فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

سابقه و هدف: الیاف سلولزی، به‌ویژه الیاف گیاهی، به دلیل ویژگی‌هایی مانند تجدیدپذیری، هزینه پایین تولید، وزن سبک و خواص مکانیکی مناسب، به‌عنوان جایگزین‌هایی پایدار برای مواد مصنوعی در صنایع کامپوزیت، خودروسازی و ساختمان‌سازی اهمیت یافته‌اند. گیاه بامبو با رشد سریع، ساختار فیبری منظم، استحکام بالا و زیست‌تخریب‌پذیری، منبعی برجسته برای کامپوزیت‌های زیستی است. دیواره سلولی بامبو عمدتاً از سلولز، همی‌سلولز و لیگنین تشکیل شده است که میکروفیبریل‌های سلولز در ماتریکس انعطاف‌پذیر همی‌سلولز در لایه اولیه دیواره قرار دارد. بااین‌حال، آب‌دوستی ذاتی و چسبندگی ضعیف الیاف بامبو، چالش‌های مهمی را در کاربردهای کامپوزیتی ایجاد می‌کند که نیازمند اصلاحات شیمیایی و حرارتی است. هدف اصلی این پژوهش، ارزیابی اثربخشی روش‌های تیمار اصلاحی شامل اسید بوریک (H3BO3)، سود(NaOH)  و آب جوش بر خواص فیزیکی و ساختاری بامبو است. برای ارزیابی دقیق نتایج، از روش‌های طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شده است.مواد و روش‌ها: نمونه‌های بامبو (Phyllostachys vivax)  پس از خشک شدن در هوای آزاد به قطعات با ابعاد ۳×۳ سانتی‌متری تقسیم شدند. نمونه‌ها در چهار گروه شاهد، تیمار با آب جوش (۶ ساعت غوطه‌وری در آب جوش)، اسید بوریک (۱ ساعت غوطه‌وری در محلول اسید بوریک ۶ درصد) و سود (۱۰ ساعت غوطه‌وری در محلول سود ۱ درصد) دسته‌بندی شدند. قبل از تیمار، نمونه‌ها در آون در دمای 2 ± 103 سانتی‌گراد خشک شده و جرم، حجم و جرم مخصوص آنها اندازه‌گیری شد. درصد واکشیدگی سطح و ضخامت با استفاده از تصاویر میکروسکوپ استریو و نرم‌افزار Image-J محاسبه گردید. درصد جذب آب در فواصل زمانی ۲۴، ۴۸ و ۷۲ ساعت و بعد هفتگی تا 4 هفته اندازه‌گیری ­شد. تغییرات ساختار مولکولی با FTIR و ریزساختار نمونه‌ها با تصاویرSEM مقایسه گردید.نتایج: بررسی‌های فیزیکی نشان داد که نمونه‌های شاهد پس از خشک شدن در آون، کاهش متوسطی را در جرم (38/8%) و حجم (91/3%) تجربه کردند. نمونه‌های تیمار شده با آب جوش و هیدروکسید سدیم به دلیل کاهش چشمگیر حجم و جرم ناشی از تجزیه مواد استخراجی، افزایش چگالی نشان دادند. در مقابل، تیمار اسید بوریک با کاهش جرم کمتر و افزایش حجم 80/6% همراه بود که منجر به کاهش چگالی گردید. نتایج جذب آب پس از ۲۸ روز غوطه‌وری نشان داد که تمامی تیمارهای حرارتی و شیمیایی، درصد جذب آب را افزایش داده‌اند. تیمار بوریک اسید به دلیل خاصیت رطوبت‌جذبی بور، بیشترین جذب آب و تیمار سود به دلیل حذف لیگنین و همی‌سلولز، افزایش تخلخل را نشان دادند. در مورد واکشیدگی، تیمارهای آب جوش و سود آن را افزایش دادند، اما تیمار بوریک اسید به دلیل تشکیل پیوندهای عرضی، درصد واکشیدگی را به‌طور مؤثری کاهش داد. نتایج FTIR نشان داد که هیدروکسید سدیم باعث تخریب همی‌سلولز و لیگنین شده است. در طیف اسید بوریک، کاهش شدت پیک گروه هیدروکسیل و ظهور پیک‌های جدید مربوط به پیوندهای عرضیB-O مشاهده شد. تصاویر SEM، ساختار فشرده در نمونه شاهد و به ترتیب افزایش جزئی تخلخل در آب جوش، رسوب بور در تیمار اسید بوریک و تخلخل بالا در تیمار هیدروکسید سدیم را تأیید کردند. این مشاهدات، تأثیر اسید بوریک در جذب آب بالا و واکشیدگی کم و تأثیر هیدروکسید سدیم در واکشیدگی زیاد و چسبندگی بهتر را به‌خوبی نشان دادند.نتیجه‌گیری: این پژوهش ثابت کرد که تیمارهای شیمیایی و حرارتی به‌طور مؤثری ساختار دیواره سلولی بامبو را تغییر می‌دهند. تیمار اسید بوریک با کاهش چشمگیر واکشیدگی (با وجود افزایش جذب آب)، پایداری ابعادی مطلوبی را برای کاربردهای سازه‌ای بامبو (به‌عنوان مسلح کننده) در بتن فراهم می‌کند. در مقابل، هیدروکسید سدیم با افزایش واکشیدگی و تخلخل، چسبندگی الیاف به ماتریس کامپوزیت را بهبود می‌بخشد. این نتایج به‌طور جامع توسط آنالیزهای طیفی و میکروسکوپی تأیید شدند. این یافته‌ها چالش‌های آب‌دوستی الیاف گیاهی را برطرف کرده و ظرفیت بالای بامبو را در کامپوزیت‌های زیستی برجسته می‌کنند. تحقیقات آینده باید بر ترکیب بهینه تیمارها و ارزیابی صنعتی محصولات تمرکز کند.