دانلود پایان نامه :تولید و ارزیابی نانوکاغذ حاصل از نانوالیاف سلولز باگاس

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع دکترای تخصصی در رشته صنایع خمیر و کاغذ

عنوان : تولید و ارزیابی نانوکاغذ حاصل از نانوالیاف سلولز باگاس

دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

دانشکده مهندسی چوب و کاغذ

رساله جهت اخذ درجه دکتری تخصصی در رشته

صنایع خمیر و کاغذ

تولید و ارزیابی نانوکاغذ حاصل از نانوالیاف سلولز باگاس

استاد راهنما:

دکتر علی قاسمیان

استاد مشاور:

دکتر حسین رسالتی

 

تابستان 1392

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

ردیفعنوانصفحه
 فصل اول1
1مقدمه و کلیات2
1-1سلولز2
1-2باگاس (تفاله نیشکر)3
1-3نانومواد4
1-4نانو الیاف سلولزی4
1-5روشهای تولید نانو الیاف سلولزی6
1-5-1همگن ساز6
1-5-2ریزسیال ساز7
1-5-3آسیابهای پرقدرت8
1-5-4خرد کردن انجمادی9
1-6پیش تیمار های مناسب برای تولید نانو الیاف سلولزی9
1-7کاربرد های نانو الیاف سلولزی11
1-7-1تقویت کننده در چند سازه ها11
1-7-2تقویت کننده در صنایع بسته بندی11
1-7-3تقویت کننده در صنایع خمیر و کاغذ12
1-8نقش همی سلولزها در میزان فیبریله شدن نانوالیاف سلولزی13
1-9باگاس به عنوان ماده اولیه مهم برای تهیه نانوالیاف سلولزی13
1-10فرضیه های تحقیق14
1-11اهداف تحقیق15
 فصل دوم16
2مروری بر مطالعات17
2-1مطالعات انجام شده در داخل کشور17
2-1-1فیلم میکروفیبریله شده، فیلم نانوفیبریله شده، نانوکاغذ و نانوچند سازه17
2-1-2سلولز نانوفیبریله شده به عنوان تقویت کننده18
2-2مطالعات انجام شده در خارج از کشور18
2-2-1تولید فیلم میکروفیبریله شده، فیلم نانوفیبریله شده و نانوکاغذ18
2-2-2استفاده از روش پیش تیمار شیمیاییTEMPO برای تولید سلولز نانوفیبریله شده، فیلم  و نانوکاغذ تهیه شده از آن20
2-2-3استفاده از سلولز میکروفیبریله و نانوفیبریله شده به عنوان تقویت کننده در کاغذ22
2-2-4تاثیر همی سلولزها بر میزان فیبریله شدن سلولز در ابعاد نانو23
 فصل سوم24
3مواد  و روشها25
3-1مواد25
3-1-1خمیر نیمه رنگ بری شده سودای باگاس25
3-1-2مواد مورد نیاز برای تعیین عدد کاپا25
3-1-3مواد مورد نیاز برای تهیه دی اکسید کلر2ClO25
3-1-4خمیر رنگ بری شده(DED) سودای باگاس25
3-1-5مواد مورد نیاز برای پیش تیمار آنزیمی26
3-1-5-1بافر آنزیم اندوگلوکاناز26
3-1-5-2آنزیم اندوگلوکاناز26
3-1-6مواد شیمیایی مورد استفاده برای تهیه خمیر حل شونده26
3-1-7مواد شیمیایی مورد استفاده برای شستشوی خمیر حل شونده26
3-1-8مواد کمک ماندگاری27
3-1-8-1پلی اکریل آمید کاتیونی27
3-1-2دستگاه ها و تجهیزات مورد استفاده27
3-2روشها28
3-2-1مکان و روش نمونه برداری28
3-2-2 تعیین ترکیبات شیمیایی خمیرکاغذ نیمه رنگ بری شده، رنگ بری شده سودا و خمیرحل شونده سودای باگاس28
3-2-3رنگبری خمیرکاغذ نیمه رنگ بری شده سودای باگاس29
3-2-3-1 طرز تهیه دی اکسید کلر 2ClO و آنالیز آن29
3-2-3-2 شرایط رنگبری دو مرحله ای با دی اکسید کلر (DED)30
3-2-4تعیین ویژگیهای خمیرهای نیمه رنگ بری شده و رنگ بری شده سودای باگاس30
3-2-4-1عدد کاپا30
3-2-4-2درجه روانی31
3-2-4-3ابعاد الیاف31
3-2-4-4گرانروی  خمیرکاغذ31
3-2-4-5درجه بسپارش و وزن ملکولی خمیرکاغذ32
3-2-4-6تصاویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشی32
3-2-5پالایش خمیرکاغذ رنگ بری شده(DED) سودای باگاس33
3-2-6روش پیش تیمار آنزیمی33
3-2-7تهیه نانوالیاف سلولزی بدون پیش تیمار (سه و پنج مرحله عبور از همگن ساز)33
3-2-8تهیه نانو الیاف سلولزی با  پیش تیمار آنزیمی(سه و پنج مرحله عبور از همگن ساز)34
3-2-9تهیه نانوکاغذ به روش قالب گیری سوسپانسیونی از نانوالیاف سلولزی       تهیه شده  در بند های3-2-7 ، 3-2-834
3-2-10خمیر کاغذ حل شونده35
3-2-10-1روش تهیه35
3-2-10-2روش شستشو35
3-2-11 تعیین درجه روانی، گرانروی و درجه بسپارش خمیرکاغذ حل شونده36
3-2-12 پالایش خمیر حل شونده  وتهیه دوغاب از آن36
3-2-13تولید نانو الیاف سلولزی بدون پیش تیمار و تیمار آنزیمی از خمیر حل شونده مطابق با بند های 3-2-7 و 3-2-836
3-2-14تهیه نانوکاغذ36
3-2-15تهیه تصاویر الکترونی پیمایشی از نانوکاغذ های ساخته شده در        بندهای 3-2-9 و 3-2-1437
3-2-16پالایش خمیرکاغذ نیمه رنگ بری شده سودای باگاس38
3-2-17آماده سازی پلی اکریل آمید کاتیونی38
3-2-18تهیه کاغذ دست سازآزمایشگاهی از خمیرکاغذ نیمه رنگ بری شده سودای باگاس38
3-2-19 تهیه دوغاب برای تهیه کاغذ های دست ساز ترکیبی39
3-2-20بررسی میزان ماندگاری در گذر نخست نانوالیاف سلولزی39
3-2-21اندازه گیری زمان آبگیری از خمیرکاغذ40
3-2-22تولید کاغذ های دست ساز ترکیبی40
3-2-22-1کاغذ های دست ساز ترکیبی به نسبتهای 1،3 و5 درصد نانو الیاف سلولزی بدون پیش تیمار40
3-2-22-2کاغذ های دست ساز ترکیبی به نسبتهای 1،3 و5 درصد نانو الیاف سلولزی با پیش تیمار آنزیمی41
3-2-23تولید کاغذ های دست ساز ترکیبی در اختلاط با پلی اکریل آمید کاتیونی به نسبت 1/0 و 3/0 درصد و 1 و 5 درصد نانو الیاف سلولزی بدون پیش تیمار41
3-2-24تهیه تصاویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشی از کاغذ های ترکیبی43
3-2-25ویژگی های نانوکاغذ و کاغذ های دست ساز ترکیبی44
3-2-25-1ویژگی های فیزیکی44
3-2-25-1-1وزن پایه44
3-2-25-1-2ضخامت و دانسیته44
3-2-25-1-3مقاومت کاغذ نسبت به عبور هوا44
3-2-25-1-4ناهمواری سطح44
3-2-25-2ویژگی های مقاومتی45
3-2-25-2-1شاخص مقاومت کششی45
3-2-25-2-2شاخص مقاومت پارگی45
3-2-25-3ویژگی های نوری45
3-2-25-3-1روشنی45
3-2-25-3-2ماتی45
3-2-25-3-3ضریب پخش نور46
3-2-26طرح آماری46
 فصل چهارم47
4نتایج و بحث48
4-1ویژگی های خمیرکاغذ سودای باگاس48
4-1-1ویژگی های خمیرکاغذ نیمه رنگ بری شده سودای باگاس48
4-1-1-1 ترکیبات شیمیایی48
4-1-1-2عدد کاپا و مقدار لیگنین48
4-1-1-3ابعاد الیاف49
4-1-1-4گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی49
4-1-1-5درجه روانی50
4-1-2ویژگی های خمیرکاغذ رنگ بری شده سودای باگاس50
4-1-2-1 ترکیبات شیمیایی50
4-1-2-2عدد کاپا و مقدار لیگنین51
4-1-2-3ابعاد الیاف51
4-1-2-4تصاویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشی52
4-1-2-5گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی53
4-1-2-6درجه روانی خمیرکاغذ رنگ بری شده سودای باگاس54
4-2ویژگی های نانو الیاف سلولزی54
4-2-1نانوالیاف سلولزی تهیه شده از خمیر سودای باگاس بدون پیش تیمار54
4-2-1-1گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی54
4-2-1-2ضخامت نانوالیاف سلولزی55
4-2-1-3ناهمواری سطح56
4-2-1-4مرفولوژی57
4-2-2نانوالیاف سلولزی تهیه شده از خمیر سودای باگاس با پیش تیمار آنزیمی57
4-2-2-1گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی57
4-2-2-2ضخامت نانوالیاف سلولزی58
4-2-2-3ناهمواری سطح59
4-2-2-4مرفولوژی60
4-2-3مقایسه گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی نانوالیاف سلولزی تهیه شده از روشهای کاملاً مکانیکی و آنزیمی- مکانیکی60
4-3ویژگی های نانوکاغذ63
4-3-1نانو کاغذ تهیه شده به روش قالب گیری سوسپانسیونی از نانو الیاف سلولزی با تیمار های کاملاً مکانیکی و آنزیمی- مکانیکی63
4-3-1-1ویژگی های فیزیکی63
4-3-1-1-1وزن پایه63
4-3-1-1-2ضخامت63
4-3-1-1-3دانسیته و تخلخل64
4-3-1-1-4ناهمواری سطح66
4-3-1-2ویژگی های مقاومتی67
4-3-1-2-1شاخص مقاومت کششی67
4-3-1-2-2شاخص مقاومت پارگی68
4-3-1-3ویژگی های نوری69
4-3-1-3-1روشنی70
4-3-1-3-2ماتی70
4-3-1-3-3ضریب پخش نور72
4-3-1-4تصاویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشی73
4-3-1-4-1نانوالیاف سلولزی تهیه شده با سه مرحله عبور از همگن ساز73
4-3-1-4-2نانوالیاف سلولزی تهیه شده با سه مرحله عبور از همگن ساز و با پیش تیمار آنزیمی74
4-3-1-4-3نانوالیاف سلولزی تهیه شده با پنج مرحله عبور از همگن ساز75
4-3-1-4-4نانوالیاف سلولزی تهیه شده با پنج مرحله عبور از همگن ساز و با پیش تیمار آنزیمی76
4-4تاثیراختلاط 1، 3 و 5 درصد نانوالیاف سلولزی تهیه شده از تیمارهای مختلف بر ویژگی های فیزیکی، مکانیکی و نوری کاغذ حاصل از خمیر نیمه رنگ بری شده سودای باگاس77
4-4-1ویژگی های خمیرکاغذ77
4-4-1-1زمان زهکش77
4-4-1-2ماندگاری در گذر نخست78
4-4-2ویژگی های کاغذ79
4-4-2-1ویژگی های فیزیکی79
4-4-2-1-1ضخامت79
4-4-2-1-2چگالی80
4-4-2-1-3مقاومت نسبت به عبور هوا81
4-4-2-2مکانیکی82
4-4-2-2-1شاخص مقاومت کششی82
4-4-2-2-2شاخص مقاومت پارگی83
4-4-2-3نوری84
4-4-2-3-1روشنی84
4-4-2-3-2ماتی85
4-4-2-3-3ضریب پخش نور86
4-4-2-4تصاویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشی88
4-4-2-4-1خمیر کاغذ نیمه شیمیایی سودای باگاس88
4-4-2-4-2ترکیب خمیرکاغذ نیمه شیمیایی سودای باگاس با نانوالیاف سلولزی88
4-5تاثیراختلاط 1 و 5 درصد نانوالیاف سلولزی تهیه شده از تیمارهای مختلف به همراه پلی اکریل آمید کاتیونی بر ویژگی های فیزیکی، مکانیکی و نوری کاغذ حاصل از خمیر نیمه رنگ بری شده سودای باگاس89
4-5-1ویژگی های خمیرکاغذ89
4-5-1-1زمان زهکش89
4-5-1-2ماندگاری در گذر نخست91
4-5-2ویژگی های کاغذ92
4-5-2-1 فیزیکی92
4-5-2-1-1ضخامت92
4-5-2-1-2چگالی93
4-5-2-1-3مقاومت نسبت به عبور هوا94
4-5-2-2مکانیکی95
4-5-2-2-1شاخص مقاومت کششی95
4-5-2-2-2شاخص مقاومت پارگی97
4-5-2-3نوری98
4-5-2-3-1روشنی98
4-5-2-3-2ماتی99
4-5-2-3-3ضریب پخش نور100
4-5-2-4تصاویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشی101
4-5-2-4-1کاغذ های ساخته شده از اختلاط 1 و 5 درصد نانوالیاف سلولزی تهیه شده از تیمارهای مختلف به همراه پلی اکریل آمید کاتیونی در سطح 1/0 درصد101
4-5-2-4-2کاغذ های ساخته شده از اختلاط 1 و 5 درصد نانوالیاف سلولزی تهیه شده از تیمارهای مختلف به همراه پلی اکریل آمید کاتیونی در سطح 3/0 درصد102
4-6خمیرکاغذ حل شونده103
4-6-1ویژگی های خمیرکاغذ حل شونده103
4-6-1-1ترکیبات شیمیایی103
4-6-1-2ابعاد الیاف104
4-6-1-3گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی105
4-6-1-4میزان نگه داری آب105
4-6-2ویژگی های نانو الیاف سلولزی106
4-6-2-1نانوالیاف سلولزی تهیه شده از خمیر حل شونده باگاس بدون هیچگونه پیش تیمار106
4-6-2-1-1گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی106
4-6-2-1-2ضخامت107
4-6-2-1-3ناهمواری سطح108
4-6-2-2نانوالیاف سلولزی تهیه شده از خمیر حل شونده باگاس با پیش تیمار آنزیمی109
4-6-2-2-1گرانروی، درجه بسپارش و وزن ملکولی109
4-6-2-2-2ضخامت110
4-6-2-2-3ناهمواری سطح111
4-7نانو کاغذ تهیه شده به روش قالب گیری سوسپانسیونی از نانو الیاف سلولزی  تهیه شده از خمیرحل شونده با تیمار های کاملاً مکانیکی و آنزیمی- مکانیکی112
4-7-1ویژگی های فیزیکی112
4-7-1-1وزن پایه112
4-7-1-2ضخامت113
4-7-1-3چگالی114
4-7-1-4تخلخل115
4-7-2ویژگی های مقاومتی116
4-7-2-1شاخص مقاومت کششی116
4-7-2-2شاخص مقاومت پارگی118
4-7-3ویژگی های نوری119
4-7-3-1روشنی119
4-7-3-2ماتی120
4-7-3-3ضریب پخش نور121
فصل پنجمنتیجه گیری و پیشنهادات124
5-1نتیجه گیری125
5-1-1باگاس به عنوان ماده اولیه برای تولید نانو الیاف سلولزی125
5-1-2استفاده از آنزیم اندوگلوکاناز برای تولید نانوالیاف سلولزی125
5-1-3تاثیر تعداد مراحل عبور از همگن ساز بر ضخامت نانوالیاف سلولزی125
5-1-4 ویژگی های نانو کاغذ تهیه شده از نانوالیاف سلولزی باگاس126
5-1-4-1ویژ گی های فیزیکی126
5-1-4-2ویژ گی های مقاومتی126
5-1-4-3ویژ گی های نوری127
5-1-5تاثیر افزودن نانوالیاف سلولزی بر ویژ گی های فیزیکی، مقاومتی و نوری کاغذ های دست ساز تهیه شده از خمیر سودای باگاس127
5-1-5-1در حالت بدون استفاده از مواد نگهدارنده (پلی اکریل آمید کاتیونی)127
5-1-5-1-1ویژگی های فیزیکی127
5-1-5-1-2ویژ گی های مقاومتی و نوری128
5-1-5-2در حالت با استفاده از مواد نگهدارنده (پلی اکریل آمید کاتیونی)128
5-1-5-2-1ویژگی های فیزیکی128
5-1-5-2-2ویژگی های مقاومتی و نوری129
5-1-6ویژگی های نانوالیاف سلولزی تهیه شده از خمیر سودای باگاس و خمیر حل شونده129
5-1-7ویژگی های نانوکاغذ تهیه شده از خمیر سودای باگاس و خمیر حل شونده130
5-2پیشنهادات131
فصل ششممنابع و ماخذ132
 فهرست منابع و ماخذ133

 

فصل اول

مقدمه و کلیات


1 مقدمه و کلیات

1-1 سلولز

معمولاً سلولز در دیواره سلولی گیاهان عالی وجود دارد و نیز می تواند در قارچها، جلبکها و باکتریها هم تشکیل شود. این ماده به طور متوسط هر ساله تقریباً 1010 x5/7 تن در طبیعت تولید     می شود و به همین دلیل به عنوان فراوانترین پلیمر تجدیدپذیر و طبیعی موجود در زمین شناخته شده است [سیرو و همکاران،2010]. سلولز در گیاهان چوبی و غیرچوبی در ماتریسی از پلیمر های زیستی مانند لیگنین، همی سلولزها و مواد استخراجی قرار دارد و درصد این پلیمرها بسته به چوبی و غیرچوبی بودن گونه و جایگاه آن متفاوت است. برای نمونه متوسط پراکنش این مواد در چوبهای سوزنی برگ، پهن برگ و گیاهان غیرچوبی در جدول 1-1 نشان داده شده است.

 

جدول 1-1: پراکنش پلیمرهای موجود در ساختار دیواره سلولی گیاهان متداول چوبی و غیر چوبی [عبدالخلیل و همکاران، 2012 و جنوبی و همکاران، 2009 ]

نام پلیمر

ماده طبیعی

سلولز

(%)

همی سلولزها

(%)

لیگنین

(%)

مواد استخراجی

(%)

سوزنی برگان4227283
پهن برگان4530205
تفاله نیشکر (باگاس)40302010
کاه گندم3050155
کنف5/636/177/124

 

مواد سلولزی دارای کاربردهای بسیار زیاد و متفاوتی بوده و می­توانند برای تولید محصولات مختلف از جمله تولید پانلها، کاغذ و مقوا، الیاف، فیلم­ها، غشاهای نیمه تراوا، مواد منفجره و….. به کار روند. سلولز از نظر شیمیایی یک پلیمر خطی بوده و حاوی واحدهای مونومر β – D گلوکوپیرانوز است که به وسیله پیوندهای 4®1 گلوکوزیدیک به هم متصل شده اند [فنجل و وگنر، b1989]. درجه بسپارش سلولز بسته به منبع و روشهای آماده سازی آن متفاوت می باشد. این مقدار در سلولز طبیعی حاصل از پنبه به بیشترین مقدار ممکن (15000) می رسد. همچنین برای مقایسه درجه بسپارش سلولز در خمیرکرافت بین 500 تا 2000 متغیر است [فنجل و وگنر، b1989].

فیبریلهای اولیه به عنوان کوچکترین ساختار سلولزی در گیاهان عالی، شامل 36 ملکول موازی و جهت یافته سلولز بوده که به وسیله پیوندهای هیدروژنی در نواحی بی شکل و کریستالی قرار گرفته اند و در نتیجه ابعاد عرضی تقریبی آنها بین 2-4 نانومتر می باشد. اگر فیبریلهای اولیه با سایر مواد چوبی نظیر همی سلولزها، لیگنین، پکتین و پروتئین ترکیب شود آنگاه میکروفیبریل تشکیل می شود. ابعاد عرضی میکروفیبریل بسته به منبع سلولز و روشهای آماده سازی (پیش تیمار) و تولید متفاوت بوده و بین 3-20 نانومتر می باشد [سیرو و پلاکت، 2010]. میکروفیبریل در مرحله بعدی دستجات فیبریل را تشکیل داده و گاهی اوقات از آن به عنوان ماکروفیبریل یاد شده و در واقع ترکیبات اولیه دیواره الیاف چوبی هستند.

 

1-2 باگاس (تفاله نیشکر)

ماده لیگنوسلولزی حاصل از استخراج شکر در کارخانجات استحصال این ماده از نیشکر، تفاله نیشکر یا باگاس نامیده می شود. معمولاٌ این ماده در کشورهای فاقد منابع چوبی به عنوان ماده اولیه مناسب برای تولید کاغذ و مقوا [جعفری پطرودی و همکاران، 2011] و نیز انواع صفحات فشرده چوبی مانند تخته خرده چوب و تخته فیبر مورد استفاده قرار می گیرد. اخیراً نیز با گسترش فرآیندهای پالایش زیستی[1] از این ماده برای تولید بیواتانل استفاده می کنند. ترکیبات شیمیایی نظیر سلولز،     همی سلولزها و لیگنین این ماده در حد پهن برگان بوده اما میزان مواد استخراجی این ماده در حدود 2 برابر پهن برگان می­باشد [جعفری پطرودی و همکاران، 2011]. در کشور ما مقادیر بسیار زیادی از این ضایعات در حدود سالانه 3/4 میلیون تن تولید می شود که می تواند ماده اولیه بسیار مناسب برای تولید نانوالیاف سلولز باشد [نجفی، 2009]. به طور متوسط از هر 10 تن نیشکر می توان حدود 3 تن باگاس مرطوب که متوسط رطوبت آن بین 40-55 درصد است تولید کرد.

از نظر مرفولوژیکی، باگاس دارای دو بخش مغز[2] و ساقه است. مغز باگاس از سلولهای پارانشیمی تشکیل می شود و لذا برای استفاده در تولید خمیرکاغذ مناسب نبوده و جداسازی (مغززدایی)        می شود. ساقه باگاس عمدتاً حاوی الیاف سلولزی با طول حدود 1700-1300 میکرومتر است که اندکی بیشتر از متوسط طول الیاف پهن برگان است که این مقادیر به منطقه جغرافیایی و نوع گونه نیشکر بستگی دارد. در شکل1-1 تصویری از باگاس نشان داده شده است.

1-Biorefinery

1-Pith

تعداد صفحه :172

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید