مقایسه خواص رئولوژیکی نانوژل های نانوسلولز چوب، نانوسلولز باکتری و نانوکیتین

سابقه و هدف:

 سلولز سال هاست که در قالب چوب و الیاف گیاهی به عنوان یک منبع انرژی، مصالح ساختمانی و پوشاک به کاربرده می شود. سلولز باکتریایی به دلیل خلوص زیاد و ویژگی های بسیار مناسب تر از سلولز گیاهی، به عنوان ماده زیستی مناسب برای مصارف گوناگون به کاررفته است، مثل صنایع تولید کاغذ، الکترونیکی، غذایی، آکوستیکی، زیست پزشکی، مهندسی بافت و پزشکی. خواص نانوسلولز (مانند خواص مکانیکی، خواص لایه نازک، ویسکوز یته و غیره) آن را ماده ای جالب برای بسیاری از برنامه های کاربردی می سازد. کیتین فراوان ترین پلی ساکارید طبیعی بعد از سلولز است و مهم ترین منبع آن پوسته سخت پوستان دریایی و دیواره ی سلولی برخی گیاهان است. در این مطالعه خواص ریولوژیکی نانوژل های سلولز چوب (W-CNF) ، سلولز سنتز باکتریایی (B-CNF) و کیتین مورد بررسی قرار گرفت.

برای این کار از هر نانوژل دو غلظت 5/0 و 1 درصد تهیه شد و ویژگی های ریولوژیکی ژل نانوالیاف سلولزی و نانوالیاف کیتین شامل آزمون های کرنش نوسانی، کنترل کرنش نوسانی و روبش سرعت برشی با استفاده از ریومتر دورانی مورد ارزیابی قرار گرفت داده های مربوط به رفتارجریان هیدرونانوژل ها توسط مدل های ریولوژیکی مورد برازش قرار گرفت.همچنین برای بررسی خواص مورفولوژیکی و شیمیایی نانوکاغذ تهیه شده و آزمون های SEM,FTIR و AFM در آن ها مورد بررسی قرار گرفت.

عکس های میکروسکوپ الکترونی (SEM) نشان داد که متوسط قطری نانوکاغذهای WCNF، BCNF و ChNF به ترتیب برابر با35، 48 و 26 نانومتر بود . تصاویر AFM نشان داد که WCNF دارای اختلاف ارتفاع بیشتری بود که ناشی از آرایش رشته های سلولزی و عدم یکنواختی آن ها بود در حالی که در BCNF اختلاف ارتفاع کمتر به دلیل سطح و ساختار یکنواخت تر در ساختار نانوفیبرها بود. بیشتر پیک ها در نانوکاغذهای WCNF، BCNF و ChNF تقریبا شبیه به هم بودند. غلظت 1% از نانوژل سلولز سنتز باکتریایی دارای مدول ذخیره بالاتری نسبت به سایر نانو ژل ها داشت. با افزایش غلظت، استحکام بافتی افزایش یافته و نانوژل دارای ساختار قوی تری بود. نانو ژل ها به دلیل ساختار درهم تنیده و محکمی که دارند در فرکانس های پایین، رفتار الاستیک خود را حفظ می کنند ولی این ساختار شبکه-ای در فرکانس بالا، استحکام خود را از دست می دهد و حالت دو فاز پیدا می کند و رفتار آن به حالت ویسکوز تغییر می کند. ویسکوزیته نانوژل های با افزایش سرعت برشی به طور یکنواخت کاهش پیدا کرد. با افزایش غلظت در نانوژل ها ، مقدار ویسکوزیته افزایش یافت.تمام نانوژل ها رفتار شبه پلاستیکی و غیر نیوتنی داشتند. با افزایش غلظت نانوژل ها میزان هیسترسیس افزایش پیدا کرد. نانوژل های سلولز باکتریایی دارای مساحت هیسترسیس بالاتری هستند.

تمام نانوژل ها دارای رفتار شبه پلاستیک و غیر نیوتنی را از خود نشان دادند.سلولز سنتز باکتریایی دارای قوی ترین ساختار بود. مدول ذخیره (G’) به عنوان تابعی از غلظت نانوژل ها، وابستگی زیادی غلظت نانوژل دارد افزایش میزان کرنش می تواند باعث فروپاشی ساختار نانوژل گردد. رفتار رقیق شوندگی با برش میتواند به دلیل پارگی پیوند های ضعیف بین ذرات باشد.