Skip to main content
SUPERVISOR
Roohollah Bagheri,TAYEBEH BEHZAD
روح اله باقری (استاد مشاور) طیبه بهزاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Marzie Alidadi Shamsabadi
مرضیه علیدادی شمس آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
: Polyolefins have significantly obtained a main position in packaging industry because of their low cost, light weight, required properties, and low-energy consumption during their processing. To overcome this problem, production of degradable and biodegradable polyethylene is necessary. Starch is a widely used polymer in thermoplastic applications because of its biodegradability. Cellulose is the most available biopolymer on earth occurring in wood and other lignocellulosic sources which can be isolated as nanofibers to reinforce composites. Cellulose nanofibers were isolated from wheat straw by a chemical-mechanical procedure. Initially, wheat straw fibers were subjected to a chemical process to eliminate lignin, hemicelluloses, and pectin. Wheat straw was soaked in NaOH solution for pretreatment to swell cell walls enabling chemical molecules penetrate through the crystalline region of cellulose and also enhance dewaxing. Hemicellulose and pectin were removed from pulp in acid hydrolysis stage. Since the acid hydrolysis is a critical step in nanofiber extraction, the HCl solution concentration and hydrolysis time were optimized based on the highest degree of crystallinity using statistical response surface methodology (RSM). Afterward, soluble lignin and klasson lignin (insoluble lignin) were eliminated in alkali treatment by dilute NaOH solution and in bleaching stage by sodium chlorite (NaClO 2 ) solution, respectively. The chemical composition of fibers at different stages of chemical treatment were analyzed and showed an increase in ?-cellulose content. In the second part of the treatment, obtained chemical-purified cellulose microfibers were mechanically disintegrated into nanofibers employing a sonicator at 400 W power. The morphology and size distribution of nanofibers were characterized using scanning electron microscope (SEM). The average diameter and aspect ratio of nanofibers were obtained to be 45 nm and about 23-54, respectively. In addition, the thermal properties of nanofibers and untreated fibers were studied by Thermal gravimetric analyzer and found to be improved dramatically. The degradation temperature of nanofibers reached beyond 300 °C. These mentioned properties are highly suitable for using cellulosic nanofibers in polymeric nanocomposites. In this research, the effect of bio nanofibers on physical and mechanical properties of polyethylene/starch/polyethylene grafted maleic anhydride blend was investigated. Nanocomposites reinforced with different amounts of CNF from 6 to 14% were prepared using an internal mixer followed by a single screw extruder. Flow properties of nanocomposite blend were determined by Melt Flow Index (MFI) and viscosity measurement. MFI was decreased and viscosity increased. To evaluate the mechanical performance of nanocomposites, tensile properties were measured. It was observed that by increasing CNF content tensile strength and elongation at break were decreased, whereas Young’s modulus was increased. In addition, water absorption and degradability under soil was increased with adding CNF in nanocomposites which can enhance degradation of the composite. Finally, it was demonstrated that nanocomposite containing 9% CNF has desirable flow, mechanical, degradability, and water absorption properties. Key words: Wheat straw, Cellulose nanofibers, Total crystallinity index, optimizing, nanocomposite, degradability.
: پلی اتیلن سبک که به سختی در محیط تخریب می شود، یکی از ترموپلاستیک های تجاری است که سریع ترین رشد مصرف را دارد. مصرف مداوم پلی اتیلن در کاربرد های مختلف منجر به رشد آلودگی زیست محیطی می شود. برای غلبه بر این مشکل، تولید پلی اتیلن با زیست تخریب پذیری سریع تر ضروریست. به این منظور نشاسته که یکی از پرکاربردترین بیو پلیمر ها در صنعت ترمو پلاستیک است به پلی اتیلن اضافه می شود ولی هنوز تخریب پذیری در حد مطلوب نیست. بنابراین نانو الیاف سلولز به منظور بهبود تخریب پذیری آلیاژ پلی اتیلن سبک- نشاسته گرمانرم استفاده می شود. منبع اصلی نانوالیاف سلولز دیواره های سلولی گیاهان است. در این پژوهش ساقه گندم به دلیل فراوانی در ایران به عنوان منبع تولید نانوالیاف سلولز انتخاب و نانوالیاف سلولز به روشی شیمیایی- مکانیکی از ساقه گندم استخراج شد. عمل آوری شیمیایی منجر به حذف مواد غیرسلولزی مانند همی سلولز، لیگنین و پکتین می شود و عمل آوری مکانیکی الیاف را از ابعاد میکرومتر به ابعاد نانومتر تبدیل می کند. ابتدا ساقه های گندم به مدت 2 ساعت به منظور تورم دیواره های سلولی و موم زدایی در محلول 5/17% هیدروکسید سدیم (در دمای محیط) خیسانده شد. در ادامه شرایط هیدرولیز اسیدی شامل غلظت اسید و زمان هیدرولیز با استفاده از نرم افزار طراحی آزمایش و به منظور دستیابی به بالاترین درجه بلورینگی بهینه سازی شد. سپس هیدرولیز اسیدی با اسید هیدروکلریک ، عمل آوری قلیایی توسط محلول رقیق هیدروکسید سدیم و رنگ زدایی توسط سدیم کلرایت به ترتیب برای حذف همی سلولز و پکتین، لیگنین قابل حل و لیگنین غیرقابل حل انجام شد. سپس میکروالیاف به دست آمده پس از عمل آوری شیمیایی به وسیله اولتراسونیکw 400 از هم جدا شده و به نانوالیاف تبدیل شدند. آنالیز ترکیب شیمیایی الیاف در مراحل مختلف به وسیله استاندارد NREL انجام و مشخص شد که میزان سلولز از 8/49% به 5/85% افزایش یافته که نشان دهنده حذف مواد غیرسلولز با عمل آوری شیمیایی است. تصویر SEM نانوالیاف نشان داد که نانوالیاف به دست آمده متوسط قطر 45 نانومتر و نسبت طول به قطری در محدوده 54-23 دارند. آنالیز حرارتی الیاف خام و نانوالیاف نهایی به وسیله TGA انجام شد و نشان داد که دمای تخریب نانوالیاف نسبت به الیاف خام ?C 35 افزایش داشته و به بالاتر از ?C 300 رسیده است. این مشخصه نانوالیاف سلولز حاصل را برای مصرف در نانوکامپوزیت های پلیمری که در دمای بالا تولید می شوند، مناسب ساخته است. سپس نانوکامپوزیت شامل پلی اتیلن سبک و نشاسته گرمانرم به عنوان ماتریس، پلی اتیلن سبک گرافت شده با مالئیک انیدرید به عنوان سازگار کننده و مقادیر مختلف نانوالیاف سلولز (14%-6 ) به عنوان پر کننده آماده شد. خواص جریان پذیری با اندازه گیری شاخص جریان مذاب و ویسکوزیته بررسی شد. این نتایج 40% کاهش در شاخص جریان مذاب برای نمونه حاوی 14% نانوالیاف و افزایش ویسکوزیته در نرخ برشی s -1 1 تا 380/0 مگاپاسکال.ثانیه برای نمونه حاوی 14% نانوالیاف دیده شد. تعیین مدول یانگ از شیب نمودار تنش-کرنش افزایش مدول از 231 مگاپاسکال تا 438 مگاپاسکال را با افزایش درصد نانوالیاف نشان داد. همچنین افزایش توانایی جذب آب و ضریب نفوذ موثر نانوکامپوزیت در پی افزایش نانوالیاف با انجام آزمون جذب آب دیده شد که نشان دهنده افزایش تخریب پذیری نانوکامپوزیت در زیر خاک است. افزایش تخریب پذیری در زیر خاک با افزایش درصد نانوالیاف سلولز نیز با انجام آزمون تخریب پذیری مشخص شد که تایید کننده نتایج آزمون جذب آب است. واژگان کلیدی ساقه گندم، نانوالیاف سلولز، شاخص بلورینگی کل، بهینه سازی، نانوکامپوزیت، تخریب پذیری.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی