طراحی و سنتز مایعات یونی جدید به عنوان پیش تیمارکننده آرد چوب، و بررسی اثرات آن بر خواص فیزیکی، مکانیکی و ویسکوالاستیک چندسازه ساخته شده از پلی اتیلن

بیان مساله و اهداف: با توجه به نگرانی های روزافزون زیست محیطی و کاهش منابع سوخت های فسیلی، جستجو برای مواد اولیه پایدار از اهمیت بالایی برخوردار است. زیست توده لیگنوسلولزی امروزه به عنوان یکی از امیدوارکننده ترین مواد اولیه جایگزین برای تولید چندسازه مهندسی شده در نظر گرفته می شود. در این راستا، فن­آوری های مختلف پیش فرآوری برای افزایش کارآیی و اصلاح ساختار مواد لیگنوسلولزی به کار گرفته شده اند، اما توسعه یک فرآیند پیش فرآوری نوآورانه، موثر و سازگار با محیط زیست همچنان چالش برانگیز است. مایعات یونی، به دلیل خواص منحصربه فرد خود، به ویژه پایداری حرارتی بالا و فشار بخار پایین، در مقایسه با حلال های آلی شیمیایی مرسوم، به عنوان جایگزین های سازگار با محیط زیست برای فرآوری مواد لیگنوسلولزی به منظور استفاده موثر از آن­ها در ساخت چندسازه­ها ظهور یافته­اند. از این­رو، پژوهش حاضر با هدف بررسی تاثیر پیش تیمار مایعات یونی بر خواص فیزیکی و مکانیکی چندسازه پلی­اتیلن سنگین- آرد چوب انجام شد. مواد و روشها: برای انجام این پژوهش، ابتدا دو نوع مایع یونی جدیدبا بار آنیونی متفاوت، به نام­های ۱-(۳- تری متوکسی سیلیل پروپیل)-۳- متیل ایمیدازولیوم کلرید (IL-Cl) و ۱-(۳- تری متوکسی سیلیل پروپیل)-۳- متیل میدازولیوم تیوسیانات (IL-SCN)، طراحی و سنتز شدند. سپس با استفاده از آنالیزهای طیف­سنجی مادون قرمز (FTIR) و طیف­سنجی رزونانس مغناطیسی هسته کربن (۱۳CNMR) صحت­سنجی مایعات یونی سنتز شده مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن فرآیند پیش تیمار آرد چوب با مایعات یونی در شرایط رفلاکس انجام شد. در نهایت، آرد چوب تیمار شده با نسبت وزنی۵۰ درصد با پلی اتیلن به روش اختلاط مذاب با یکدیگر ترکیب و نمونه های آزمونی با روش قالب گیری فشاری تولید شد. سرانجام، استحکام مکانیکی، رفتار ویسکوالاستیک و جذب رطوبت نمونه های تیمار شده و تیمار نشده مورد ارزیابی قرار گرفت. علاوه بر این، شناسایی ساختار شیمیایی آرد چوب تیمار شده و تعیین مقدار چسبندگی مایعات یونی سنتز شده بر روی سطح آرد چوب، به ترتیب با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز و آنالیز عنصری ردیابی شد. جنبه های ریخت شناسی نمونه ها نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج: نتایج حاصل از آنالیز طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) نشان داد، شدت پیک گروه­های هیدروکسیل (OH) در باند جذبی cm-۱ ۳۴۳۴ کاهش یافت که بیانگر اثبات موفقیت آمیز پیش تیمار آرد چوب با مایعات یونی است. آنالیز عنصری آشکار ساخت که هر دو نوع مایع یونی بر روی سطح آرد چوب چسبیده­اند، اما مقدار درجه اتصال یافتگی در مایع یونی IL-SCN بیشتر از مایع یونی IL-Cl است. همچنین مشخص شد که برهمکنش قوی بین آرد چوب و ماده زمینه پلیمری، ناشی از انجام پیش تیمار با هر دو مایع یونی، تاثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی نمونه­های مورد مطالعه داشت. چندسازه­های ساخته شده از آرد چوب پیش تیمار شده با مایع یونی، مقاومت و مدول الاستیسیته خمشی، مقاومت و مدول الاستیسیته کششی و مقاومت به ضربه بالاتری نسبت به چندسازه­های تیمار نشده از خود بروز دادند. علاوه بر این، جذب آب و واکشیدگی ضخامت نمونه­ها با انجام پیش تیمار مایع یونی، به دلیل کاهش ترک­ها و سوراخ­ها در ناحیه فصل مشترک و مسدود کردن گروه های آبدوست، کاهش می­یابد. از طرف دیگر مشاهده شد که مایع یونی IL-SCN در مقایسه با مایع یونی IL-Cl، به دلیل تفاوت در مقدار درجه اتصال ­یافتگی، می­تواند استحکام مکانیکی بالاتر و جذب رطوبت کمتری در نمونه­ها ایجاد کند. نتایج آزمون دینامیکی مکانیکی نشان داد که حضور مایعات یونی از طریق کاهش تحرک زنجیره پلیمری موجب بهبود قابل ملاحظه مدول ذخیره و مدول اتلاف شد. همچنین پیک منحنی فاکتور اتلاف (tan δ) برای نمونه های تیمار شده در مقایسه با تیمار نشده، به دماهای بالاتر انتقال یافت. یافته های ریخت شناسی نشان داد که روش پیش تیمار مایع یونی، موجب بهبود چسبندگی در ناحیه فصل مشترک از طریق کاهش ترک­ها و منافذ می­شود. نتیجه­ گیری: با استناد به نتایج به­دست آمده از آزمون­های فیزیکی، مکانیکی و ویسکوالاستیک و همچنین مشاهدات ریخت­شناسی نمونه­ها می­توان گفت، پیش تیمار مواد لیگنوسلولزی با مایعات یونی می­تواند به عنوان یک فن­آوری بسیار موثر و پاک در ساخت چندسازه­ها برای مصارف خارج ساختمان مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

چندسازه ، مایع یونی ، پیش تیمار ، طیف سنجی ، استحکام مکانیکی ، ریخت شناسی