کاربردهای نانوسلولز

این متن بخشی از مقاله زیر می باشد. در صورت تمایل به دریافت متن کامل این مقاله لطفا درخواستی به ایمیل شرکت ارسال بفرمایید : 

یوسفی، حسین. مشکور، مهدی. کاربردها و تجاری سازی نانوسلولز. اولین کنفرانس ملی نانوفناوری و کاربردهای آن در کشاورزی و منابع طبیعی. دانشگاه تهران. 1390

به طور کلی کاربردهای نانوسلولز در دو دسته کلی قرار دارند: 1) استفاده با هدف بهبود ویژگی­های محصولات موجود مانند بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی کاغذهای متداول با افزودن درصدهای مشخص نانوسلولز به آنها  و 2) ایجاد کاربردهای جدید مانند کاربرد نانوسلولز در دارورسانی. همچنین این نانوساختار در کاربردهای ذیل قابل استفاده بوده که برخی از آنها در دنیا به مرحله تولید تجاری رسیده­ اند:

نانوکامپوزیت، فوم و فیلتر زیستی: گزارش نویدبخش استفاده از جزء نانومتری سلولز در ساخت نانوکامپوزیت سلولزی در سال 1995 توسط فویه و همکاران برای نخستین بار منتشر شد (5). در دهه گذشته در این زمینه مطالعات موفق متعددی انجام شد که همگی آن­ها از ظرفیت­های بالقوه نانوسلولز جهت تولید نانوکامپوزیت­های پلیمری حکایت دارند. فوم­ها به آن دسته از مواد اطلاق می­شود که حجم عمده آن­ها را هوا تشکیل داده است. از آنجایی­که این دسته از مواد معمولاً خواص مکانیکی بالایی ندارند، با استفاده از نانوساختارهایی مانند نانوسلولز ساختارشان را تقویت می­کنند. فوم­ها ممکن است به­ طور کامل از نانوالیاف سلولزی ساخته شوند و یا از ترکیب نانوسلولز با دیگر مواد پلیمری  سنتزی و یا طبیعی تهیه گردند.

کاغذسازی: کاغذ عمدتا متشکل از الیاف سلولزی میکرومتری است. هر چند مقاومت­ و مدول کششی نانوکریستال سلولز از فولاد هم بیشتر است ولی کاغذ که متشکل از این نانوساختارها است مقاومت چندانی ندارد. دلیل این امر به عدم ارتباط موثر بین اجزای لیفی سلولزی سازنده­ی ساختار کاغذ، وجود ضعف­های ساختاری مانند حفرات سلولی و پایین بودن سطح تماس ما بین الیاف نسبت داده می­شود. در صورت  تبدیل فیبرهای سلولزی از ابعاد میکرونی به نانومتری ضمن افزایش سطح ویژه و تعداد پیوندهای مؤثر قابل تشکیل بین اجزاء سازنده ساختار ، نقاط ضعف درون ساختاری کاهش می­یابد و در نتیجه­ تنش به خوبی در شبکه سراسری نانوسلولز منتقل می­شود. با استفاده از این خصوصیات می­توان از نانوسلولز به عنوان یک عامل افزودنی جهت اصلاح خواص کاغذ استفاده نمود (2،3،4،6).

پزشکی، مهندسی پزشکی و صنایع آرایشی: از نانوسلولز به طور روزافزونی در کاربردهای متنوع پزشکی و زیست­پزشکی در مقیاس­های آزمایشگاهی و صنعتی استفاده می­شود. ماسک­های پوست، حمل و انتقال هوشمندانه دارو در بدن، ساخت بافت­ها، نسوج و اندام­های مصنوعی نظیر رگ و قلب مصنوعی، بانداژ زخم و جراحی، ترمیم استخوان و زخم­های ناشی از سوختگی، تولید کرم پوست، پوشش­های بهداشتی، ساخت مژه، ابرو و ناخن­های مصنوعی، تولید قرص­های جهت تقویت و بهبود سیستم هاضمه، تولید فیلترهای خونی و تغلیظ­کننده مواد آرایشی از مهمترین موارد گزارش شده­ی کاربرد نانوسلولز در این بخش هستند (1).

صنایع غذایی: از عمده کاربردهای نانوسلولز در صنایع غذایی می­توان  به مواردی نظیر استفاده به ­عنوان ماده­ ی اولیه در تولید انواع دسر، عامل تغلیظ ­کننده، شکل­ دهنده و تثبیت­ کننده ابعادی، کمک­ نگهدارنده، کاهش­ دهنده­ ی کالری غذا، حامل طعم ­دهنده­ های غذایی، بهبود ماندگاری مواد باشد. چند شرکت که عمدتا در شرق آسیا مستقرند از نانوسلولز باکتری جهت تولید دسرهای غذایی در مقیاس صنعتی استفاده می­نمایند (1). 

صنایع بسته­ بندی و نساجی: نانوسلولز علاوه بر ظرفیت تقویت­کنندگی دارای خواص ممانعتی نیز می­باشد بنابراین می­تواند در صنایع بسته­ بندی نیز به کار رود، یعنی جایی که اغلب به مقاومت و نفوذناپذیری بالا نیاز است. همچنین نانوسلولز را می­توان جهت تقویت پلیمرهای مصرفی در صنعت نساجی استفاده نمود. به نظر می­رسد نانوسلولز تولید شده با روش الکتروریسندگی پتانسیل کاربرد بیشتری را در صنعت نساجی داشته باشد. در این حالت می­توان نانوفیبرهای سلولز بسیار طویل را به طور خالص یا در ترکیب با مواد دیگر مانند پلیمرهای سنتزی به­ دست آورد (1،3).

کشاورزی: کپسول­های ساخته شده از نانوفیبرسلولزی که بتواند همزمان حامل بذر، کود، سم و مواد دیگر جهت رشد گیاه باشد می­تواند زراعت و باغبانی را متحول کند. کپسول­های نانوسلولز در خاک به تدریج تجزیه شده و همزمان با خاصیت جاذب الرطوبه­ ای که دارد رطوبت را برای بذر و محتویات دیگر درون خود حفظ می­نمایند (1).

صنایع الکترونیک و مغناطیس: امروزه استفاده از نانوسلولز در تولید محصولات الکترونیکی و مغناطیسی مانند باتری­های انعطاف­پذیر سبک با دوام بالا از اهمیت بالایی برخوردار است. فیلم­های نانوسلولز در ترکیب با مواد مغناطیسی، فیلم­های نانوکامپوزیت مغناطیسی را می­سازند که پتانسیل­های کاربردی متنوعیدر تولید انواع حافظه­های اطلاعاتی و ساخت کارت­های امنیتی دارند.ساخت باتری­های لیتیومی سبک انعطاف­پذیر، کارت­های اعتباری و ذخیره اطلاعات، سنسورهای زیستی، به عنوان غشا و دیافراگم در تولید هدفون، تولید مانیتورهای انعطاف­پذیر و پانل­های خورشیدی از موارد دیگر گزارش­ شده کاربرد نانوسلولز در این حوزه است (3-1).  

هوافضا، خودرو، ساختمان و وسایل ورزشی: محصولاتی که از نانوسلولز تهیه می­شوند دارای وزن کم و مقاومت­های بالا هستند. بنابراین مقاومت ویژه یعنی نسبت مقاومت به وزن افزایش می­یابد که این موضوع نانوسلولز را جهت ساخت مواد مورد استفاده در صنایع هوافضا، خودروسازی و ساختمان مناسب می­سازد. کاهش بار ساختمان و کاهش صدمات جانی و مالی در بلایای طبیعی، کاهش مصرف سوخت خودروها، کاهش وزن هواپیما، ساخت وسایل ورزشی، عایق­ کاری سازه ­ها و غیره اهداف دیگر استفاده از نانوسلولز در این بخش است (1).

سایر کاربردها: فیلتراسیون آب و هوا، تولید فیبرهای توخالی، مواد سوپرجاذب، سوخت پیشران­ها، جلیقه ضد گلوله، استخراج نفت (افزودنی در گل حفاری) و بازیابی هیدروکربن­ها، به عنوان افزودنی در رنگ و غیره را می­توان از جمله کاربردهای دیگر نانوفیبر سلولزی برشمرد که درمنابع به آن اشاره شده است (3-1).