بررسی اثر همافزایی نانو الیاف سلولزی و ذرات لیگنین استخراج شده از کاه گندم و انجام عملیات حرارتی بر خواص فیزیکی - مکانیکی فیلم پلی (وینیل الکل )

STUDENT

DEGREE

YEAR

In this study, wheat straw was treated with 50 % (v/v) ethanol/water solution at 180 ? and 215 psi for 45 min. The obtained pulp yield was 54.1 %, containing 9.1 % of acid-insoluble lignin and 7.5 % of ash. After the precipitation of the organosolv liquor, 0.74 g of lignin from the total 1.7 g of lignin in wheat straw was extracted. Isolated lignin contained 90.1 % of acid-insoluble lignin and 2.1 % of ash, indicating its high purity. The structure of lignin was investigated by FTIR and 1H NMR spectroscopy, confirmed the presence of G, S, and H monomeric subunits, alongside aromatic protons, phenolic hydroxyls, carboxylic acids, and aldehydes. Using the isolated lignin, polyvinyl alcohol/ 1.5 lignin, polyvinyl alcohol/ 3 lignin, polyvinyl alcohol/ 3 lignin/ 1 cellulose nanofibers, and crosslinked polyvinyl alcohol/ 3 lignin biocomposite films were fabricated (numbers are in % w/w, with respect to polyvinyl alcohol). The presence of lignin in the films led to almost 100 % UVradiation filtering. FESEM images of a dried 10 µL drop of lignin dispersion in water and the surface of polyvinyl alcohol/ 3 lignin films showed nanoparticles with average diameter of less than 100 nm and the homogenous distribution of lignin particles in the matrix, respectively. ATR-FTIR of the biocomposite films showed the existence of physical hydrogen bonding between the matrix and the reinforcement phases, and also, confirmed the formation of ester bonds between citric acid and hydroxyl-containing polymeric components. Results of the mechanical tensile tests stated that incorporation of lignin, cellulose nanofibers, and crosslinking increased elastic modulus by 97, 212, and 396 %, respectively. Water contact angel reached to 52?, 50?, and 67? after addition of lignin, cellulose nanofibers, and performing heat treatment, respectively. The concurrently addition of lignin and cellulose nanofibers increased the initial thermal decomposition temperature of polyvinyl alcohol films from 228 to 273 ?. Moreover, lignin addition developed the biodegradability of the films in soil by increasing weight loss from 31 % for neat polyvinyl alcohol films to 56 % for reinforced biocomposites. Furthermore, biocomposite films containing lignin and cellulose nanofibers showed potential application for fatty food packaging, according to overall migration value of 34.5 mg/kg, which was lower than the European standard of 60 mg/kg.

چکید ه درجهی 180 دقیقه در دمای 45 درصد حجمی اتانول در آب به مدت 50 در این پژوهش کاه گندم جهت استخراج لیگنین تحت پیش فرآوری با محلول درصد لیگنین غیر 9/08 درصد بود که حاوی 54/05 پوند بر اینچ مربع قرار گرفت بازدهی جامد سلولزی حاصل از پیش فرآوری 215 سانتیگراد و فشار گرم لیگنین موجود 1/705 گرم لیگنین از کل 0/74 درصد خاکستر بود بعد از پیش فرآوری و تهنشینی مایع حاصل از آن مقدار 7/49قابل حل در اسید و درصد 2/1 درصد لیگنین غیر قابل حل در اسید و 90/14 درصد لیگنین زدایی) استخراج گردید لیگنین استخراج شده حاوی43/4 گرم کاه گندم (10در خاکستر بود که این مقادیر نشان دهندهی خلوص بالای لیگنین استخراج شده است ساختار لیگنین به دست آمده به کمک طیف سنجی مادون قرمز و و نیز هیدروژنهای آروماتیک گروههای H و G S رزونانس مغناطی س هستهای بررسی گردید که نتایج نشان دهندهی وجود هر سه واحد مونومری هیدروکسیل فنولی کربوکسیلیک اسیدها و آلدهیدها در ساختار لیگنین است که نشان میدهد ساختار این پلیمر پیچیده میباشد با استفاده از لیگنین به درصد وزنی)/ نانوالیاف 3( درصد وزنی ) پلی (وینیل الکل)/ لیگنین 3 و 1/5( دست آمده فیلمهای پلی (وینیل الکل) خالص پلی (وینیل الکل)/ لیگنین درصد وزنی) (درصدها نسبت به وزن 30( درصد وزنی) با سیتریک اسید 3( درصد وزنی) و فیلمهای شبکه شدهی پلی (وینیل الکل)/ لیگنین 1( سلولزی درصد از تابش فرابنفش جیب گردد عکسهای میکروسکوپ 100 پلی (وینیل الکل)) تهیه شدند استفاده از لیگنین در فیلمهای پلیمری سبب شد که تقریباً نانومتر نشان دهندهی حضور نسبتاً یکنواخت این 239 درصد وزنی ذرات لیگنین با میانگین قطر 3 الکترونی روبشی نشر میدانی از سطح فیلمهای حاوی ذرات در ماتریس پلیمری بوده است که نتیجهی موفقیت آمیز استفاده از امواج فراصوت جهت پخش مناسب لیگنین در آب و ماتریس فیلم میباشد نانومتر گردید آزمون طیف سنجی 100 همچنین انجام فرآیند فراصوت بر مخلوط لیگنین در آب منجر به تولید نانوذرات لیگنین با میانگین قطر کمتر از مادون قرمز فیلمهای بیوکامپوزیت نشان دهندهی ایجاد برهمکنشهای هیدروژنی بین ماتریس پلی (وینیل الکل) و فازهای تقویت کننده لیگنین و نانوالیاف سلولزی و همچنین تشکیل پیوندهای عرضی استری در فیلمهای حرارت داده شده میباشد بر اساخ نتایج آزمون کش ش مدول الاستیک فیلم 97 مگاپاسکال به دست آمد که بعد از افزودن لیگنین نانوالیاف سلولز ی و انجام عملیات حرارتی به ترتیب 445/45 ± 25/15 پلی (وینیلالکل) خالص درجه بود که بعد از افزودن 33 ثانیه در حدود 10 درصد افزایش یافت زاویهی تماخ قطره آب با سطح فیلم پلی (وینیل الکل) خالص بعد از 396 و 212 درجه افزایش یافت اما با افزودن نانوالیاف سلولزی زاویهی 67 و 52 درصد وزنی لیگنین و نیز انجام عملیات حرارتی به ترتیب به مقادیر حدودی 3 دقیقه قرار گیری 10 درجه کاهش یافت جیب آب فیلمهای پلی (وینیل الکل) خالص بعد از 2 درصد وزنی لیگنین در حدود 3 تماخ نسبت به فیلم حاوی درصد و بعد از افزودن نانوالیاف سلولزی به فیلم پلی (وینیل الکل)/ 101 درصد بود که بعد از افزودن لیگنین به مقدار تقریبی 132در آب در حدود درصد رسید ریز ساختار سطح مقطع فیلمهای بیوکامپوزیت نشان دهندهی ساختا ری پیوسته و بدون جدایی فازی بود دمای 119 لیگنی ن به مقدار حدودی درجه سانتیگراد 273 درجه سانتیگراد به 228 شروع تخریب حرارتی فیلم پلی (وینیل الکل) خالص بعد از افزودن همزمان لیگنین و نانوالیاف سلولزی از 0/0014 درجهی سانتی گراد به ترتیب 120 و 110 افزایش یافت بر اساخ سینتیک واکنش ایجاد پیوند عرضی ثابت سرعت واکنش استری شدن در دمای به دست آمد که نشان میدهد افزایش دما سبب بالا رفتن سرعت واکنش بین سیتریک اسید و پلی (وینیل الکل) (و یا لیگنین) شده است افزودن 0/0018و درصد برای فیلمهای ارتقا 56 درصد برای فیلم پلی (وینیل الکل) خالص به بیش از 31لیگنین و نانوالیاف سلولزی سبب شد نرخ زیست تخریب پییری از میلیگرم بر کیلوگرم نشان داد که فیلمهای تقویت شده سه جزیی حاوی 34/5 یافته برسد همچنین آزمون مهاجرت کلی در بستهبندی غیای ی با مقدار میلیگرم بر کیلوگرم از امکان استفاده به عنوان فیلم بستهبندی غیایی چرب برخوردارند 60 لیگنین و نانوالیاف سلولزی بر اساخ حد استاندارد اروپایی کلمات کلید ی: پیش فرآور ی کاه گندم لیگنین بیوکامپوزیت پلی (وینیل الکل) نانوالیاف سلولزی عملیات حرارتی بستهبندی غیایی