شماره مدرك :
20579
شماره راهنما :
17697
پديد آورنده :
خشوعي اصفهاني، پارميدا
عنوان :

بررسي خصوصيات ساختاري، آكوستيك و حرارتي فوم‌هاي نانو ليفي بر پايه سلولز

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تكنولوژي نساجي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1404
صفحه شمار :
دو،86ص. :مصور،جدول،نمودار
توصيفگر ها :
فوم نانوليفي سلولزي , يوكا , جذب صوت , عايق حرارتي , زيست‌تخريب‌پذير
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/07/29
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي نساجي
دانشكده :
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/07/30
كد ايرانداك :
23174880
چكيده فارسي :
افزايش آلودگي صوتي و نياز روزافزون به عايق‌هاي حرارتي كارآمد، ضرورت توسعه موادي نوين، پايدار و دوستدار محيط‌زيست را آشكار ساخته است. فوم‌هاي تجاري متداول نظير پلي‌يورتان و پلي‌استايرن علي‌رغم كارايي مناسب، به دليل منشاء نفتي، هزينه بالا و مشكلات زيست‌محيطي همچون غيرقابل‌تجزيه بودن و دشواري در بازيافت، با چالش‌هاي جدي مواجه‌اند. ازاين‌رو، توجه پژوهشگران به فوم‌هاي زيستي بر پايه نانوالياف سلولزي معطوف شده است كه با دارا بودن تخلخل بالا، وزن كم و رسانايي حرارتي پايين، جايگزيني مناسب براي مواد سنتزي محسوب مي‌شوند. در پژوهش حاضر، با بهره‌گيري از گياه يوكا به‌عنوان يك منبع سلولزي اقتصادي و كمتر مطالعه‌شده، فوم‌هاي نانوليفي سلولزي زيست‌تخريب‌پذير توليد و خصوصيات آكوستيكي و حرارتي آن‌ها مورد بررسي قرار گرفت. به منظور توليد فوم نانو ليفي سلولزي ابتدا اكسيداسيون انتخابي سلولز با استفاده از TEMPO انجام گرفت. براي ايجاد شبكه سه‌بعدي پايدار، از اسيدسيتريك به‌عنوان عامل اتصال عرضي زيست‌سازگار و سديم هيپوفسفيت به‌عنوان كاتاليزور استفاده شد. درنهايت، فوم‌هاي نانوليفي با استفاده از روش خشك‌كردن انجمادي در ابعاد و ضخامت‌هاي مختلف توليد گرديدند. به‌منظور بررسي ويژگي¬هاي سلولز موجود در برگ گياه يوكا، ميزان تركيبات شيميايي شامل، موم، ليگنين، همي¬سلولز و سلولز و همچنين رطوبت بازيافتي اندازه¬گيري شد و در ادامه جهت ارزيابي فوم نانو ليفي سلولزي توليد شده، آزمون‌هاي گوناگون شامل جمع‌شدگي حجمي، چگالي حجمي، تخلخل و درجه اتصال عرضي انجام شد. همچنين، تحليل‌هاي دستگاهي شامل طيف‌سنجي مادون‌قرمز (FTIR)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي(FE-SEM) ، پراش پرتو ايكس (XRD)و آناليز وزن‌سنجي گرمايي(TGA) به‌منظور بررسي تغييرات ساختاري و پايداري حرارتي صورت گرفت. عملكرد آكوستيكي فوم‌ها از طريق آزمون لوله امپدانس و عملكرد حرارتي آن‌ها با آزمون صفحه داغ محافظت‌شده بر اساس استانداردهاي معتبر اندازه‌گيري شد. نتايج نشان داد فوم‌هاي توليدشده داراي چگالي حجمي در محدوده 215 تا 230 كيلوگرم بر مترمكعب، تخلخل بالاي 85 درصد و درجه اتصال عرضي حدود 52 درصد بودند. تصاوير FE-SEM ساختار متخلخل و شبكه‌اي پايدار فوم را تأييد كرد و تحليل XRD كاهش بلورينگي و افزايش نواحي آمورف را آشكار ساخت. آزمون TGA نيز بيانگر پايداري حرارتي بالاتر نمونه‌هاي اتصال‌يافته بود. از نظر آكوستيكي، افزايش ضخامت نقش تعيين‌كننده‌اي در بهبود جذب صوت داشت؛ به‌گونه‌اي كه نمونه 34 ميلي‌متري در فركانس‌هاي مياني و بالا ضريب جذب نزديك به 1 ثبت نمود. ميانگين جذب صوتي(SAA) براي نمونه‌هاي مختلف بين 35/0 تا 57/0 گزارش شد كه مقادير بالاتري را در مقايسه با منسوجات بي‌بافت داراي ضخامت و چگالي يكسان حاصل نمود. نتايج حرارتي نشان داد كه ضريب هدايت حرارتي فوم‌ها در بازه 0287/ تا 0308/0 وات بر متر كلوين قرار دارد كه با فوم‌هاي تجاري متداول رقابت‌پذير است. به‌طوركلي، اين پژوهش نشان داد فوم‌هاي نانوليفي سلولزي استخراج‌شده از يوكا مي‌توانند به‌عنوان عايق‌هاي صوتي و حرارتي سبك، زيست‌تخريب‌پذير و كارآمد مطرح شوند. استفاده از منبع گياهي يوكا، بهره‌گيري از فرآيند سبز با اسيدسيتريك و بررسي هم‌زمان ويژگي‌هاي آكوستيكي و حرارتي، از نوآوري‌هاي برجسته اين تحقيق به شمار مي‌رود.
چكيده انگليسي :
The growing challenges of noise pollution an‎d the increasing deman‎d for efficient thermal insulation materials highlight the urgent need to develop sustainable, eco-friendly alternatives. Conventional commercial foams such as polyurethane an‎d polystyrene, despite their satisfactory performance, face major drawbacks including petrochemical origin, high production costs, poor recyclability, an‎d environmental persistence. In this context, bio-based foams derived from cellulose nanofibers have emerged as promising can‎didates due to their high porosity, low density, biodegradability, an‎d low thermal conductivity. The present study focused on the preparation an‎d characterization of cellulose nanofiber foams produced from Yucca plant leaves, an underexplored an‎d low-cost source of cellulose, an‎d eva‎luated their acoustic an‎d thermal properties. Initially, selec‎tive oxidation of cellulose via the TEMPO method was applied for the synthesis of cellulose foam. Cross-linking was done using agent of low toxicity, citric acid, sodium hypophosphite served as the catalyst. The obtained cellulose nanofibrous foams were fabricated by freeze drying which resulted in samples of various thicknesses an‎d dimensions. To characterize the cellulose present in yucca leaves, the amount of chemical compounds, including wax, lignin, hemicellulose, an‎d cellulose, as well as recovered moisture, was measured. Subsequently, various tests, including volumetric shrinkage, bulk density, porosity, an‎d degree of crosslinking, were performed to eva‎luate the produced cellulose nanofibrous foam.Structural an‎d thermal features were investigated using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), X-ray diffraction (XRD), an‎d thermogravimetric analysis (TGA). Acoustic performance was eva‎luated through impedance tube measurements, while thermal conductivity was measured using a heat flow apparatus in accordance with ASTM stan‎dards. The results demonstrated that the foams exhibited bulk densities ranging from 215 to 230 kg/m³, porosities above 85%, an‎d a cross-linking degree of about 52%. FE-SEM images confirmed a stable three-dimensional porous network, an‎d XRD results revealed reduced crystallinity with increased amorphous regions. TGA analysis indicated improved thermal stability for the cross-linked foams compared to untreated samples. In terms of acoustic properties, foam thickness played a key role in enhancing sound absorption. The 34-mm foam sample achieved nearly complete absorption with a sound absorption coefficient close to 1.0 in the mid an‎d high frequency ranges. The average sound absorption coefficient (SAA) for different samples ranged between 0.35 an‎d 0.57. Thermal eva‎luation revealed that the foams had thermal conductivities between 0.0287 an‎d 0.0308 W/m·K, placing them in the competitive range of commercial polyurethane an‎d polystyrene foams. Overall, this study demonstrated that cellulose nanofiber foams derived from Yucca leaves can serve as lightweight, biodegradable, an‎d effective materials for dual acoustic an‎d thermal insulation. The use of Yucca as a novel cellulose source, the application of citric acid as a sustainable cross-linker, an‎d the simultaneous investigation of both acoustic an‎d thermal performances constitute the key innovations of this research
استاد راهنما :
پرهام سلطاني , حسن محمدي
استاد داور :
حسين حسني , فاطمه حقيقت
لينک به اين مدرک :

بازگشت