کامپوزیت زیستی­ مغناطیسی با موفقیت آماده­سازی شد و نمونه­­ خاصیت فرا پارا مغناطیس از خود نشان داد. بالاترین مقدار اشباع مغناطیسی در نمونه اکسید آهن حدود emu/g 25 بود. همچنین کامپوزیت زیستی­ مغناطیسی کربوکسی متیل سلولز، اشباع مغناطیسی حدود emu/g 4 داشت. نتایج حاصل از بررسی میکروسکوپی اکسید آهن، شکل ظاهری آنرا به‌صورت ساختار مکعبی شکل یکنواخت نشان داد. شکل­گیری این ساختار به دلیل تجمع ذرات با یکدیگر است. بعلاوه درگیری مکانیکی و اتصال کامپوزیت زیستی مغناطیسی با کاغذ مشاهده گردید. همچنین بررسی میکروسکوپی اندازه ذرات نشان داد که بیشترین فراوانی اندازه ذرات، 45 نانومتر است. نتایج بررسی ویژگی­های مقاومتی کاغذ نشان داد که پوشش­دهی با ماده مغناطیسی سبب کاهش شاخص مقاومت به پارگی و کشش شد. مقاومت به عبور هوا در نمونه­های کاغذهای پوشش داده شده در مقایسه با نمونه شاهد افزایش نشان داد. بر اساس نتایج مربوط به آزمون کاب (جذب آب)، کمترین میزان جذب آب مربوط به نمونه کاغذ پوشیده شده با کامپوزیت زیستی مغناطیسی کربوکسی متیل سلولز است. در الگوی پراش اشعه ایکس مربوط به نمونه اکسید آهن، پنج پیک مهم در زوایای 2 تتای 35، 41، 50، 67 و 74 درجه ظاهر شد که مربوط به ماده اکسید آهن می­باشند.نتیجه‌گیری: هدف از این تحقیق، ایجاد و بررسی ویژگی مغناطیسی در کامپوزیت زیستی حاصل از کربوکسی متیل سلولز و سپس پوشش­دهی آن روی سطح کاغذ است. لذا آزمایش‌ها در 2 مرحله انجام شد. در مرحله اول کامپوزیت زیستی مغناطیسی کربوکسی متیل سلولز با فرآیند سنتز درجا با نمک­های آهن تولید شد. در فاز دوم با استفاده از الیاف تجاری کرافت، کاغذ دست­ساز تهیه و پوشش­دهی شد. نتایج حاصل از آزمون نمونه­های تهیه شده نشان داد که تولید کامپوزیت زیستی مغناطیسی با موفقیت انجام شد. همچنین کاغذ پوشش داده شده با این ماده دارای خاصیت مغناطیسی است.

Keywords

• کاغذ مغناطیسی
• پوشش‌دهی
• کامپوزیت زیستی مغناطیسی
• کربوکسی متیل سلولز