منبع نانوسلولزشامل الياف مبتني بر چوب (از طريق فشار بالا، دماي بالا و سرعت بالاي اثر هموژنيزاسيون)مي باشد.نانوسلولز همچنين مي تواند توسط هيدروليز اسيدي از الياف بومي به دست آيد که منجربه نانوذرات بسيار کريستالي و سفت و سخت مي شود و آنها از s100تا1000 نانومتر نسبت به نانوفيبريل هاي به دست آمده از طريق مسير هموژنيزاسيون کوتاهتر هستند.

1-27- توليد نانوذرات سلولزي
نانوسلولز را مي توان از هر منبع سلولزي آماده سازي کرد. عمدتا” خمير چوب براي توليد آن استفاده مي شود.فيبرهاي آن از الياف مبتني بر چوب با استفاده از هموژنايزرهاي فشار بالا جدا شده است. هموژنايزرها جهت ورقه ورقه شدن ديواره سلولي الياف استفاده مي شوند.اين عمل براي آزادي فيبرهاي در ابعاد نانو کمک مي کند. نانو ويسکرهاي سلولزي فرم بلوري تري از نانوسلولز هستند. نانوسلولز توسط هيدروليز اسيدي الياف سلولز بومي تشکيل شده است که در آن نمک معدني غليظ، سولفوريک و يا هيدروکلريک اسيد استفاده شده است. بخش آمورف سلولز بومي هيدروليز مي شود و پس از زمان بندي دقيق، بخش هاي کريستالي مي توانند با استفاده از سانتريفيوژ پس از شستشو از محلول اسيدي بازيابي شوند. نانو ويسکرهاي سلولزي ذرات بسيار کريستالي با سطح مقطع مستطيلي ميله مانند هستند. ابعاد آن بستگي به منبع مواد سلولز بومي و زمان و دماي هيدروليز دارد(Hentze, 2010). علاوه بر اين، هيدروليز اسيدي با اسيد سولفوريک، گروه هاي استر سولفات در سطح NCCبه دليل استري کردن گروه هاي هيدروکسيل توليد مي کند.گروه هاي بار منفي استر سولفات، سوسپانسيونNCC آبي بسيار پايدار به علت دافعه الکترواستاتيک بين کاتاليزورهاييNCC فردي توليد مي کنند.از سوي ديگر، هيدروليز اسيدي با اسيد هيدروکلريک بارهاي منفي زيادي بر روي سطح نانو سلولز را توليد نمي کند و منجر به سوسپانسيون NCCبا پايداري کمتري مي شود (Beck-Candanedo et al., 2005).
عمل آوري اسيدي (هيدروليز اسيدي) فرآيند اصلي مورد استفاده براي توليد نانوسلولز کريستالين است که ساختمان بلوک هاي کوچکتر منتشر شده از الياف سلولزي اصلي هستند. سلولز بومي شامل نواحي غير متبلور (آمورف) و کريستالي (متبلور) مي شود و مناطق آمورف داراي چگالي پايين تري در مقايسه با نواحي متبلور هستند، به طوري که وقتي الياف سلولز در معرض عمل آوري اسيدي تند قرار مي گيرد، نواحي آمورف تفکيک شده و باعث آزادشدن کريستال هاي تکي مي شود. خواص NCCبه فاکتورهاي مختلف، از جمله منابع سلولز، زمان واکنش و درجه حرارت و نوع اسيد مورد استفاده براي هيدروليز بستگي دارد. از آنجا که Ranby (1951) براي اولين بار تجزيه کاتاليز شده ي اسيد سولفوريک کلوئيدي الياف سلولز را گزارش کرد ، يک سري از محصولات NCCاز انواع منابع، مانند چوب (Beck-Candanedo et al., 2005)، پنبه (Araki et al., 2001; Miller & Donald, 2003)، SISAL(De Rodriguez et al., 2006)، جانوران نيام دار (M. de Souza Lima et al., 2003; Kimura et al., 2005) ، باکتري ها (Roman et al., 2004)، الياف گياه (Junior de Menezes et al., 2009) و سلولز والونا (J-F Revol, 1982) توسط محققان مختلف توليد شده بودند.
تنوع ابعاد به منبع مواد سلولزي و شرايطي که تحت آن هيدروليز انجام شده است بستگي دارد(Habibi et al.,). گزارش شده که سلولز نانوکريستالين مشتق شده از سلولز باکتريايي و جانوران نيام دار معمولاً در ابعاد بزرگتري است نسبت به آن هايي که از چوب و پنبه به دست آمده است
(M. de Souza Lima et al., 2003; Heux et al., 2000) اين به اين دليل است که جانوران نيام دار و سلولز باکتريايي بسيار متبلور هستند، از اين رو، بخش هاي کمتري از نواحي آمورف وجود دارد که لازم است در نتيجه توليد نانوکريستال هاي بزرگتر شکسته شود.Beck-Candanedoو همکاران (2005) خواص NCCاز چوب نرم (صنوبر سياه) و چوب سخت (اکاليپتوس) توليد شده در زمان واکنش مشابه، دما و نسبت اسيد به پالپ (مغز ساقه) مورد مقايسه قرار داده اند. آنها دريافتند که اين سوسپانسيون هاي NCC، ابعاد مشابه و بار سطحي يکسان را داشتند. همچنين مشاهده شد که در نسبت بالاتر اسيد به پالپ و زمان واکنش طولاني تر، نانوکريستال هاي کوتاه تر با پراکندگي سايزي4 کوچکتر توليد شده بودند و غلظت بحراني براي تشکيل فاز ناهمسانگرد افزايش يافته بود. همانطور که از شکستن زنجيره هاي سلولز به طور تصادفي در طي فرآيند هيدروليز اسيدي رخ مي دهد، ابعاد NCCيکسان نيستند(Beck-Candanedo et al., 2005). باي و همکاران (2009)، يک روشي را براي به دست آوردن NCCبا توزيع اندازه باريک از طريق روش سانتريفيوژ پيشنهاد کرده اند. شش بخش مختلف NCCبا PDIباريک با استفاده از سرعت زاويه اي توليد شده است که نيروي (RCF) گريز از مرکز نسبي را براي هر بخش در يک زمان ثابت سانتريفوژ توليد مي کند(Bai et al., 2009). با استفاده از روش پاسخ سطحي، Bondesonو همکاران (2006) شرايط واکنش را براي هيدروليز NCCاز صنوبر نروژي بهينه کردند. غلظت NCCو اسيد سولفوريک، زمان هيدروليز، دما و زمان تصفيه اولتراسونيک در طي فرآيند متفاوت بود. آن ها دريافتند که زمان واکنش، دما و غلظت اسيد، فاکتورهاي بحراني براي توليد NCC بودند. ويسکرهاي سلولز با بازده 30? (از وزن اوليه) با غلظت اسيد سولفوريک 5/63? (w/w) در حدود 2 ساعت به بازده NCCبا طول بين nm 200 و 400و قطر کمتر از 10 نانومتر توليد شد(Bondeson et al., 2006).Elazzouzi-Hafraouiو همکاران (2008) اثر دما را بر روي توزيع اندازه NCCتوليد شده از هيدروليز اسيد سولفوريک پنبه مورد مطالعه قرار دادند و نشان دادند که NCCکوتاهتر با افزايش دما به دست آمده است. اسيد سولفوريک و هيدروکلريک به طور گسترده در آماده سازي NCCمورد استفاده قرار گرفته اند، با اين حال، قابليت پراکندگي NCCمشتق شده از اين دو نوع اسيد متفاوت است. به علت فراواني گروه هاي باردار سولفات بر روي سطح آن، NCCبه دست آمده از هيدروليز اسيد سولفوريک به آساني در آب پراکنده مي شود، در حالي که آن هايي که از هيدروليز اسيد هيدروکلريک توليد شده اند، به آساني پراکنده نشده و سوسپانسيونهاي آبي آن ها تمايل به لخته شدن دارند. علاوه بر اين، تفاوت هاي موجود در ثبات حرارتي و رفتار رئولوژيکي بين NCCتوليد شده از اسيد سولفوريک و آن هايي که از اسيد هيدروکلريک توليد شده اند، مشاهده شده است(Elazzouzi-Hafraoui etal., 2009). NCCهمچنين از خمير بازيافتي با استفاده از مايکروويو به کمک هيدروليز آنزيمي توليد شده است.Filsonو همکاران (2009)، روشي براي توليد NCCبا استفاده از آنزيم اندوگلوکاناز، جزء اصلي سلولاز، را گزارش کردند. آنها مشاهده کردند که NCCتوليد شده با حرارت مايکروويو بازده بالاتري نسبت به حرارت معمولي دارد، چون حرارت مايکروويو، بيشتر انتخابي است و زمان واکنش را نيز کاهش مي دهد(Filson et al., 2009).

1-28- خواص نانوسلولز و سوسپانسيون آن
نانوسلولز داراي ويژگي هاي منحصر به فردي مي باشد.خواص زير ماهيت نانوسلولز را توصيف مي کنند.
نانوسلولز کريستالين مشتق شده از هيدروليز اسيدي با استفاده از منابع جنگلي مختلف مي تواند به دليل سطوح با بار منفي خود، در آب پراکنده شوند. در غلظت پايين، همانند يک فاز ايزوتروپيک، ذرات NCCبه صورت تصادفي متمايل به سوسپانسيون آبي هستند و هنگامي که غلظت به يک مقدار بحراني مي رسد(J-F Revol et al., 1992). همچنان که غلظت بيشتر افزايش مي يابد، سوسپانسيون نانوذرهاي پديده انکسارمضاعف را نشان مي دهند. غلظت بحراني برايNCC سولفاته به طور معمول در محدوده بين 1 و 10? (w/w) است که تابعي از نسبت سطح به حجم، چگالي بار و اسمولاريته است. بعضي نظريه ها بر اساس پارامترهاي مختلف مورد مطالعه قرار گرفته اند تا اين پديده را توضيح دهند(Stroobants et al., 1986). رفتار فاز نانوذرات به وجود الکتروليت ها و يون هاي مقابل آنها و همچنين به ماکرومولکولها، حساس است. اثر الکتروليت اضافه شده بر روي فاز جداسازيNCC توسط دونگ و همکاران (1996)مورد بررسي قرار گرفتو آنها دريافتند که افزودن الکتروليت ها، به عنوان مثال HCl، NaClو KCLبه ميزان قابل توجهي حجم قسمتي از فاز ناهمسانگرد را کاهش مي دهد(Dong et al., 1996). همچنين دونگ و گري (1997)، اثر يون ها را بر روي رفتار فاز جداسازي و پايداري سوسپانسيون هاي NCC با افزودن يون هاي مخالف معدني، يون هاي مخالف با پايه آلي ضعيف و نمک هاي تترا آلکيل با پايه آلي بالا مطالعه کردند. مشاهده شد که انواع يون هاي مخالف اثر قابل توجهي بر رفتار فاز جداسازي سوسپانسيون هاي NCCداشت. همانند الکتروليتها، فاز جداسازي سوسپانسيون هاي NCCبه شدت تحت تاثير افزودن ماکرومولکولها قرار مي گيرد(Dong et al., 1997).
گري و همکارانش(Beck-Candanedo et al., 2006, 2007; Edgar et al., 2002) مطالعه دقيقي بر روي اثر رنگهاي دکستراني و يوني بر روي فاز تعادل سوسپانسيونهايNCC انجام دادند. پوشش سورفاکتانت مورد استفاده براي پراکنده کردن ويسکرهاي NCCدر حلالهاي غير قطبي براي اولين بار توسط Heuxو همکاران(2000) گزارش شد که ويسکرهاي NCCاز پنبه با سورفاکتانت مخلوط ميشوند. آنها همچنين نشان دادند که فازهاي پايدار نانوسلولز با وجود يک لايه سورفاکتانت در اطراف ويسکرهاي NCCتشکيل ميشوند(Heux et al., 2000). بررسي دقيق ساختار نانويي سلولز در مطالعات محققين گزارش شده است(Elazzouzi-Hafraoui et al., 2009).Zhouو همکاران (2009) نشان دادند که NCCبا زايلوگلوکان پلي اليگو ساکاريد و اتيلن گليکول قابليت پراکندگي عالي را در حلال هاي غير قطبي دارند(Zhou et al.,2009). علاوه بر اين، سورفاکتانت ها، پراکندگي NCCرا در ماتريس پلي استايرن افزايش مي دهند(Kim etal., 2009).اخيراً، خاصيت خود تجمعي NCCتحت ميدان خارجي يا بيروني، همانند ميدان الکتريکي ACو ميدان مغناطيسي(Bordel et al., 2006; Fleming et al., 2000;Sugiyama et al., 1992) بررسي شدند. اثر ميدان الکتريکي ACبر روي جهت دهي NCCتوسط حبيبي و همکاران مورد بررسي قرار گرفت (Habibiet al., 2008). آنها مشاهده کردند که کاربرد يک ميدان الکتريکي ACبه سوسپانسيونهاي NCCترسيب شده بين دو الکترود فلزي منجر به جهت دهي همگن مولکولهاي NCCميشود. علاوه بر اين، جهت دهي فيلم هاي توليد شده از نانوکريستالهاي سلولز، تا حد زيادي تحت تاثير فرکانس و قدرت ميدان الکتريکي بود، در حالي که نانو کريستالهاي سلولز با افزايش ميدان الکتريکي به بيشتر از V/cm2000 با فرکانس در محدوده بين 104 و 106 هرتز، همگن تر شدند. مطالعات قبلي(Jean-François Revol et al., 1994) نشان دادند که سوسپانسيونهاي NCC، داراي ناهمسانگردي ديامغناطيسي داشتند. همچنين نويسندگان نشان دادند که براي فيلمهاي NCC، حضور ميدان مغناطيسي، تشکيل فاز کايرال را تسهيل نمي کند.اخيراً، مطالعه مشابهي توسط پان و همکارانش (2010) انجام شد. آنها عوامل مختلف موثر بر خواص نماتيک کايرال فيلم هاي NCCرا آزمايش کردند(Pan et al., 2010) و نتايج مشابهي بدست آوردند.فراساختارسلولز به دست آمده از منابع مختلف به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنين تکنيک هاي مانند ميکروسکوپ الکتروني عبوري(TEM)، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)، ميکروسکوپ نيروي اتمي(AFM)، اسکن زاويه باز اشعه ايکس5 ، پراش جزئي زاويه تابش اشعه X ، رزونانس مغناطيسي هسته اي6، طيف سنجي، براي توصيف مورفولوژي نانوسلولزاستفاده شده اند.اين روش ها به بررسي مورفولوژي نانوسلولزخشک شده، استفاده شده اند.ترکيبي از تکنيک هاي ميکروسکوپي با آناليز تصويري مي توانند اطلاعاتي در مورد عرض رشته کوچک فيبريلي نانوسلولز

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید