فهرست
فهرست شکلها……………………………………………………………………………………………………………………………………………یازده
فهرست جداول…………………………………………………………………………………………………………………………………………..سیزده
چکیده …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..1
فصل ا ول مقدمه…………………………………….. 2
1-1تاریخچه……………………………………… 3
1-2ساختار و خواص نانو سلولز………………………. 4
1-3روش تهیه…………………………………….. 5
1-4کاربردهای نانو سلولز………………………….. 6
1-5روشهای تولید نانو الیاف……………………….. 6
1-5-1کشش……………………………………… 6
1-5-2تولید از قالب…………………………….. 7
1-5-3جدایش فازی……………………………….. 8
1-5-4خودآرایی…………………………………. 8
1-5-5الکتروریسی……………………………….. 9
1-6هدف………………………………………… 10
1-7جنبههای جدید تحقیق…………………………… 11
1-8فصل‌بندی پروژه……………………………….. 11
فصل دوم بررسی منابع و تحقیقهای انجام‌شده…………… 12
2-1استخراج نانو الیاف سلولز……………………… 13
2-1-1روش شیمیایی………………………………. 13
2-1-2پیش فرآوری……………………………….. 13
2-1-3هیدرولیز اسیدی……………………………. 14
2-1-4هیدرولیز بازی…………………………….. 14
هشت |
2-1-5رنگ بری یا سفیدگری………………………… 14
2-1-6مروری بر پژوهشهای پیشین……………………. 15
2-2الکتروریسی………………………………….. 17
2-3عوامل تأثیرگذار بر الکتروریسی نانو الیاف……….. 18
2-3-1عوامل محلول پلیمری………………………… 18
2-3-2شرایط فرایند……………………………… 20
2-3-3عوامل محیطی………………………………. 22
2-3-4مروری بر پژوهشهای پیشین در الکتروریسی الیاف سلولزی 23
2-4کامپوزیت……………………………………. 24
2-4-1فرآیندهاي ساخت کامپوزیت‌های زمینه پلیمري……….. 24
2-4-2مروری بر پژوهشهای پیشین در کامپوزیت اپوکسی تقویت شده با الیاف طبیعی 26
فصل سوم مواد و روشها……………………………… 30
3-1مقدمه………………………………………. 30
3-2استخراج میکرو الیاف سلولزی……………………. 31
3-2-1مواد…………………………………….. 31
3-2-2تجهیزات………………………………….. 32
3-2-3دستگاه‌های مورداستفاده جهت انجام آزمون……….. 33
3-2-4آزمایش‌های انجام‌شده………………………… 35
3-2-5آزمونهای انجام‌شده در مرحله استخراج الیاف…….. 39
3-3تولید لایه نانو الیاف سلولز به روش الکتروریسی……. 41
3-3-1مواد…………………………………….. 41
3-3-2تجهیزات………………………………….. 42
3-3-3دستگاه‌های مورداستفاده……………………… 43
3-3-4آزمایش‌های انجام‌شده………………………… 45
3-4ساخت نانو کامپوزیت با استفاده از رزین اپوکسی……. 47
نه |
3-4-1مواد…………………………………….. 47
3-4-2تجهیزات………………………………….. 47
3-4-3روش ساخت کامپوزیتها……………………….. 48
3-4-4دستگاه‌ها و آزمونهای مورد استفاده……………. 49
فصل چهارم بررسی نتایج…………………………….. 52
4-1مقدمه………………………………………. 52
4-2مشخصه يابي استخراج میکرو الياف سلولزی…………….. 53
4-2-1عدد کاپا…………………………………. 53
4-2-2آنالیز ترکیب درصد شیمیایی………………….. 55
4-2-3بررسی ریختشناسی الیاف……………………… 56
4-2-4طیف سنجی مادون قرمز (FTIR)…………………. 58
4-3مشخصهیابی نانو الیاف الکتروریسی شده……………. 59
4-3-1بررسی گرانروی محلول ترکیبی از هیدروکسید سدیم و الیاف 59
4-3-2بررسی ریختشناسی الیاف در محلول ترکیبی از هیدروکسید سدیم 61
4-3-3بررسی ریختشناسی الیاف در محلول TFA…………. 63
4-3-4طیف سنجی مادون قرمز (FTIR)…………………. 68
4-4مشخصه یابی نانو کامپوزیت لایهای تهیه شده از رزین اپوکسی… 68
4-4-1بررسی خواص کششی کامپوزیت…………………… 68
4-4-2بررسی مقاومت ضربهی کامپوزیت………………… 71
فصل پنجم نتیجهگیری و پیشنهادات…………………….. 73
5-1مقدمه………………………………………. 73
5-2نتایج کلی…………………………………… 74
5-2-1نتایج حاصل از بخش استخراج میکرو الیاف سلولز….. 74
5-2-2نتایج حاصل از الکتروریسی الیاف سلولز………… 74
5-2-3نتایج حاصل از کامپوزیت تقویت شده با لایه نانوالیاف الکتروریسی شده 75
ده |
5-3پیشنهادات…………………………………… 75
فهرست شکلها
شکل 1‑1 تاریخچه تولید و ساخت انواع نانو سلولز 3
شکل 1‑2 سلولز از دیواره سلولی گیاه تا ساختمان شیمیایی 4
شکل 1‑3 نمای شماتیک طول بیشینه لیف به‌عنوان تابعی از محصول سرعت کشش با گرانروی ماده اولیه 7
شکل 1‑4 نمای شماتیک از فرآیند خودآرایی 8
شکل 1‑5 الف) دستگاه استاندارد الکتروریسی و ب) تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نانو الیاف 9
شکل 2‑1 نمای شماتیک از پیش فرآوری مواد لیگنوسلولزی 13
شکل2‑2 نایلون 6،6 در فاصله رسوب‌دهی الف) 2 سانتی‌متر و ب) 5/0 سانتی‌متر 22
شکل 2‑3 رزین اپوکسید 24
شکل 3‑1 دستگاه جذب فرابنفش 33
شکل 3‑2 دستگاه کروماتوگرافي مايع با بازدهي بالا یا HPLC 34
شکل 3‑3 میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM. 35
شکل 3‑4 الف) پیش فرآوری ساقه گندم با محلول بازی، ب) خمیر بعد از مخلوط کردن با مخلوط کن 36
شکل 3‑5 الیاف بعد از مرحله هیدرولیز اسیدی 36
شکل 3‑6 الیاف بعد از هیدرولیز بازی 37
شکل 3‑7 ویسکومتر بروکفیلد 44
شکل 3‑8 دستگاه الکتروریسی 45
شکل 3‑9 خشک شدن الیاف در نوک سوزن در حلال TFA 46
شکل 3‑10 افزایش رطوبت در فرآیند الکتروریسی 46
شکل 3‑11 کامپوزیت تهیه شده از اپوکسی با تقویت کننده فیلم نانو الیاف الکتروریسی شده سلولز 48
شکل 3‑12 نمونه دمبلی شکل جهت انجام آزمون کشش 49
شکل 3‑12 دستگاه اندازه گیری مقاومت ضربه ای 51
شکل 4‑1 مکانیسم کلی سفید شدن الیاف 54
شکل4‑2 ساختار گلوکان و زایلان 55
شکل 4‑3 تصاویر SEM گرفتهشده از الیاف ساقه گندم 57
شکل 4‑4 تصاویر SEM گرفتهشده از الیاف ساقه گندم با بزرگنمایی بیشتر 58
شکل 4‑5 طیف FTIR الیاف سلولزی، قبل و بعد از عملیات شیمیایی 59
شکل 4‑6 نمودار تغییرات گرانروی برحسب غلظت الیاف 60
شکل 4‑7 نمای شماتیک از انواع غلظتهای پلیمر 61
شکل 4‑8 تصاویر میکروسکوپ نوری از الیاف ریسیده شده سلولز در مخلوط NaOH 62
یازده |
شکل 4-9 تبخیر حلال در نوک سوزن به علت فشار بخار بالای TFA 63
شکل 4‑10 تشکیل مخروط تیلور و ریسیده شدن الیاف، در رطوبت هوای 60 درصد، با استفاده از حلال TFA 64
شکل 4‑11 تصاویر میکروسکوپ نوری از الیاف سلولز با حلال TFA 65
شکل 4-12 تصویر SEM از نانو الیاف الکتروریسی شده با TFA در غلظت 7% وزنی و نمودار پراکندگی قطر 66
شکل 4‑13 تصویر SEM از نانو الیاف الکتروریسی شده با TFA در غلظت 5/7% وزنی 66
شکل 4‑14 تصویر SEM از نانو الیاف الکتروریسی شده با محلول MC / TFA (95: 5) 67
شکل 4‑15 طیف FTIR نمونه سلولز استخراجی و نانو الیاف سلولز ریسیده شده 68
شکل 4-16 تأثیر میکرو الیاف سلولز و فیلم نانو الیاف الکتروریسی شده بر استحکام کششی نهایی 69
شکل 4‑17 تأثیر میکرو الیاف سلولز و فیلم نانو الیاف الکتروریسی شده بر ازدیاد طول در نقطه شکست 70
شکل 4‑18 تأثیر میکرو الیاف سلولز و فیلم نانو الیاف الکتروریسی شده بر مدول یانگ کامپوزیت اپوکسی 71
شکل 4‑19 تأثیر میکرو الیاف سلولز و فیلم نانو الیاف الکتروریسی شده بر مقاومت ضربه‌ای کامپوزیت اپوکسی 72
دوازده |
