پایداری گرمایی نانو فیبر سلولزی سیانو اتیل دار شده

در چند دهه گذشته علاقمندی به پژوهش و استفاده از نانوفیبر سلولزی به طور چشمگیری افزایش یافته است. بنابراین اصلاح سطح نانوفیبر سلولزی به صورت شیمیایی می تواند با ایجاد ویژگی جدید و یا بهبود ویژگی های آنبا حفظ ویژگی های ذاتی نانوفیبر کاربردهای جدیدی را برای آن معرفی کند. در این پژوهش به منظور افزایش پایداری گرمایی نانوفیبر سلولزی، سیانواتیلاسیون توسط پیوندزنی با آکریلونیتریل در دمای °c60 و در شرایط قلیایی انجام شد. پس از تعیین میزان نیتروژن با روش کجدال درجه استخلاف نمونه های سیانو اتیل دار محاسبه شد. افزون بر این ساختار شیمیایی نانوفیبر سلولزی اصلاح شده توسط پرتو بینی ftir و آنالیز پراش پرتو ایکس (xrd) شناسایی شد. سپس پایداری گرمایی نانوفیبر سلولزی اصلاح شده با استفاده از آنالیز گرمایی وزن‌سنجی (tga) در سه رژیم دمایی °c/min 10، °c/min 15 و °c/min 20 در جو نیتروژن ارزیابی شد. منحنی‌های مشتق (dtg)tg با استفاده از داده‌هایtga رسم شدند و با توجه به داده‌های تجربی، انرژی فعال‌سازی محاسبه شد. نتیجه های اندازه گیری میزان نیتروژن، دستیابی به درجه استخلاف 87/0 را در شرایط واکنش نشان دادند. همچنین سیانواتیلاسیون نمونه ها با تحلیل پرتوهای ftir و مقایسه آن با پرتو نمونه شاهد و آشکارسازی نوار جذب در 1cm 2250 منتسب به گروه‌های نیتریل تایید شد. بررسی ساختار نانو فیبر سلولزی سیانواتیل‌دار شده با روش پراش پرتو ایکس، کاهش بلورینگی آن را در اثر سیانواتیلاسیون تایید کرد. نتیجه های مطالعه های tgaنیز پایداری گرمایی بیش تر نانوفیبر سلولزی سیانواتیل‌دار شده را در مقایسه با نمونه اصلاح نشده نشان دادند. همچنین تجزیه گرمایی نمونه های اصلاح نشده و سیانواتیل دار شده هر دو طی یک مرحله رخ داد و با زیاد شدن نرخ گرما دهی افزایش پیدا کرد. همچنین انرژی فعال‌سازی کمتری برای نانوفیبر سلولزی سیانواتیل‌دار شده در مقایسه با نانوفیبر سلولزی اصلاح نشده دیده شد. به طور کلی به نظر می رسد که پیوند زنی آکریلونیتریل به نانوفیبر سلولزی می تواند به واسطه بهبود پایداری گرمایی و ایفاینقش به عنوان نرم کننده درونی و بهبود ویژگی های ترموپلاستیکی، استفاده از آن را در کاربردهای خاص توسعه دهد.

Thermal Stability of Cyanoethylated Cellulose Nanofiber

Interest in research and development as well as utilization of Cellulose NanoFiber (CNF) has increased drastically over last decades. Therefore, surface chemical modification and improvement of CNF properties can open up new applications with giving new property while keeping its inherent properties. In this research, in order to enhance thermal stability of CNF cyanoethylation was carried out by acrylonitrile grafting at 60°C under alkaline condition. Degree of Substitution (DS) of cyanoethylated samples was calculated after determination of nitrogen content by Kjeldahl method. Moreover, the chemical structure of modified CNF was characterized with FTIR spectroscopy and XRay Diffraction (XRD) pattern analyses. Thermal stability of modified CNF was then assessed by ThermoGravimetric Analysis (TGA) at three heating rate of 10ºC/min, 15ºC/min, and 20ºC/min under nitrogen atmosphere. Differential ThermoGravimetry (DTG) curves were plotted using TGA data and activation energies were calculated from experimental data. Results of nitrogen content measurements demonstrated DS=0.87 achievement. In addition, cyanoethylation of CNF was confirmed by FTIR spectra analyses in comparison with control samples and detection of absorption band at 2250 cm1 which is attributed to nitrile groups. Decrease in CNF crystalinity due to cyanoethylation was demonstrated by XRD analyses. Results of TGA also indicated high thermal stability of cyanoethylated CNF in comparison with unmodified CNF. Moreover, thermal decomposition of both untreated and cyanoethylated CNF occurred in one stage and increased with increasing heating rate. Also low activation energy was observed in cyanoethylated CNF than unmodified CNF. It seems that grafting of acrylonitrile to CNF can increase its utilization in special applications due to improving thermal stability and giving thermoplasticity because of playing role as internal plasticizer.