تهيه و ارزيابي خواص نانوفيبر سلولز تهيه شده با روش آسياب

Preparation and properties of ground cellulose nanofibers

در اين مطالعه، الياف بلند آلفا سلولز سوزني‌برگان (ميكروفيبر) با فرآيند سريع، ساده و تك‌مرحله‌اي آسياب به نانوفيبرهاي سلولزي تبديل شدند. خواص فيبرهاي سلولزي شامل ويژگي‌هاي مرفولوژيك (قطر و توزيع قطري)، تغييرات ساختاري كريستال (ضخامت كريستال و درجه كريستالي)، پايداري سوسپانسيون و خواص فيزيكي فيلم (شفافيت و نفوذپذيري) در دو مقياس ميكرو و نانو مطالعه شد. مقايسه متوسط قطري ميكروفيبرها (10±33 ميكرومتر) و نانوفيبرها (11±28 نانومتر) نشان داد كه فرآيند آسياب با كاهش 1200 برابر قطر، در توليد نانوفيبرها كاملاً كارآمد بوده است. مطالعه‌هاي پراش پرتو ايكس نشان داد كه درجه كريستالي و ضخامت كريستال در ميكروفيبرها به‌ترتيب 79 درصد و 1/5 نانومتر بوده كه در اثر فرايند آسياب اين مقادير به‌ترتيب به 73 درصد و 6/4 نانومتر براي نانوفيبرهاي سلولزي كاهش يافتند. اين تغييرات بيانگر اثر قابل‌ملاحظه نيروهاي فشاري و برشي سنگ‌هاي آسياب بر ساختار كريستال سلولز است. بر خلاف ته‌نشيني سوسپانسيون خمير اوليه (ميكروفيبر) پس از 2 دقيقه، سوسپانسيون نانوفيبر كاملاً پايدار بوده است. شفافيت كيفي فيلم ميكروفيبر بسيار كم‌تر از شفافيت كيفي فيلم نانوفيبر و مقدار نفوذپذيري آن (320 ميكرومتر بر پاسكال در ثانيه) بسيار بيش‌تر از نفوذپذيري فيلم نانوفيبر (06/1 ميكرومتر بر پاسكال در ثانيه) بوده كه نشان مي‌دهد با كوچك‌سازي ابعاد سلولز از مقياس ميكرو به نانو، سطح ويژه و پيوند افزايش يافته و ساختار فيلم به‌دست آمده يكنواختي بيش‌تر و تخلخل كم‌تري مي‌يابد.

The alpha cellulose of softwoods (microfibers) was turned to cellulose nanofibers using ultra-fine friction grinding process, as a simple, fast and one-step downsizing method. The effect of grinding on fiber diameter, crystallite size, crystallinity, suspension stability, together with the transparency and air permeability of sheets made from micro-and nanofibers was investigated. The average diameter of microfibers and nanofibers was 33±10 µm and 28±11 nm, respectively. The results of X-ray scattering demonstrated that the crystallinity and crystallite size of microfiber was 79% and 5.1 nm, respectively. During grinding process, the crystallinity and crystallite size decreased to 73% and 4.6 nm, respectively. The suspension of microfibers was unstable over checking stability time, while the nanofiber suspension had a long-term stability. The air-permeability of microfiber and nanofiber sheets was 320 and 1.06 µmPa-1s-1, respectively. The qualitative transparency of microfiber sheet was distinguishably lower than that of nanofiber sheet.