مزایای پد سلولزی نسبت به پوشال چیست؟

سلولز، یک بیوپلیمر خطی است که به طور طبیعی در همه گیاهان وجود دارد. جدا از اینکه یک پلیمر طبیعی است، ویژگی های مختلفی از جمله زیست سازگاری عالی، چگالی کمتر، استحکام قابل توجه و سودمندترین ویژگی های مکانیکی، ارزان قیمت را نیز ارائه می دهد. با استفاده از تکنیک‌های مکانیکی یا شیمیایی، مواد سلولزی به نانوالیاف سلولزی و حتی نانوبلورهای سلولز بدیل می‌شوند. در اینجا به منظور آشنایی بیشتر با مزایای پد سلولزی نسبت به پوشال لازم است ادامه مطلب را بررسی کنید تا بتوانید اطلاعات بیشتری در این حوزه کسب کنید.

شناخت پد سلولزی و بررسی مزایای پد سلولزی نسبت به پوشال

CNF و CNC در مقایسه با الیاف سلولز قابلیت های بسیار خوبی از خود نشان می دهند. امروزه نانوسلولز در انواع کاربردهای عملی مانند بسته بندی محصولات، کاغذها و همچنین مقوا، بخش مواد غذایی، مراقبت های بهداشتی، محصولات بهداشتی، رنگ، محصولات مراقبت از پوست و حسگرها استفاده می شود. در اینجا مزایای پد سلولزی نسبت به پوشال  و روش‌های پردازش نانوسلولز، تکنیک‌های مورد استفاده برای اصلاح شیمیایی سطح سلولز و در نتیجه کاربرد آن به عنوان تقویت‌کننده در مواد پلیمری آورده شده است:

- معرفی پد سلولزی

منبع اولیه سلولز الیاف طبیعی است. در اوایل قرن نوزدهم، ساختار شیمیایی سلولز و به دنبال آن فعالیت‌های تحقیقاتی عمیق در مورد سلولز شناسایی شد. ساختار شیمیایی سلولز این مزیت را ارائه می دهد که به گونه ای طراحی شده است که ویژگی های جدیدی را می توان برای چندین کاربرد به دست آورد. همانطور که می دانید، ارزیابی ها نشان می دهد که موسسات دانشگاهی و تحقیقاتی در 10 سال گذشته طیف وسیعی از فعالیت ها را بر روی سلولز و همچنین نانوسلولز انجام می دهند.

به طور کلی، یکی از مزایای پد سلولزی نسبت به پوشال این است که  سلولز و سایر ترکیبات غیر سلولزی به عنوان بلوک های ساختمانی برای الیاف طبیعی عمل می کنند. سلولز، که جزء اصلی الیاف طبیعی را تشکیل می دهد، می تواند به طور طبیعی استخراج شود. ترکیبات غیر سلولزی موجود در الیاف طبیعی عمدتاً شامل همی سلولز، لیگنین و پکتین است. به خوبی شناخته شده است که چوب به دلیل ویژگی های بالقوه آن که عملکرد نهایی را برآورده می کند، به طور گسترده برای چندین کاربرد استفاده می شود.

ویژگی های چوب به عوامل متعددی مانند اندازه، شکل، ترکیب و پیکربندی دیواره سلولی بستگی دارد. ماهیت دیوار سلولی ویژگی های باربری الیاف چوب را مشخص می کند. داشتن ماهیت مطلوب دیواره سلولی در الیاف مهم است، زیرا آنها خواص تقویتی آن را دارند. توصیف اولیه این است که ترکیب دیواره سلولی الیاف چوب به عنوان یک کامپوزیت حاوی میکروفیبریل های سلولز به عنوان جزء تقویت کننده و ترکیبی از همی سلولز و لیگنین به عنوان جزء ماتریکس عمل می کند.

یکی دیگر از مزایای پد سلولزی نسبت به پوشال این است که میکروفیبریل های سلولز که به عنوان یک جزء تقویت کننده عمل می کنند، بلورینگی و استحکام را برای سلول فراهم می کنند. پیکربندی میکروفیبریل ها در دیواره سلولی به صورت مجموعه ای قوی وجود دارد. هر میکروفیبریل از طریق عامل اتصال به نام همی سلولز به یکدیگر متصل می شود. لیگنین که به عنوان فاز ماتریکس عمل می کند از پلیمر فنلی ساخته شده و فضای خالی بین ترکیبات سلولز، همی سلولز و پکتین را اشغال می کند. دیواره سلولی به دیواره سلولی اولیه و ثانویه تقسیم می شود. پکتین در لایه میانی وجود دارد که به عنوان یک عامل اتصال دهنده برای برهمکنش دیواره سلولی اولیه با دیواره سلولی گیاه مجاور عمل می کند.

نحوه نصب پد سلولزی

در بررسی مزایای پد سلولزی نسبت به پوشال باید گفت که در زمان‌های اخیر، سلولز توجه قابل ملاحظه ای به نقش یک ماده نوآورانه در زمینه شیمی برای تعدادی از کاربردهای نهایی به دست آورده است. سلولز از زنجیره های پلیمری به صورت خطی تشکیل شده است. تعدادی از واحدهای گلوکز برای ایجاد میکروفیبریل های سلولز کریستالی جمع آوری می شوند. روش بیوسنتز منجر به ایجاد میکروفیبریل‌های کریستالی می‌شود که باعث تقویت اثر دیواره سلولی می‌شوند.

در نتیجه قابلیت‌های خارق‌العاده نانوسلولز (مانند جذب آب و همچنین جنبه‌های زیست سازگاری)، برای کاربردهای متعدد به شدت توصیه می‌شود. همی سلولزها یک گروه ناهمگن از شاخه ها را نشان می دهند، پلی ساکاریدهایی که به طور قابل توجهی در مقایسه با نانوسلولز پایداری کمتری دارند. نانوسلولز معمولاً به عنوان ماده سلولزی بومی با اندازه واحد زیر صد نانومتر (حداقل در یک بعد) شناخته می‌شود. اعتقاد بر این است که خواص فیزیکی همراه با ویژگی‌های شیمیایی مرتبط با این ماده برای کاربرد آن در طیف وسیعی از مناطق ضروری است.

تحقیقات نشان داده است که مواد مبتنی بر سلولز به کار رفته در سیستم کامپوزیت ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی عالی همراه با قابلیت‌های سازگار با محیط‌زیست را ارائه می‌کنند که در نتیجه آنها را به مواد ایده‌آل برای کاربرد عملی طولانی‌مدت تبدیل می‌کند. علاوه بر این، ویژگی های نانوکامپوزیت های پلیمری مبتنی بر نانوسلولز با توجه به امکان آن در پردازش، عملکرد و همچنین کاربرد عملی مورد بحث قرار گرفته است. نانوکامپوزیت پلیمری اصطلاحی است برای ماتریس پلیمری پرکننده یا تقویت کننده که حداقل در یک بعد در محدوده نانومتری (1 تا 100 نانومتر) بررسی می شود.

نانوکامپوزیت‌های پلیمری در مقایسه با کامپوزیت‌های سنتی، دارای ویژگی‌های فیزیکی باورنکردنی هستند که از نظر شیمیایی با کیفیت‌های حرارتی ترکیب شده‌اند. اساساً، به خوبی توضیح داده شده است که ویژگی‌های نانوکامپوزیت با توزیع و پراکندگی یکنواخت نانوپرکننده‌ها در ماتریس‌های پلیمری و همچنین برهمکنش ایجاد شده بین آنها تعیین می‌شود. به همین دلیل، بسیاری از کارشناسان در طیف وسیعی از مطالعات علمی بیان کرده‌اند که پراکندگی و همچنین توزیع نانو یا تقویت‌کننده، به عنوان معیاری حیاتی برای بهبود ویژگی‌های نانوکامپوزیت‌های پلیمری شناخته می‌شود.

کاربرد پد سلولزی و بررسی مزایای پد سلولزی نسبت به پوشال

امروزه یکی از مزایای پد سلولزی نسبت به پوشال این است که در مراکز مختلف و صنایع گوناگون عملکرد های خوبی را از خود نشان داده است. مثلا یکی از عملکردهای آن در کولر ها می باشد که نقش خنک کنندگی هوا را بر عهده دارد. در واقع تماس هوا با پدهای سلولزی موجب ایجاد فضای خنک کنندگی در کولر می شود. در حقیقت در سال های اخیر، فعالیت های تحقیقاتی به طور گسترده بر روی مصرف انواع مختلف نانوسلولز از جمله، الف) سلولز نانوبلور به دست آمده از فرآیند هیدرولیز اسیدی و انفجار بخار و (ب) سلولز نانو یا میکروفیبریل شده به دست آمده از طریق فرآیند مکانیکی انجام می شود.

این مواد نانوسلولزی به  عنوان عامل تقویت کننده در ماتریس های پلیمری مورد استفاده قرار گرفته اند. مطالعات قبلی در دستیابی به پراکندگی همگن نانوسلولز در هر دو ماتریس پلیمری محلول و نامحلول در آب مشکل داشتند. به منظور دستیابی به پراکندگی همگن نانوسلولز در پلیمرهای آبگریز، از تیمارهای شیمیایی برای اصلاح سطح با معرفی بخش‌های آبگریز استفاده می‌شود. به عنوان مثال، پلیمرهای با وزن مولکولی کم یا الیگومرها بر روی سطح نانوسلولز جذب می شوند تا به آب گریزی دست یابند. اصلاح سطح نانوسلولز مزایای متعددی را به همراه دارد، زیرا می تواند چسبندگی سطحی بین نانوسلولز و ماتریس پلیمری را افزایش دهد که به نوبه خود تأثیر آن را بر عملکرد  نانوکامپوزیت ها نشان می دهد.

مهم ترین کاربرد و مزایای پد سلولزی نسبت به پوشال این است که آن ها بازدهی بالایی نسبت به پوشال دارند و این امر موجب شده به راحتی بتوانند از انواع مختلف نانوسلولزهای ذکر شده، مواد نانوسلولزی استخراج شده با نوعی پیوند هیدروژنی و ریزساختار نانوسلولز استفاده کنند. این ریزساختارها با توجه به مسیرهای پردازش و منابع نانوسلولز متفاوت هستند، به عنوان مثال، نانوبلورهای سلولز که از طریق فرآیند هیدرولیز اسیدی به دست می‌آیند با دسته‌هایی از کریستال‌های میله‌مانند نشان داده می‌شوند. با استفاده از روش‌های فرآوری یا تصفیه تکمیلی، می‌توان نانوکریستال‌ها را تشکیل داد.

سلولز میکرو فیبریل شده به عنوان ساختارهای نانوفیبریلار به هم پیوسته وجود دارد. بهره برداری از چندین نوع نانوسلولز به عنوان تقویت کننده در ماتریس های پلیمری به شدت محبوب شده است، زیرا مزایای قابل توجهی از جمله هزینه ارزان تر، جنبه زیست تخریب پذیری، امکان استخراج از منابع پایدار، ویژگی های مکانیکی عالی و درجه بالایی از قطبیت سطح را ارائه می دهد. توجه شده است که سلولز و مشتقات آن ایمن ترین مواد مورد استفاده برای کاربرد در مواد غذایی و همچنین بخش های زیست پزشکی هستند. در مورد کاربردهای زیست پزشکی، از مواد مبتنی بر سلولز به عنوان غشاء برای کلیه های مصنوعی و کاربردهای مهندسی بافت استفاده می شود.

نتیجه گیری

سلولز از دوران اولیه جایگاه استثنایی در کاتالوگ جذب موادی که توسط انسان ها استفاده می شده است داشته است. مصریان باستان از پاپیروس (یک گیاه آبزی به شکل منبع سلولز) برای ساختن مواد نوشتاری،کاغذ، طناب، دمپایی و همچنین ظروف استفاده می کردند. اولین بار، شیمیدان فرانسوی پین، آرایش شیمیایی سلولز را در مراحل اولیه قرن نوزدهم توضیح داد. این یک تحقیق مهم برای بررسی مطالعه مواد سلولزی بود. در سال های اخیر، گیاهان به عنوان مهم ترین منابع سلولز عمل می کنند. علاوه بر این، سلولز همچنین می تواند از میکروب ها و جانوران دریایی در مقادیر بیشتری مانند باکتری ها، جلبک ها، قارچ ها، تونیکات ها و غیره تولید شود که این امر موجب شده مزایای پد سلولزی نسبت به پوشال بیشتر شود.