کامپوزیت مقاوم تجزیه‌پذیر با استفاده از کاه برنج ساخته شد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان دانشکده فنی کاسپین دانشگاه تهران، به تازگی استفاده از کاه برنج در بهبود مقاومت کامپوزیت‌های سبز را مورد سنجش و مطالعه قرار داده‌اند.

دکتر فرخنده همتی شیرایه، استادیار دانشکده فنی کاسپین دانشگاه تهران، درباره ضرورت بهره‌گیری از کامپوزیت‌های سبز گفت: «در سال‌های اخیر به دلیل نگرانی‌های زیست‌محیطی بابت افزایش ضایعات پلاستیکی و گرم شدن کره زمین، پلیمر‌های زیست‌تخریب‌پذیر به عنوان جایگزین مناسبی برای پلیمر‌هایی بر پایه مواد نفتی معرفی و تولید شده‌اند. کامپوزیت‌های زیست‌تخریب‌پذیر حاوی الیاف طبیعی و پلیمر‌های زیستی بدست آمده از منابع تجدیدپذیر مثل گیاهان، برای استفاده در صنایع ساختمان، بسته‌بندی و پزشکی بسیار مناسب هستند.»

این پژوهشگر پلیمر درباره پلی (لاکتیک اسید) که مبنای کامپوزیت طراحی‌شده در این پژوهش است، توضیح داد: «پلی (لاکتیک اسید) یک پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر با خواص مناسب مانند شفافیت، فرآیندپذیری مذاب قابل قبول و استحکام بالا است که از منابع اولیه تجدیدپذیری، چون غلات و سیب‌زمینی قابل سنتز است، اما ضعف‌هایی مانند شکنندگی ذاتی، قیمت بالا و سرعت تبلور پایین دارد. از این رو بسیاری از پژوهشگران کوشیده‌اند با استفاده از مواد افزودنی همچون پرکننده‌ها و الیاف گیاهی، خواص و فرآیندپذیری پلی (لاکتیک اسید) را بهبود بخشند. یکی از منابع در دسترس و ارزان‌قیمت برای تقویت و بهبود خواص این پلیمر، الیاف لیگنوسلولزی بدست آمده از پسماند‌های کشاورزی است.»

این عضو هیأت علمی دانشگاه تهران که پژوهش‌های متعددی در زمینه بیوکامپوزیت‌ها و نانوکامپوزیت‌ها دارد، امتیاز الیاف گیاهی با ساختار لیگنوسلولزی را در قیمت پایین، استحکام مناسب، سختی، سطح ویژه بالا و دسترسی آسان دانست و افزود: «از جمله الیاف گیاهی می‌توان به کاه برنج اشاره کرد که سالیانه پس از برداشت محصول برنج، به عنوان پسماند سوزانده یا خوراک دام می‌شود. این الیاف را می‌توان به عنوان پرکننده‌ای با نقش تقویت‌کنندگی مؤثر به پلی (لاکتیک اسید) افزود.

"از این رو بسیاری از پژوهشگران کوشیده‌اند با استفاده از مواد افزودنی همچون پرکننده‌ها و الیاف گیاهی، خواص و فرآیندپذیری پلی (لاکتیک اسید) را بهبود بخشند"با این حال، ساختار شبه-گرماسخت و آبدوستی بالای الیاف لیگنوسلولزی موجب می‌شود چسبندگی ضعیفی مابین الیاف و زمینه پلیمری حاصل گردد و در خواص بیوکامپوزیت بهبود چندانی ملاحظه نشود. به همین دلیل، اصلاح شیمیایی الیاف به منظور بهبود چسبندگی میان الیاف تقویت‌کننده و فاز بستر پلیمری ضروری است.»

دکتر همتی درباره روش اصلاح شیمیایی که در این پژوهش به کار رفته است، توضیح داد: «یکی از مناسب-ترین روش‌ها برای اصلاح شیمیایی و گرمانرم کردن الیاف گیاهی و در نتیجه، بهبود خواص بیوکامپوزیت‌های سبز پلی (لاکتیک اسید) / کاه برنج، روش دوستدار محیط زیستِ استیله کردن است که طی آن گروه¬های هیدروکسیل الیاف لیگنوسلولزی با گروه‌های شیمیایی آبگریز جایگزین می‌شوند. در این مطالعه، پرکننده¬ لیگنوسلولزی کاه برنج، استیله شد و ساختاری هسته-پوسته با پوسته‌ای گرمانرم یافت. فیلم‌های بیوکامپوزیتی پلی (لاکتیک اسید) / کاه برنج اصلاح شده با به کارگیری نرم‌کننده پلی (اتیلن گلیکول) با استفاده از فرآیند اکستروژن مذاب به روش فیلم تخت تهیه شدند. این فیلم‌های بیوکامپوزیتی سبز در درصد‌های مختلف بارگذاری تقویت‌کننده کاه برنج اصلاح شده و محتوای متفاوت نرم‌کننده تهیه شد و خواص شیمیایی، ساختاری، مکانیکی، حرارتی، حرارتی-مکانیکی و رئولوژیکی آن‌ها مورد مطالعه قرار گرفت.»

استادیار دانشکدگان فنی دانشگاه تهران درباره نتایج این پژوهش، گفت: «یافته‌های این مطالعه نشان می‌دهد با افزودن الیاف استیله شده، چسبندگی و استحکام فصل مشترک الیاف تقویت کننده / فاز بستر پلی (لاکتیک اسید) بهبود می‌یابد.

نتایج آزمون تنش-کرنش کششی نشان می‌دهد که بیوکامپوزیت‌های حاوی بالاترین محتوای پلی (اتیلن گلیکول) و کمترین مقدار بارگذاری الیاف اصلاح شده، بالاترین میزان کرنش در شکست و اتلاف انرژی را دارا بوده‌اند. در مقایسه با فیلم¬های پلی (لاکتیک اسید) / کاه برنج اصلاح نشده، نمونه‌های بیوکامپوزیتی اصلاح‌شده دارای پایداری حرارتی بهتر، چِقِرمِگی، مُدولِ یانگ و نقطه نرم‌شدگی بالاتری هستند.»
عضو هیأت علمی دانشگاه تهران در پایان افزود: «فیلم‌های بیوکامپوزیتی سبز تهیه شده در این پژوهش را می‌توان در مقیاس صنعتی تولید کرد و در صنایع کشاورزی و بسته‌بندی به کار برد.»