سنتز نانوکامپوزیت‌های کاغذی مقاوم در برابر گرما و الکتریسیته
محققان کشور موفق شدند با استخراج سلولز از نوعی باکتری و ایجاد یک نانوکامپوزیت کاغذی چندلایه حاوی یک نوع رزین پلیمری، نانوساختارهایی با خاصیت عایق الکتریسیته کاربردی در خازنها تولید کنند.
به گزارش آژانس خبری چاپ و بسته بندی ایران، سلولز به‌عنوان فراوان‌ترین زیست پلیمر کره زمین از دیرباز مورد توجه بوده و از آن در تهیه کاغذ استفاده شده‌است. منبع عمده سلولزی به‌منظور تهیه کاغذ، درختان هستند.
اما در حال حاضر مسئله کمبود منابع سلولزی، توجهات جامعه جهانی را به سمت استفاده از دیگر منابع سلولزی متمایل کرده‌است. سلولز مشتق شده از یک نوع باکتری موسوم به سلولز باکتریایی است که در سال‌های اخیر مورد توجه بسیاری از محققان در حوزه‌های مختلف علم و فناوری از جمله محققان دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان قرار گرفته است.
دکتر سمیه شیخ نظری دانش‌آموخته مقطع دکتری دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان با اشاره به رزین فنول به عنوان یکی از مواد عایق پرکاربرد در صنعت برق، معایب این پلیمر را برشمرد و افزود: رزین فنول از دیر باز در صنایع عایقی کاربرد داشته، اما این رزین بسیار شکننده بوده و نیز ضریب انبساط گرمایی بالایی دارد.
وی ادامه داد: به منظور مرتفع کردن این عیوب، در ترکیب رزین فنول از تقویت کننده استفاده می‌شود. مرسوم ترین تقویت کننده رزین فنول در صنایع عایق الکتریسیته، کاغذ یا همان سلولز است. در طرح حاضر تلاش کردیم با ایجاد یک ساختار نانوکامپوزیتی متشکل از رزین فنول و سلولز باکتریایی، به نانوکامپوزیتی با خواص الکتریکی، مکانیکی و حرارتی مطلوب دست یابیم.
شیخ نظری در خصوص کاربرد نهایی نانوکاموپوزیت‌های تولیدشده در این طرح افزود: با توجه به مقاومت بالای الکتریکی سلولز، می‌توان از آن به‌عنوان عایق الکتریسیته در ترانسفورماتورها استفاده کرد، اما خواص گرمایی و مکانیکی ضعیف سلولز موجب کاهش کارایی آن می‌شود. در پژوهش حاضر ضمن استخراج سلولز از یک منبع باکتریایی و جلوگیری از قطع بی‌رویه درختان، از ماده استخراج‌شده به‌عنوان ماده اولیه جهت تولید یک نانوکامپوزیت عایق الکتریسیته استفاده شده‌است.
این محقق پیرامون خواص بهتر نانوکامپوزیت تولیدشده از سلولز باکتریایی در مقایسه با سلولزهای گیاهی رایج گفت: کامپوزیت‌های عایقی که در ترانسفورماتورها به‌عنوان ماده عایق استفاده می‌شوند، به دلیل قرار گرفتن در معرض تنش‌های گرمایی و الکتریکی، عمر کوتاهی دارند و به‌ناچار باید در بازه‌های زمانی کوتاهی تعویض شوند؛ این موضوع هزینه‌های بسیاری را به صنایع مربوطه تحمیل می‌کند.
وی ادامه داد: نانوسلولز باکتریایی، به دلیل دارا بودن ضریب انبساط گرمایی بسیار پایین، قادر است تنش‌های گرمایی بالاتری را تحمل کند. از سوی دیگر، خلوص و درجه بلورینگی بالاتر نانوسلولز باکتریایی نسبت به سلولزهای رایج گیاهی، برتری خواص دی‌الکتریکی کامپوزیت تقویت‌شده با نانوسلولز باکتریایی در مقایسه با سلولز گیاهی را به دنبال دارد.
این محقق ادامه داد: به منظور بررسی ابعاد مختلف اثر افزودن نانوسلولز باکتریایی به عنوان تقویت‌کننده رزین فنول، آزمون‌های مشخصه‌یابی، آزمون‌های گرماسنجی، آزمون‌های مکانیکی اعم از مقاومت کششی، پارگی و ترکیدگی، آزمون‌های سنجش میزان مقاومت در برابر عبور جریان الکتریسیته اعم از سنجش ظرفیت و ثابت دی‌الکتریک، مقاومت دی‌الکتریک، اتلاف دی‌الکتریک و ولتاژ شکست دی‌الکتریک و آزمون اندازه‌گیری ضریب انبساط گرمایی انجام شده‌است.
وی گفت: نتایج به‌دست‌آمده بیانگر کاهش ۵۳درصدی ضریب انبساط حرارتی نانوکامپوزیت سلولز باکتریایی-رزین فنول نسبت به کامپوزیت سلولز گیاهی- رزین فنول است. ولتاژ شکست دی‌الکتریک نانوکامپوزیت سلولز باکتریایی-رزین فنول، ۱۸۳درصد در مقایسه با کامپوزیت سلولز گیاهی- رزین فنول افزایش یافته است.
شیخ نظری خاطر نشان کرد: همچنین نتایج بیانگر کاهش ۸۵درصدی اتلاف دی‌الکتریک نانوکامپوزیت سلولز باکتریایی-رزین فنول نسبت به کامپوزیت سلولز گیاهی- رزین فنول است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر سمیه شیخ نظری و دکتر عباس قنبری- دانش‌آموختگان مقطع دکتری دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان- و دکتر تقی طبرسا، دکتر ابوالقاسم خزائیان و دکتر مهدی مشکور- اعضای هیأت علمی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان- است.
نتایج این کار در مجله International Journal of Biological Macromolecules با ضریب تأثیر ۳.۹۰۹ (جلد ۱۲۰، بخش B، سال ۲۰۱۸، صفحات ۲۱۱۵ تا ۲۱۲۲) منتشر شده‌است.
