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

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

كارشناسي ارشد

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.

235740

تكنولوژي نساجي

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان