تولید نانوکامپوزیت از ضایعات نیشکر به دست پژوهشگران ایرانی

محققان دانشگاه تهران با استفاده از ضایعات نیشکر، موفق به ساخت فیلم نانوکامپوزیتی شدند. این محصول که دارای ویژگی‌های منحصر به فرد فیزیکی و مکانیکی است، در کاربردهای متعددی از جمله بسته‌بندی، چسب‌سازی، پزشکی و صنایع الکترونیک قابل استفاده خواهد بود.

کد خبر: ۱۱۷۳۲۱۲

تاریخ: ۰۳ ارديبهشت ۱۳۹۳ - ۱۲:۴۸

به گزارش گروه دانش خبرگزاری دانا (دانا خبر) امروزه بسیاری از مواد بسته‌بندی مورد استفاده، حاصل از مشتقات نفتی و موادی زیست‌تخریب‌ناپذیرند. در دنیا، سالانه بیش از 150 میلیون تن زباله پلاستیکی وارد طبیعت می‌شود که می‌تواند بار آلودگی زیادی ایجاد کند. نظر به ویژگی‌های منحصر به فرد نانوفیبرها و نانوکامپوزیت‌های تمام‌سلولزی، مانند خاصیت تمام‌زیست‌تخریب‌پذیری، بررسی امکان کاربرد آن در صنایع بسته‌بندی امری ضروری است. یکی از منابع سرشار از سلولز، ضایعات نیشکر یا همان باگاس است.

به گفته معین قادری، دانشجوی دکتری صنایع غذایی، سالانه در حدود 3.4 میلیون تن باگاس در ایران تولید می‌شود که اکثر آن بدون استفاده باقی می‌ماند. با استفاده از این طرح می‌توان از این ضایعات استفاده کرد. در این تحقیق، سعی شده است با استفاده از این ماده، نانوفیبرهای تمام‌سلولزی تولید کرده و خواص آن مورد بررسی قرار گیرد.

روش تولید این نانوفیبرها نسبت به سایر روش‌های تولیدی، ساده، سریع و کم هزینه است. اندازه نانوفیبر سلولزی تولید شده در حدود 13±39 نانومتر و مقاومت به کشش نانوکامپوزیت تولید شده از این نانوفیبرها در حدود 140 مگاپاسکال گزارش شده است. استحکام نانوکامپوزیت تولید شده در مقایسه با اکثر فیلم‌های زیست‌تخریب‌پذیر و زیست‌تخریب‌ناپذیر بیشتر است؛ که به نظر می‌رسد این نانوکامپوزیت، جایگزینی مناسب در راستای حذف پلیمرهای مصنوعی و مشتقات نفتی از مواد بسته‌بندی باشد.

استفاده از منابع عظیم و بلااستفاده باگاس در تولید محصولات بسته‌بندی، سبب ایجاد ارزش افزوده در این صنایع خواهد شد. در راستای دستیابی به این هدف و جهت تجاری‌سازی این طرح، هم اکنون قراردادی با سازمان صنایع کوچک استان البرز بسته شده است.

برای تولید محصول مورد نظر، پس از جداسازی و خالص‌سازی سلولز از باگاس نیشکر، تولید نافیبرهای سلولزی با استفاده از روش آسیاب مکانیکی و سپس نانوکاغذ صورت گرفت. در ادامه با استفاده از فرآیند انحلال جزیی، نانوکامپوزیت تمام سلولزی تهیه و خصوصیات آن مورد ارزیابی قرار گرفت.

نتایج نشان داده است که با افزایش زمان انحلال جزئی، بر اثر افزایش بخش شیشه‌ای (آمورف) به بخش کریستالی، نفوذپذیری این نانوکامپوزیت به بخار آب افزایش می‌یابد. مقاومت حرارتی نیز، با افزایش زمان انحلال جزئی، به دلیل کاهش بخش کریستالی، کاهش دارد.

همچنین با تبدیل میکروفیبرهای سلولزی به نانوفیبرها، مقاومت به کشش فیلم‌های تولید شده افزایش می‌یابد. این محققان معتقدند، کاهش نقاط عیب (نقاطی که منجر به شکست فیبرهای سلولزی می‌شوند)، افزایش سطح مخصوص و در هم رفتگی نانوفیبرها، دلیل این افزایش است. شفافیت نمونه‌ها نیز، با کاهش اندازه به مقیاس نانو، به میزان معنی‌داری افزایش می‌یابد. توضیح این پدیده، کوچک‌تر شدن ابعاد بخش‌های کریستالی، چسبندگی خوب بین فاز ماتریس و تقویت‌کننده و بسته شدن حفره‌های داخلی در دیواره سلولی است. به عبارتی دیگر، در اثر فرآیند آسیاب و انحلال جزئی، ابعاد اجزای تشکیل‌دهنده نمونه‌ها از مقیاس میکرو به نانو تبدیل می‌شود. ابعاد این نانوذرات از طول موج نور مرئی- فرابنفش (200 تا 1000 نانومتر) کمتر است، لذا مانعی برای عبور نور ایجاد نمی‌کنند و شفافیت افزایش می یابد.

نتایج این تحقیقات که به دست معین قادری، دکتر محمد موسوی و محسن لبافی (اعضای هیئت علمی گروه صنایع غذایی دانشگاه تهران) و دکتر حسین یوسفی (عضو هیئت علمی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان) انجام شده است، در مجله Carbohydrate Polymers ( جلد 104، شماره 1، ماه ژانویه، سال 2014، صفحات 59 تا 65) منتشر شده است.