ساخت و ارزیابی خواص فیلم نانو چندسازه پلی اتیلن سبک حاوی نانو الیاف سلولزی

امروزه نانوذرات و نانو الیاف سلولزی (CNF) جایگاه گسترده ای در صنایع غذایی بویژه صنعت بسته بندی پیدا کرده اند. حضور این مواد در ساختار ماده بسته بندی می تواند نقش مفیدی در بهبود ویژگی های مکانیکی، بازدارندگی و حرارتی ماده بسته بندی ایفاء کند. نانو الیاف سلولزی به دلیل دسترس پذیری بالا، قیمت مناسب، تجدیدپذیری، سطح ویژه زیاد و ویژگی های مکانیکی مناسب به عنوان تقویت کننده در نانو چندسازه ها، مورد توجه زیادی قرار گرفته است. هدف از این مطالعه، ارزیابی برخی خواص مکانیکی، فیزیکی همچنین ریخت شناسی نانو چندسازه ها تشکیل شده از نانو الیاف سلولزی (CNF) و پلی اتیلن سبکLDPE)) می باشد. در تحقیق حاضر، از انیدرید مالییک استیرن (SMA) به عنوان جفت کننده جهت ازدیاد برهم کنش بین اجزاء استفاده شد.

نمونه های نانو چندسازه ها با مقادیر مختلف نانو الیاف سلولزی (0، 3، 5 و 10 درصد وزنی)، با روش خشک کردن انجمادی ژل نانو الیاف سلولزی و اختلاط مذاب نانو الیاف سلولزی خشک شده با LDPE با استفاده از مخلوط کن داخلی و سپس با روش قالب گیری فشاری تهیه شدند. نمونه ها از طریق آزمون های جذب آب، طیف سنجی مادون قرمز (FTIR)، آزمون مکانیکی (شامل مدول الاستیسیته، کرنش تا نقطه شکست و استحکام کششی) و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) مورد سنجش قرار گرفتند. همچنین برای تشخیص نحوه پراکنش نانو الیاف سلولزی در ماتریس پلیمری از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده گردید.

ریزنگاره های AFM، اندازه نانو الیاف سلولزی در مقیاس نانو را تایید نمود و میانگین قطر نانو الیاف سلولزی 10±35 نانومتر به دست آمد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی تهیه شده از سطح شکست فیلم ها، تایید کننده پراکندگی مطلوب و یکنواخت نانو الیاف سلولزی بود. نتایج آزمون های مکانیکی حاکی از آن است که وجود نانو الیاف سلولزی در ماتریس پلیمری موجب افزایش استحکام کششی و مدول الاستیسیته نانو چندسازه ها نسبت به LDPEخالص می شود. در این رابطه نانو چندسازه تهیه شده از 10درصد وزنی نانو الیاف سلولزی، دارای بیشترین استحکام کششی و مدول الاستیسیته بودند. همچنین نتایج نشان داد، مقدار کرنش تا نقطه شکست نانوچندسازه ها با افزودن نانو الیاف سلولزی به درون ماتریس پلیمری کاهش یافت. بررسی تاثیر نانو الیاف سلولزی بر میزان جذب رطوبت در فیلم های مورد بررسی نشان داد، با افزایش مقدار نانو الیاف سلولزی از صفر تا 10 درصد جذب آب از 46/0 به 90/0 درصد افزایش یافت.

همه نتایج به دست آمده در این پژوهش اثر مناسب نانو الیاف سلولزی بر برهم کنش قوی با پلی اتیلن را نشان داد که موجب افزایش خواص مکانیکی نانو چندسازه ها شد. البته مدول الاستیسیته فیلم های نانو چندسازه ها، افزایش چشمگیری داشت. همچنین درصد وزنی نانو الیاف سلولزی موثرترین پارامتر روی استحکام کششی و مدول الاستیسیته نمونه های نانو چندسازه ها می باشد. با افزودن نانو الیاف سلولزی درصد جذب آب نانو چندسازه ها افزایش یافت.