تولید و ارزیابی نانو کاغذ از لینتر پنبه به روش انحلال جزئی

استفاده از سلولز و محصولات سلولزی در تولید ترکیبات زیستی در مقیاس نانو به علت مقاومت زیاد، وزن کم و زیست تخریب پذیری مورد مطالعه فراوانی قرار گرفته است. نانوساختارها از طریق روش های بالا به پایین یا پایین به بالا بدست می آیند. در این مطالعه، روش بالا به پایین انحلال جزئی، به عنوان یک روش ساده و سریع، جهت تولید نانوسلولز مورد استفاده قرار گرفت. با کنترل شرایط انحلال نظیر زمان و حلال، ارتباط و اتصال جانبی نانوفیبریل های مجاور را که از طریق پیوندهای هیدروژنی تامین می شود، قطع و به طور جزئی زنجیرهای بیرونی نانوفیبریل را حل می نماید. با توقف واکنش انحلال جزئی و خروج حلال نانوفیبریل هایی که به طور جزئی انحلال پیدا کردند به همدیگر جوش خورده و فیلمی تشکیل می گردد که چون کاملا از نانوفیبریل های سلولزی و سلولز آمورف تشکیل شده است به آن نانوکاغذ اطلاق می گردد تحقیق حاضر به بررسی ویژگی های این محصول نانوکاغذی کاملا زیست سازگار حاصل از الیاف لینتر پنبه با روش انحلال جزیی می پردازد.
خالص سازی الیاف لینتر پنبه طی سه مرحله ی پنوماتیکی، شستشو با آب داغ و پخت شیمیایی با هیدروکسید سدیم انجام شد. از خمیر کاغذ حاصل مطابق با استاندارد TAPPIکاغذهای دست ساز ساخته شد. انحلال جزئی کاغذهای محتوی آلفا سلولز زیاد، در حلال دی متیل استامیدی/ 9درصد لیتیم کلرید (DMAc/LiCL) انجام شد و از ژل حاصل با پرس و خشک کردن، فیلم سلولزی شفاف بدست آمد. به منظور ارزیابی خواص ریخت شناسی، ساختار بلورین، خواص مکانیکی و حرارتی به ترتیب از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان، پراش پرتو ایکس، آزمونگر خواص مکانیکی و تحلیل گر وزن سنجی گرمایی استفاده شد.
قطر نانوفیبریل های حل نشده با مطالعات میکروسکوپ الکترونی در حدود 60-66 نانومتر اندازه گیری شد. ریزنگارهای الکترونی، یکنواختی بافت نانوکاغذ را نسبت به کاغذ معمولی نشان داد. شفافیت بصری (پشت نمایی) نانو کاغذ به علت آزادسازی نانو ساختارهای سلولزی، یکپارچه شدن بافت، افزایش دانسیته و کاهش ناهمواری سطح و افزایش سطوح عبور نور قابل ملاحظه بود. نتایج خواص مکانیکی نشان داد که نانو کاغذ تنش کششی زیادتری را نسبت به کاغذ معمولی داشت. تنش کششی برای کاغذ و نانوکاغذ بترتیب 8.02و 27.28 (MPa) و مدول الاستیسیته کششی0.483 و 0.649(GPa) بدست آمد. الگوی پراش پرتو ایکس کاغذ معمولی، با سلولز نوع اول (I) مطابقت داشت. در اثر انحلال جزئی زنجیرهای بیرونی سلولزی نانوفیبریل ها در محیط حلال به طور نسبی آزاد شده و در اثر خروج حلال مجدد بازآرایی زنجیرها اتفاق افتاد. در بازآرایی مجدد بخش هایی به صورت بلورهای سلولز نوع دوم درآمده و نیز مقدار سلولز آمورف نیز افزایش می یابد. لذا در فرآیند انحلال جزئی و جامدشدن مجدد، نوع سلولز تغییر می کند. با بررسی اطلاعات پراش پرتو ایکس، پیک مرتبط با سلولز نوع دوم (II) و افزایش فاز آمورف در نانوکاغذ مشاهده شد، درجه بلورینگی کاغذ و نانوکاغذ به ترتیب از 84.9 به 54.89 درصد محاسبه شد. اندازه نانو بلورهای سلولزی در کاغذ 6.44 نانومتر و در نانوکاغذ 2.55 نانومتر بدست آمد. نتایج بررسی پایداری حرارتی نشان داد که نانوکاغذ پایداری حرارتی کمتری نسبت به کاغذ معمولی داشت.
در ساختار نانوکاغذ، سلولز نوع βI حل نشده (نانو فیبریل های حل نشده) فاز تقویت کننده و سلولز نوع دوم (II) و نواحی بی شکل فاز زمینه را تشکیل می دهد. انحلال جزئی، بخشی از بلور ها را تخریب می کند و با خروج حلال و سخت شدن مجدد، بخشی از زنجیرهای ناحیه بی شکل بازآرایی پیدا می کنند و به بلور های سلولز II تبدیل می شوند در نهایت با ایجاد نانو ساختار یکنواخت، محصول مقاوم و با قابلیت پشت نمایی حاصل می شود. کاهش بلورینگی سلولز بر اثر انحلال منجر به افت پایداری حرارتی نانوکاغذ نسبت به کاغذ معمولی می شود.