فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

بیان مساله و اهداف: در کشورهایی مانند ایران که منابع جنگلی محدود هستند، و استفاده از پسماندهای کشاورزی برای تولید پانل‌های سازگار با محیط زیست به‌عنوان راهکاری مؤثر برای کاهش وابستگی به چوب و جلوگیری از قطع درختان توصیه می‌شود. از سوی دیگر، با توجه به فراوانی منابع معدنی در ایران، استفاده از آن‌ها در کامپوزیت‌های پایه معدنی می‌تواند به کاهش فشار بر جنگل‌ها کمک کند. در این راستا، پژوهش حاضر به بررسی تأثیر نانوسلولز باکتریایی به‌عنوان عامل تقویت‌کننده بر ویژگی‌های فیزیکی، مکانیکی و حرارتی تخته‌های کامپوزیتی ساخته‌شده از گچ (به‌عنوان چسب معدنی) و شلتوک برنج (به‌عنوان پرکننده) می‌پردازد. هدف این مطالعه، ارزیابی امکان‌پذیری استفاده از این کامپوزیت به‌عنوان یک مصالح ساختمانی پایدار و دوستدار محیط زیست است. مواد و روشها: عوامل متغیر در این پژوهش شامل نسبت‌های وزنی شلتوک برنج و گچ به مقادیر 90:10، 80:20 و 70:30 نسبت به وزن خشک گچ بودند. نانوالیاف سلولز باکتریایی در سطوح 1 درصد، 2 درصد و 3 درصد برای بهبود اتصال بین گچ و شلتوک برنج مورد استفاده قرار گرفت. در مجموع، با در نظر گرفتن 9 تیمار، تعداد 27 تخته آزمایشگاهی تولید شد. ضخامت تخته‌های آزمونی 16 میلی‌متر و دانسیته نهایی تمام تخته‌ها برابر با g/cm3 10/1 در نظر گرفته شد. سپس خواص مکانیکی و فیزیکی نمونه‌ها شامل مدول گسیختگی (MOR)، مدول الاستیسیته (MOE)، چسبندگی داخلی (IB)، واکشیدگی ضخامت پس از غوطه‌وری 2 و 24 ساعت در آب، دانسیته تخته‌ها و مقاومت به آتش (درصد کاهش وزن) اندازه‌گیری شدند. نتایج: نتایج نشان داد که افزایش میزان شلتوک برنج در ساختار کامپوزیت تأثیر قابل‌توجهی بر خواص فیزیکی و مکانیکی پانل‌ها دارد. افزایش نسبت شلتوک برنج منجر به کاهش مقادیر مدول گسیختگی (MOR)، مدول الاستیسیته (MOE) و مقاومت چسبندگی داخلی (IB) شد که این کاهش را می‌توان به افزایش تخلخل، توزیع غیریکنواخت ذرات و کاهش چسبندگی بین اجزا نسبت داد. بررسی تصاویر میکروسکوپی (SEM) نشان داد که افزودن نانوسلولز باکتریایی (BNCF) باعث بهبود توزیع ذرات، کاهش نقص‌های ساختاری و افزایش انسجام بین گچ و شلتوک برنج شده است که منجر به بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت گردید. از آنجا که شلتوک برنج حاوی مقادیر بالایی سیلیس (SiO₂) است، انتظار می‌رود که سیلیس موجود در آن نیز در تقویت پیوندهای ساختاری و افزایش مقاومت مکانیکی کامپوزیت نقش داشته باشد. با این حال، نتایج FTIR نشان داد که افزایش شدت پیک‌های مربوط به گروه‌های هیدروکسیل (O-H) و پیوندهای گلوکوزیدی (C-O) در نمونه‌های حاوی نانوسلولز مشهودتر است. از آنجایی که پیوندهای گلوکوزیدی (C-O) تنها در نانوسلولز مشاهده نمی‌شوند و در سلولز موجود در شلتوک برنج نیز حضور دارند، این احتمال وجود دارد که بخشی از این پیک‌ها مربوط به ساختار سلولزی شلتوک باشد. با این حال، مقایسه طیف FTIR بین نمونه‌های فاقد نانوسلولز و نمونه‌های حاوی BNCF نشان داد که افزایش شدت این پیک‌ها در حضور نانوسلولز باکتریایی، بهبود پیوندهای بین اجزا و افزایش چسبندگی ساختاری را تأیید می‌کند. بنابراین، در حالی که سیلیس موجود در شلتوک برنج نیز در تقویت پیوندهای گچی مؤثر است، افزایش مقاومت مکانیکی کامپوزیت‌های حاوی نانوسلولز بیشتر به بهینه‌سازی ساختار، کاهش فضاهای خالی، و بهبود انسجام بین اجزا نسبت داده می‌شود تا واکنش مستقیم نانوسلولز با گچ. علاوه بر این، هرچند پیوندهای گلوکوزیدی در سلولز شلتوک برنج نیز یافت می‌شوند، افزایش شدت این پیک‌ها در نمونه‌های دارای نانوسلولز نشان‌دهنده تأثیر نانوسلولز بر بهبود ساختار کامپوزیت است. نتیجه­ گیری: افزودن نانوسلولز باکتریایی با بهبود انسجام ماتریس و کاهش تخلخل، موجب کاهش نفوذپذیری آب و بهبود پایداری ابعادی کامپوزیت‌ها شد. سیلیس موجود در شلتوک برنج می‌تواند باعث بهبود ویژگی‌های مکانیکی و حرارتی تخته‌ها شود، اما شلتوک به دلیل ساختار گیاهی باعث افزایش تخلخل و جذب بیشتر رطوبت می‌گردد. نانوسلولز باکتریایی به دلیل انتقال حرارت بسیار کم و طبیعت زیستی، سبب کاهش مقاومت تخته‌ها در برابر آتش شد. این کامپوزیت‌ها که دارای استحکام مکانیکی و مقاومت فیزیکی بهبودیافته‌ای هستند، پتانسیل قابل‌توجهی برای استفاده در پانل‌های داخلی ساختمان و دیگر سازه‌های غیرباربر دارند و جایگزینی پایدار برای مواد سنتی محسوب می‌شوند.