استفاده از نانوسلولز برای تقویت پلیمر

یکی از موضوعاتی که در حال حاضر در دپارتمان فناوری محصولات جنگلی در دانشگاه آلتو به صورت رایج مورد مطالعه است، استفاده از نانوسلولز به عنوان تقویت کننده پلیمر در پلاستیک‌های گرمایی است. اخیرا موفقیت‌هایی در این باره بدست آمده است. نانوسلولزها یا فیبرهای چوبی می‌تواند شکسته شده و به ابعاد نانومتری در آید این نانومواد با پلیمر ترکیب شده و در نتیجه موجب سفت شدن پلیمر می‌شود. این ماده طبیعی می‌تواند جایگزین فیبرهای مبتنی بر مواد نفتی سنتز شده که امروزه به وفور در مواد کامپوزیتی استفاده می‌شود، گردد.

یکی از موضوعاتی که در حال حاضر در دپارتمان فناوری محصولات جنگلی در
دانشگاه آلتو به‌صورت رایج مورد مطالعه است، استفاده از نانوسلولز به‌عنوان
تقویت کننده پلیمر در پلاستیک‌های گرمایی است. اخیرا موفقیت‌هایی در این
باره به‌دست آمده است. نانوسلولزها یا الیاف چوبی می‌تواند شکسته شده و به
ابعاد نانومتری در آید این نانومواد با پلیمر ترکیب شده و در نتیجه موجب
سفت شدن پلیمر می‌شود. این ماده طبیعی می‌تواند جایگزین الیاف مبتنی بر
مواد نفتی سنتز شده که امروزه به‌وفور در مواد کامپوزیتی استفاده می‌شود،
گردد.

میندوگاس بولتا در پایان نامه دکتری خود این مواد کامپوزیتی را مورد مطالعه
قرار داده است موادی که از جنس اسید پلی‌لاکتیک و سلولز است. بولوتا مشاهده
کرد که حتی یک مقدار بسیار کم از سلولز می‌تواند سفتی اسید پلی‌لاکتیک را
افزایش دهد به‌طوری که اگر مقدار سلولز در این کامپوزیت کمتر از ۵ درصد
وزنی باشد، سفتی کامپوزیت تقریبا ۱۰ برابر بیشتر از پلیمر خالص خواهد بود.

این ماده کامپوزیتی تجدید پذیر بوده و در مدت هفت ماه تجزیه خواهد شد.
بولوتا می‌گوید کامپوزیت پس از تجزیه به آب و دی‌اکسید کربن تبدیل می‌شود
در نتیجه برای طبیعت خطری ‌به‌همراه نخواهد داشت.

لازم به‌ذکر است که اسید پلی‌لاکتیک و سلولز به تنهایی مواد شکننده‌ای
هستند. بولوتا می‌افزاید اگر این خودکاری که در دست من قرار دارد از جنس
نانوسلولز باشد، با کوچکترین فشاری به‌راحتی شکسته خواهد شد. اما اگر با
استفاده از اسید پلی‌لاکتیک و نانوسلولز تقویت شود آنگاه استحکام آن به‌شدت
افزایش یافته به‌طوری که می‌تواند چند برابر آن فشار را به‌راحتی تحمل کند.

البته تقویت پلیمر با این مواد کار ساده‌ای نیست زیرا سلولز آب‌دوست است به
این معنا که با آب به‌راحتی ترکیب می‌شود اما به مواد آبگریز نمی‌چسبد. در
فرآیندی به نام استری‌شدن، برخی از گروه‌های OH موجود در بخش آبدوستی
درسلولز با گروه‌‌های استری که آبگریز هستند جایگزین می‌شوند این موضوع
انطباق‌پذیری را افزایش می‌دهد. مقدار این جایگزینی می‌تواند برای کنترل
رفتار مکانیکی کامپوزیت مورد استفاده قرار گیرد.

فیلم‌های کامپوزیت نانوسلولز- اسید پلی‌لاکتیک که ضخامت ۷۰ نانومتری دارند
در این پروژه تولید و مورد آزمایش قرار گرفتند. بیشترین توجه معطوف به
تغییر شکل و مکانیسم شکستن این کامپوزیت زیر فشار بوده است. ساختار شیمیایی
این کامپوزیت توسط طیف‌سنجی رامان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که
غلظت مواد تقویت کننده بیشتر از آن چیزی بود که انتظار می‌رفت. نانوسلولز‌
باید به‌صورت یکنواخت درون پلیمر پخش شود تا بهترین خواص به‌دست آید.