تهیه و ارزیابی آیروژل نانو سلولزی کندسوز شده با سدیم بی کربنات

سابقه و هدف: آیروژل های نانوسلولزی مواد جامد، متخلخل و با اندازه منافذ نانومتری هستند که از جایگزینی مایع (هیدروژل) با گاز تشکیل شده اند. تهیه ی آیروژل های نانوسلولزی شامل دو مرحله اصلی تهیه هیدروژل از یک محلول و حذف حلال از طریق تصعید به روش خشک کردن انجمادی یا فوق بحرانی با تبادل حلال انجام می شود. این مواد به واسطه ی ویژگی های مطلوب نظیر دانسیته فوق سبک، ساختار متخلخل، زیست تخریب پذیر و دوست دار محیط زیست بودن، طیف کاربردی گسترده ای در صنایع مختلف از جمله پزشکی، دارویی، نظامی، دفاعی و ... دارند. به رغم مزایای فوق، دارای معایبی همچون قابلیت اشتعال در معرض حرارت یا آتش نیز هستند که کاربرد آن ها را در بسیاری از موارد محدود می کند. بنابراین اصلاح نانوالیاف سلولزی با مواد کندسوزکننده امری ضروری به نظر می رسد.مواد و روش ها: برای تولید آیروژل های نانوسلولز، ژل نانوسلولز با غلظت ۲ درصد وزنی، از شرکت نانونوین پلیمر تهیه شد. به منظور کندسوز کردن آیروژل های نانوسلولزی، سدیم بی کربنات به میزان ۲۰ درصد وزن خشک ژل نانوسلولز، به آن افزوده شد. سوسپانسیون حاصل به مدت ۳۰ دقیقه، روی همزن مغناطیسی با سرعت ۱۲۰۰ دور در دقیقه قرار گرفت تا هیدروژل یکنواختی تشکیل شود. سپس هیدروژل های نانو سلولز شاهد (CNF) و تیمار شده با سدیم بی کربنات (CNF+SBC) در قالب های مسی ریخته شد و به مدت ۲۴ ساعت در یخچال با دمای ۲ درجه سانتی گراد قرار گرفت. پس از آن، قالب ها از یخچال خارج و جهت انجماد سریع، مستقیما به حمام نیتروژن مایع منتقل شدند. بلافاصله قالب-های موردنظر به مدت ۴۸ ساعت، در دستگاه خشک کن انجمادی قرار گرفته و آیروژل نانوسلولزی شاهد و تیمار شده با سدیم بی کربنات تهیه شدند.یافته ها: نتایج حاصل از طیف FTIR، حضور سدیم بی کربنات در ساختار آیروژل های کندسوز شده را تایید کرد. همچنین، بر اساس مشاهدات SEM و BET، مشخص شد که این ماده در آیروژل نانوسلولزی موجب کاهش تخلخل و مساحت سطح ویژه گردید. در بررسی ویژگی های حرارتی آیروژل ها گزارش شد که آیروژل های نانوسلولزی شاهد پایداری حرارتی کمتری نسبت به آیروژل های نانو سلولزی کندسوز داشتند و باقیمانده نمونه های تیمار شده حدود ۳۰ درصد بیشتر از آیروژل های نانوسلولزی شاهد بود. آزمون اشتعال پذیری نیز صحت این ادعا را تایید کرد و حضور دی اکسید کربن با محدود کردن اکسیژن مورد نیاز در حین فرآیند اشتعال محدود، از سوختن بیشتر آیروژل جلوگیری کرد. ساختار بلوری سلولز در آیروژل های نانو سلولزی حاوی سدیم بی کربنات نسبت به شاهد، بدون تغییر باقی ماند و مقاومت و مدول فشاری آیروژل تیمار شده به دلیل کاهش درجه بسپارش، نسبت به آیروژل نانوسلولز شاهد کاهش یافت. برای این محصول می توان کاربردهایی اعم از صنعت ساختمان سازی یا عایق حرارتی در صنایع نفت و گاز و نساجی و ابزارهای ذخیره و تولید انرژی متصور شد. نتیجه گیری: به طور کلی تیمار سدیم بی کربنات به تولید آیروژل های نانو سلولزی سبک و کندسوز انجامید که کاملا سبز و دوست دار محیط زیست می باشد.

کلیدواژه ها:

آیروژل ، نانوسلولز ، سدیم بی کربنات ، کندسوزکننده ، خشک کن انجمادی