پديد آورنده :
توانا، مرضيه
عنوان :
تهيه و مشخصهيابي فوم سلول بسته بيو نانوكامپوزيتي بر پايه نشاسته/ پلي(وينيلالكل) تقويت شده با نانو الياف سلولز استخراج شده از تفاله هويج
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي شيمي
صفحه شمار :
دوازده، ۸۶ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
طيبه بهزاد، روح اله باقري
توصيفگر ها :
نشاسته , پلي(وينيل الكل) , نانوالياف سلولز استخراج شده از تفاله هويج , فوم نانوكامپوزيتي , زيست تخريب پذيري
استاد داور :
احمد اسدي نژاد، سعيد نوري خراساني
تاريخ ورود اطلاعات :
1397/05/14
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
چكيده فارسي :
1 چكيده امروزه كامپوزيت هاي پليمري نقش مهمي در زمينه هاي مختلف ايفا مي كنند به دليل مالحظات زيست محيطي توجه محققان به استفاده از پليمرهاي زيست تخريب پذير در تهيه كامپوزيت هاي پليمري معطوف گرديده است اگرچه نشاسته به دليل ارزان تجديدپذير و زيستتخريب پذير بودن يكي از پر كاربرد ترين پليمرهاي طبيعي است ولي از نظراستحكام وابستگي خواص مكانيكي به رطوبت و پايداري حرارتي داراي نواقصي است كه با استفاده از پليمرها و پركننده هاي مناسب اصالح مي گردد پلي وينيل الكل PVA يكي از سازگارترين پليمرهاي سنتزي با نشاسته مي باشد نانوالياف سلولزي به دليل استحكام و مدول باال به عنوان تقويت كننده كامپوزيت هاي پليمري مورد توجه مي باشند هدف از اين پژوهش تهيه و مشخصهيابي فوم بيو نانوكامپوزيتي بر پايه نشاسته پلي وينيلالكل تقويت شده با نانوالياف سلولز استخراج شده از تفاله هويج مي باشد در قسمت اول پژوهش از تركيب روش شيميايي و مكانيكي براي استخراج نانوالياف سلولز استفاده شد روش شيميايي شامل پيش عمل آوري با محلول سديم هيدروكسيد 1 71 وزني جهت متورم سازي الياف و در دسترس قرار گرفتن بيشتر سلولز و نيز عمل آوري هاي شيميايي مي باشد در گام اول عمل آوري شيميايي به منظور حذف پكتين ليگنين قابل حل و همي سلولز عمل آوري قليايي توسط محلول سديم هيدروكسيد 2 وزني و در گام دوم براي حذف ليگنين غير قابل حل عمليات رنگ زدايي توسط محلول سديم كلريت در محيطي اسيدي و با دو بار تكرار انجام شد حاصل روش شيميايي انجام شده اليافي در ابعاد ميكرو مي باشد كه براي بهبود خواص توسط روش مكانيكي به مقياس نانو تبديل شدند دراين پژوهش از دستگاه التراسونيك با توان 1121 وات جهت تبديل الياف به مقياس نانو استفاده گرديد آناليز تركيب در صد شيميايي نشان داد كه ميزان سلولز الياف از 1111 12 در نمونه اوليه به 316 17 در نمونه نهايي افزايش داشت و درصد بازيابي سلولز نيز حدود 16 محاسبه شد تصاوير FE SEM گرفته شده از نانوالياف نشان داد كه قطر حدود 21 11 از نانوالياف كمتر از 11 نانومتر مي باشد و 17 63 از نانوالياف قطري بين 12 تا 13 نانومتر دارند نتايج حاصل از تست FTIR نيز حذف اجزاي غير سلولزي را تاييد كرد شاخص بلورينگي كلي الياف براي نمونه اوليه 41 1 و نمونه نهايي 61 1 محاسبه شد كه اين داده ها مصداق ديگري بر تاييد حذف اجزاي آمورف از ساختار الياف مي باشند ميزان بلورينگي الياف نهايي نيز توسط تست 71 XRD به دست آمد در قسمت دوم پژوهش از روش پخت در اتوكالو براي تهيه فوم استفاده شده است از 13 وزني گليسرول براي تهيه نشاسته گرمانرم و از سديم بي كربنات نيز به عنوان عامل فوم زا استفاده شده است در ابتدا فوم نشاسته PVA با 1 تركيب درصد مختلف 1 1 11 11 و 12 وزني تهيه گرديد به اين صورت كه PVA در دماي حدود 11 درجه سانتي گراد و تحت همزن مغناطيسي با دور باال در آب حل شد و محلول PVA تحت همزن مكانيكي با دور 111 قرار گرفت و ساير اجزا از جمله گليسرول نشاسته سديم بي كربنات و سپس استيك اسيد افزوده شده و پس از 11 دقيقه اختالط درون اتوكالو هم دما با آون قرار گرفتند نتايج حاصل از تست فشاري روي كامپوزيت هاي تهيه شده نشان داد كه فوم شامل 11 وزني PVA داراي بيشترين انعطاف پذيري و استحكام فشاري 111 3 Mpa مي باشد تصاوير SEM از سطح شكست فوم ها نشان داد كه افزودن PVA منجر به افزايش ميزان تخلخل و تشكيل ساختار هموژن تر مي شوند نتايج حاصل از بررسي جذب رطوبت نشان داد كه با افزودن PVA جذب رطوبت كاهش مي يابد تاثير مستقيم PVA روي كاهش دانسيته نمونه ها نشان دهنده افزايش ضريب انبساط و سازگاري باالي نشاسته و PVA مي باشد در مرحله بعدي به فوم نشاسته شامل 11 وزني پلي وينيل الكل 1 1 1 3 و 1 از نانو الياف سلولزي تهيه شده در قسمت اول پژوهش اضافه گرديد در فرموالسيون هاي شامل نانوالياف به منظور پراكنش مناسب و جلوگيري از تجمع آن ها از هموژنايزر با دور باال استفاده شد در اين نمونه ها ابتدا سوسپانسيون نانوالياف در آب به مدت 14 دقيقه تحت هموژنايزر با قدرت 1113 دور بر دقيقه قرار گرفتند نتايج نشان داد كه با افزايش درصد نانوالياف دانسيته نمونه ها نيز افزايش داشت تصاوير SEM بيانگر حضور نانوالياف در كامپوزيت تكميل ديواره سلولي و كاهش قطر تخلخل ها مي باشد داده هاي به دست آمده از تست فشاري نشان داد كه با افزودن 1 از نانوالياف به فوم مدول تا 1 121Mpa افزايش مي يابد ميزان جذب رطوبت كامپوزيت ها اندازه گيري شد و نتايج نشان داد كه با افزودن نانوالياف تا 1 وزني كاهش داشت نمونه هاي شامل 3 و 1 نانوالياف نتايج مناسبي در مورد مدول و ميزان جذب رطوبت نشان ندادند كه مي تواند به دليل عدم پراكنش مناسب و كلوخه شدن الياف در كامپوزيت مورد نظر باشد واژگان كليدي نشاسته پلي وينيل الكل نانوالياف سلول
چكيده انگليسي :
87 Preparation and characterization of bio nanocomposite foam based on starch polyvinyl alcohol reinforced with cellulose nanofibers extracted from carrot residues Marzieh Tavana m tavana@ce iut ac ir 11 June 2018 Department of Chemical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranDegree M Sc Language FarsiSupervisor Tayebe Behzad tbehzad@cc iut ac ir Rouhollah Bagheri bagheri@cc iut ac irAbstract The worldwide environmental awareness associated with petroleum based resources have triggered to focuson production of biodegradable materials derivated from renewable agricultural residues on agro industrialbyproducts Starch is a feasible alternative material for making biodegradable foams Starch is inexpensive renewable and biodegradable however unfortunately it possesses some drawbacks such as hydrophilicity brittle behavior in absence of plasticizer and dependence of mechanical properties on moisture To improvesome of pure starch lacks starch was often blended with some fillers and biodegradable polymers which havegood potency for packaging applications Polyvinyl alcohol PVA has excellent physical properties and it iswater processable and one of the most compatible synthetic polymers with starch Recently the focus is oncellulose nanofibers CNF production and application in the various fields because of their potential inmechanical properties enhancement low coefficient of thermal expansion extremely large surface area goodinteraction properties low cost and environmental benefits In this study CNFs were extracted from carrotresidues and used as reinforcing material in foam production Initially a chemo mechanical method wasutilized to extract nanofibers from carrot residues Chemical steps used to extract nanofibers include swelling alkaline hydrolysis and bleaching of carrot fibers In mechanical step an ultrasonic was applied to convertobtained microfibers to nanofibers High performance liquid chromatography HPLC test was used to analyzechemical composition of fibers Results showed that cellulose content was changed from 28 99 percent for rawmaterials to 78 60 percent for bleached fibers therefore removing of non cellulosic contents from fibersstructure was successful In addition Fourier transform infrared spectroscopy FTIR is another evidence ofsuccessful removal of functional groups related to non cellulosic materials Images taken from field EmissionScanning Electron Microscopy FE SEM using image analysis software showed that about 90 82 percentageof nanofibers have diameters less than 50 nanometers In addition X ray diffraction XRD analysis wasperformed to determine the amount of crystallinity and showed that the total crystallinity index of bleachedfibers is 79 percent In second section of this study first starch foams with different percentage of PVA 5 10 15 20 wt were prepared by baking method in a synthetic autoclave Result of compression test showed thatcompressive strength and flexibility of composite were improved by addition of 15 PVA to starch The SEMmicrographs of cross section of produced foams show that foams with PVA resulted in good homogeneoussurface when compared to foam produced with pure starch which shows surface cracks The effect of PVA onhomogeneity and expansion of foams could be explained due to their strong high compatibility between starchand PVA Water uptake test indicated that addition of PVA improved the moisture resistance of starch foams The CNFs extracted in first section of this project were used as reinforcement for starch PVA foam in 0 5 1 3 5 wt It was found that adding CNFs can decrease expansion properties and lead to uniform and denser cellwalls Adding 1 wt nanofibers increase the composite modulus and thermal stability and decrease the waterabsorption However addition of more than 1 wt CNF to the polymer blend causes aggregation of nanofibersand so reduces compressive modulus and thermal stability and increases water absorption Key Words Starch poly vinyl alcohol
استاد راهنما :
طيبه بهزاد، روح اله باقري
استاد داور :
احمد اسدي نژاد، سعيد نوري خراساني
