ارزیابی میکرو و نانو فیبرلیگنوسلولز تهیه شده از الیاف خمیرکاغذ کارتن کنگره ای کهنه (OCC) با روش سوپر آسیاب دیسکی

Abstract

سابقه و هدف: نانوسلولز و نانولیگنوسلولز به عنوان فراوان‌ترین نانوپلیمرهای زیستی در دهه اخیر توجه محققان رشته‌های مختلف را به خود جلب کرده است. روش سوپرآسیاب دیسکی خواص برجسته‌ای همچون سادگی، سرعت و راندمان زیاد تولید و تک مرحله‌ای بودن را دارا است. این خواص، برتری‌های ویژه‌ای در مقابل سایر روش‌های بالا به پایین تولید نانوسلولز دارد.مواد و روش‌ها: در این مطالعه، الیاف خمیر کارتن کنگره‌ای کهنه (OCC) با فرآیند سریع، ساده و تک‌مرحله‌ای سوپر آسیاب دیسکی به نانوفیبرهای لیگنوسلولزی تبدیل شدند. خواص فیبرهای لیگنوسلولزی شامل ویژگی‌های ریخت‌شناسی (قطر و توزیع قطری) با میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان (FE-SEM)، آنالیز عنصری توسط روش اسپکتروسکپی پراش انرژی اشعه ایکس (EDX/EDS)، گرما وزن‌سنجی (TGA)، پایداری سوسپانسیون و نفوذپذیری به هوا در دو مقیاس میکرو و نانو مورد مطالعه قرار گرفت.یافته‌ها: مقایسه متوسط قطری میکرولیگنوسلولز (10±37 میکرومتر) و نانولیگنوسلولز (10±66 نانومتر) نشان داد که فرآیند آسیاب با کاهش قطر، در تولید نانولیگنوسلولز دارای عملکرد مطلوبی بوده است. بر خلاف ته‌نشینی سوسپانسیون خمیر اولیه (میکروفیبر) پس از 2 دقیقه، سوسپانسیون نانوفیبر کاملاً پایدار بوده است. مقدار نفوذپذیری به هوا در فیلم میکرولیگنوسلولز (6/42 میکرومتر بر پاسکال در ثانیه) بسیار بیش‌تر از نفوذپذیری فیلم نانولیگنوسلولز (26/1 میکرومتر بر پاسکال در ثانیه) بوده که نشان می‌دهد با کوچک‌سازی ابعاد سلولز از مقیاس میکرو به نانو، سطح ویژه و پیوند افزایش یافته و ساختار فیلم به‌دست آمده یکنواختی بیش‌تر و تخلخل کم‌تری دارد.نتیجه‌‌گیری: به‌طور کلی نتایج این تحقیق حاکی از موفق بودن تولید میکرو و نانولیگنوسلولز و فیلم آن از خمیر کارتن کنگره-ای کهنه (OCC) است. تولید نانولیگنوسلولز و بررسی پتانسیل‌های آن در مقابل تولید نانوسلولز (عاری از لیگنین و همی-سلولزها) می‌تواند سبب مزایای متعدد کاربردی و صنعتی برای تجاری‌سازی بیشتر این فراورده با ارزش افزوده زیاد گردد.سابقه و هدف: نانوسلولز و نانولیگنوسلولز به عنوان فراوان‌ترین نانوپلیمرهای زیستی در دهه اخیر توجه محققان رشته‌های مختلف را به خود جلب کرده است. روش سوپرآسیاب دیسکی خواص برجسته‌ای همچون سادگی، سرعت و راندمان زیاد تولید و تک مرحله‌ای بودن را دارا است. این خواص، برتری‌های ویژه‌ای در مقابل سایر روش‌های بالا به پایین تولید نانوسلولز دارد.مواد و روش‌ها: در این مطالعه، الیاف خمیر کارتن کنگره‌ای کهنه (OCC) با فرآیند سریع، ساده و تک‌مرحله‌ای سوپر آسیاب دیسکی به نانوفیبرهای لیگنوسلولزی تبدیل شدند. خواص فیبرهای لیگنوسلولزی شامل ویژگی‌های ریخت‌شناسی (قطر و توزیع قطری) با میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان (FE-SEM)، آنالیز عنصری توسط روش اسپکتروسکپی پراش انرژی اشعه ایکس (EDX/EDS)، گرما وزن‌سنجی (TGA)، پایداری سوسپانسیون و نفوذپذیری به هوا در دو مقیاس میکرو و نانو مورد مطالعه قرار گرفت.یافته‌ها: مقایسه متوسط قطری میکرولیگنوسلولز (10±37 میکرومتر) و نانولیگنوسلولز (10±66 نانومتر) نشان داد که فرآیند آسیاب با کاهش قطر، در تولید نانولیگنوسلولز دارای عملکرد مطلوبی بوده است. بر خلاف ته‌نشینی سوسپانسیون خمیر اولیه (میکروفیبر) پس از 2 دقیقه، سوسپانسیون نانوفیبر کاملاً پایدار بوده است. مقدار نفوذپذیری به هوا در فیلم میکرولیگنوسلولز (6/42 میکرومتر بر پاسکال در ثانیه) بسیار بیش‌تر از نفوذپذیری فیلم نانولیگنوسلولز (26/1 میکرومتر بر پاسکال در ثانیه) بوده که نشان می‌دهد با کوچک‌سازی ابعاد سلولز از مقیاس میکرو به نانو، سطح ویژه و پیوند افزایش یافته و ساختار فیلم به‌دست آمده یکنواختی بیش‌تر و تخلخل کم‌تری دارد.نتیجه‌‌گیری: به‌طور کلی نتایج این تحقیق حاکی از موفق بودن تولید میکرو و نانولیگنوسلولز و فیلم آن از خمیر کارتن کنگره-ای کهنه (OCC) است. تولید نانولیگنوسلولز و بررسی پتانسیل‌های آن در مقابل تولید نانوسلولز (عاری از لیگنین و همی-سلولزها) می‌تواند سبب مزایای متعدد کاربردی و صنعتی برای تجاری‌سازی بیشتر این فراورده با ارزش افزوده زیاد گردد.

Keywords

• سوپرآسیاب دیسکی
• کارتن کنگره ای کهنه
• میکروفیبرلیگنوسلولز
• نانوفیبرلیگنوسلولز