فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

سابقه و هدف: نیترو سلولز، یکی از مشتقات مهم سلولز، به دلیل ویژگی‌هایی مانند واکنش‌پذیری بالا، قابلیت انحلال در حلال‌های آلی، توانایی تشکیل فیلم و اشتعال‌پذیری کنترل‌شده، در صنایع مختلف مانند تولید مواد منفجره، پوشش‌های پلیمری، فیلم‌های عکاسی، داروسازی و زیست پزشکی کاربرد گسترده‌ای دارد. خواص نهایی نیترو سلولز تا حد زیادی به ماهیت ماده اولیه سلولزی و شرایط فرایند نیتراسیون وابسته است. در دهه‌های گذشته، آلفاسلولز با خلوص بالا، به‌عنوان ماده اولیه استاندارد برای سنتز نیترو سلولز شناخته شده است، اما ظهور نانو الیاف سلولز به‌ویژه نانوالیاف سلولز (CNF) با ساختار نانومتری، سطح ویژه بالا و واکنش‌پذیری بیشتر، افق جدیدی را در توسعه نیتروسلولزهای اصلاح‌شده گشوده است. با توجه به تفاوت‌های ساختاری اساسی بین آلفاسلولز و نانوالیاف سلولز، بررسی اثر نوع ماده اولیه بر ویژگی‌های شیمیایی، فیزیکی و حرارتی نیترو سلولز از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف این پژوهش، مقایسه سیستماتیک نیتروسلولزهای تولیدشده از آلفاسلولز و نانوالیاف سلولز و تحلیل دقیق عملکرد آن‌ها در شرایط مختلف نیتراسیون است.مواد و روش‌ها: آلفاسلولز از کاه گندم، پس از انجام پیش‌تصفیه اسیدی، خمیر سازی فرایند پخت سودا-آنتراکینون،  رنگبری با دی اکسید کلر و نهایتاً استفاده از هیدروکسید سدیم 5/17%  جهت حذف همی سلولوزهای باقیمانده به دست آمد. نانوالیاف سلولز با قطر 50–10 نانومتر به‌صورت تجاری تهیه شد. فرایند نیتراسیون با استفاده از مخلوط اسید نیتریک و اسیدسولفوریک با نسبت حجمی 3:1 و در دمای 30 درجه سانتی‌گراد به مدت 45 دقیقه انجام شد. سه سطح غلظت اسید نیتریک (20، 40 و 80 میلی‌لیتر) برای بررسی اثر شدت نیتراسیون در نظر گرفته شد. پس از واکنش، محصولات به‌دقت شست‌وشو و خشک شدند. سپس ویژگی‌هایی مانند درجه استخلاف (DS)، ویسکوزیته، درجه پلیمریزاسیون (DP)، طیف‌سنجی FTIR، پایداری حرارتی به روش TGA و سرعت سوختن مورد ارزیابی قرار گرفتند.نتایج: نیتروسلولز حاصل از آلفاسلولز (NC) در مقایسه با نیتروسلولز نانوالیاف سلولز (NNC) درجه استخلاف بالاتری داشت. در NC، مقدار DS از 151/1 در غلظت 20 میلی‌لیتر اسید نیتریک به 54/1 در 80 میلی‌لیتر افزایش یافت، درحالی‌که در NNC مقدار DS بین 088/1 تا 182/1 متغیر بود. ویسکوزیته NC از 8/359 به 9/325 سانتی‎پواز با افزایش غلظت اسید کاهش یافت، درحالی‌که در نمونه‌های NNC به دلیل رفتار پلاستیکی، اندازه‌گیری ممکن نبود. درجه پلیمریزاسیون (DP) در NC از 311 در غلظت پایین اسید به 279 در غلظت بالا کاهش یافت. طیف‌سنجی FTIR کاهش جذب باندهای O–H در محدوده cm⁻¹3200–3600 و افزایش شدت باندهای نیترو در cm⁻¹1250–1650 را نشان داد. تحلیل گرماوزن‌سنجی (TGA) بیانگر پایداری حرارتی بالاتر NNC بود، به‌طوری‌که دمای تجزیه اصلی آن از °C200–230 در NC به °C240–270 در NNC افزایش یافت. در آزمون سرعت سوختن، نمونه‌های NC با میزان متوسط 8/2 mm/s سریع‌تر از NNC با نرخ mm/s 9/1 سوختند که بیانگر واکنش‌پذیری و اشتعال‌پذیری بیشتر نیتروسلولز آلفاسلولز است.نتیجه‌گیری: نوع ماده اولیه سلولزی، تأثیر تعیین‌کننده‌ای بر خواص نهایی نیترو سلولز دارد. نیتروسلولزهای تهیه‌شده از آلفاسلولز، به دلیل ساختار یکنواخت‌تر و دسترسی آسان‌تر گروه‌های هیدروکسیل، درجه استخلاف و نرخ سوختن بالاتری دارند که آن‌ها را برای کاربردهای انفجاری و پوششی مناسب می‌سازد. در مقابل، نانوالیاف سلولز به‌دلیل ساختار نانومتری، سطح تماس بیشتر و رفتار پیچیده‌تر، نیتروسلولزی با پایداری حرارتی بهتر و واکنش‌پذیری کنترل‌شده تولید می‌کند که برای کاربردهای ایمن‌تر و دقیق‌تر مناسب است. این یافته‌ها می‌توانند به بهینه‌سازی تولید نیترو سلولز و توسعه کاربردهای نوآورانه در حوزه انرژی، زیست پزشکی و کامپوزیت‌های پیشرفته کمک شایانی کنند.