ساخت و ارزیابی ویژگیهای فیزیکی-مکانیکی نانوکامپوزیت کاغذ سلولزی-مغناطیسی/رزین اپوکسی - آسیه گلدوست جویباری; مهدی مشکور; تقی طبرسا; حسین یوسفی (پژوهش های علوم و فناوری چوب و جنگل, 2020)
چکیدهسابقه و هدف: علی رغم پتانسیل های کاربردی بالای الیاف و کاغذهای سلولزی سوپرپارامغناطیس، آب دوستی سلولز و عدم پایداری ابعادی ناشی از آن و نیز افت قابل توجه استحکام کششی در نتیجه حضور نانوذرات مغناطیسی در سطح الیاف، کاربرد این دسته از مواد عمل گرا محدود شده است. این مطالعه با هدف بررسی امکان آغشته سازی کاغذهای سلولزی-سوپرپارامغناطیس با رزین اپوکسی و بهبود رفتارهای فیزیکی-مکانیکی با تبدیل آنها به نانوکامپوزیت انجام شد. مواد و روش ها: در این مطالعه، از فرایند سنتز درجای نانوذرات مگنتیت (Fe3O4) بر روی الیاف سلولزی خمیر شیمیایی سوزنی برگان به منظور تهیه الیاف سلولزی سوپرپارامغناطیس استفاده شد. ابتدا سوسپانسیون الیاف سلولزی در آب دو بار تقطیر، با دمای 65 درجه سانتی‌گراد آماده و سپس کلرید آهن II و III با نسبت 2 به 1 به آن اضافه شدند. الیاف تیمار شده از محلول خارج و پس از آبگیری بلافاصله به محلول 1 مولار هیدروکسید سدیم با دمای 60 درجه ی سانتی گراد منتقل شدند تا فرایند سنتز نانوذرات مغناطیسی تکمیل گردد. الیاف سلولزی-مغناطیسی، پس از شستشو به کاغذ سلولزی-مغناطیسی (MCPap) با گراماژ 60 گرم بر مترمربع تبدیل شدند. با هدف مقایسه، کاغذهایی غیرمغناطیسی (CPap) با گراماژ مشابه تولید شد. کاغذها با رزین اپوکسی دوجزئی اشباع و کامپوزیت کاغذ سلولزی/اپوکسی (EP-CPap) و نانوکامپوزیت کاغذ سلولزی-مغناطیسی/اپوکسی (EP-MCPap) ساخته شدند. آزمون‌های میکروسکوپی، پراش پرتوایکس، مغناطیس سنجی، تعیین خاکستر، کشش استاتیک، جذب آب و واکشیدگی ضخامت روی آزمونه ها انجام و نتایج مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.یافته ها: ریزنگاره‌های FESEM، سنتز درجای موفق نانوذرات مغناطیسی کروی بر روی دیواره ی الیاف سلولزی را تأیید نمود. نتایج آزمون XRD، VSM نشان از سنتز موفق نانوبلورهای مگنتیت با اندازه قطری حدود 7 نانومتر و رفتار سوپرپارامغناطیس داشت. سهم وزنی نانوذرات مغناطیسی در کاغذ MCPap، حدود 5/14 درصد تعیین شد. نتایج آزمون کشش استاتیک، بهبود کاملا معنادار رفتارهای کششی EP-CPap و EP-MCPap را نسبت به کاغذهای اولیه تأیید نمود. همچنین مقاومت کششی حد شکست EP-MCPap نسبت به EP-CPap تفاوت معناداری را نشان نداد، در حالی‌که کرنش کششی و انرژی حد شکست در EP-MCPap نسبت به EP-CPap به‌صورت معناداری بیشتر و مدول الاستیسیته آن کوچک تر بود. حداکثر جذب آب و واکشیدگی ضخامت آزمونه‌ها و نیز سرعت رسیدن به مقادیر حداکثر، در آزمونه‌های EP-CPap نسبت به EP-MCPap بیشتر بود.نتیجه گیری: مقایسه ی میکروسکوپی ساختار کاغذهای CPap و MCPap گویای توسعه بیشتر سطح مشترک مابین الیاف سلولزی در کاغذ CPap بود که این مشاهده به تأثیر حضور نانوذرات مغناطیسی بر روی الیاف کاغذ MCPap و اختلال در توسعه سطح مشترک بین الیاف سلولزی همسایه نسبت داده شد. علی رغم برتری قابل ملاحظه ی مقاومت کششی کاغذ CPap نسبت به کاغذ MCPap، احتمالاً به دلیل محدود شدن دسترسی رزین اپوکسی به تمام سطح الیاف در کاغذ CPap، مقاومت کششی نانوکامپوزیت EP-MCPap و کامپوزیت EP-CPap تفاوت معناداری با یکدیگر نداشتند؛ به نظر می رسد برخلاف تأثیر منفی حضور نانوذرات مغناطیسی روی ویژگی‌های مکانیکی کاغذ MCPap، با توجه به بافت کمتر متراکم این کاغذ، قابلیت نفوذ رزین اپوکسی در آن بهبود یافته و لذا رفتارهای کششی و مقاومت به جذب آب و واکشیدگی ضخامت مطلوب تری در نانوکامپوزیت EP-MCPap مشاهده می گردد. نتایج این مطالعه تأیید نمود که اشباع ساختار کاغذهای مغناطیسی با رزین اپوکسی موجب بهبود قابل ملاحظه رفتارهای فیزیکی-مکانیکی و در نتیجه توسعه دامنه ی کاربردی آنها می شود.