Liqnin tərkibli sellüloza mikro/nanofibrilləri (lignin-containing cellulose micro/nanofibrils, LCMNF) bu tədqiqatda ağardılmamış kağız boru istehsalı tullantılarından əldə edilən və formaldehid ehtiva etməyən natrium silikat yapışdırıcını gücləndirmək üçün istifadə olunan fibrilyar liqnosellülozik möhkəmləndirici materialdır. Tədqiqatçılar kağız boru tullantılarını qələvi ilkin emal və mexaniki fibrilləşdirmə ilə LCMNF-yə çevirmiş, PEG 400 ilə dispersiyanı dəstəkləmiş və fibrilləri kommersiya natrium silikat yapışdırıcısına %0,5, %1,0, %1,5 və %2,0 nisbətlərində əlavə etmişlər. Formulasiyalar FTIR, optik mikroskopiya, rotasion və ossillyasion reologiya, tək bindirməli kəsilmə sınağı və qırılma səthi analizi ilə qiymətləndirilmişdir.

LCMNF miqdarı artdıqca yapışdırıcının özlülüyü, axma gərginliyi, saxlama modulu və deformasiyaya qarşı struktur müqaviməti artmışdır. Bununla belə, bütün formulasiyalar kəsilmə sürəti yüksəldikdə özlülüyün azalması ilə xarakterizə olunan kəsilmə ilə incəlmə davranışını qorumuşdur. Bu xüsusiyyət yapışdırıcının aşağı mexaniki gərginlikdə struktur baxımından sabit qalarkən nasoslama, qarışdırma və ya yayma kimi yüksək kəsilməli proseslərdə axmasına imkan verə biləcək reoloji tarazlığı təmsil edir.

Mexaniki nəticələr konsentrasiyadan güclü şəkildə asılıdır. %0,5 LCMNF qırılma uzanmasını təxminən %40 artırmış, %1,0 LCMNF isə kəsilmə modulunu təxminən %41 yüksəltmişdir. Hər iki konsentrasiya təmiz natrium silikat yapışdırıcısı ilə müqayisədə qırılmaya qədər udulan enerjini artırarkən kəsilmə möhkəmliyini qorumuşdur. Buna qarşılıq, %1,5 və %2,0 LCMNF-də fibril aqreqasiyası və mikrostruktur heterogenlik artmış, kəsilmə möhkəmliyi azalmışdır.

Tədqiq edilən şəraitdə %1,0 LCMNF reoloji quruluş, sərtlik, kəsilmə möhkəmliyi, deformasiya qabiliyyəti, enerji udulması və qırılma morfologiyası birlikdə qiymətləndirildikdə ən balanslı formulasiya kimi müəyyən edilmişdir. Lakin mexaniki sınaqlar son kağız boru məhsulunda deyil, Pinus sp. ağacından hazırlanmış tək-bindirməli birləşmələrdə aparılmışdır. Buna görə tədqiqat %1,0 LCMNF formulasiyasının kağız boru istehsalı üçün ümidverici olduğunu göstərir; son məhsul performansını hələ təsdiqləmir.

LCMNF nədir və natrium silikat yapışdırıcıda niyə istifadə olunur?

LCMNF sellüloza liflərinin mikro və nanoölçülü fibrillərə ayrıldığı, lakin xammaldakı liqninin bir hissəsinin qorunduğu liqnosellülozik fibril sistemidir; bu tədqiqatda kağız boru istehsalı tullantılarından əldə edilən LCMNF kövrək natrium silikat matrisində fiziki fibril şəbəkəsi, gərginlik ötürülməsi, çatın sapması və fibril körpülənməsi təmin edə bilən möhkəmləndirici kimi istifadə edilmişdir.

Natrium silikat yapışdırıcının üstünlüyü və məhdudiyyəti

Natrium silikat yapışdırıcılar aşağı maya dəyəri, kağız əsaslı məhsullarla uzun istifadə tarixçəsi, kimyəvi davamlılığı və formaldehid ehtiva etməməsi səbəbindən sənaye baxımından əhəmiyyətlidir. Buna qarşılıq, qeyri-üzvi silikat şəbəkəsinin sərtliyi bərkiyən yapışdırıcıda kövrəklik, məhdud deformasiya qabiliyyəti və qırılmadan əvvəl aşağı enerji udulmasına səbəb ola bilər.

Buna görə tədqiqatın məqsədi yapışdırıcını yalnız daha “güclü” etmək deyil. Arzu olunan quruluş tətbiq zamanı kifayət qədər axıcılığı qoruyan, tətbiqdən sonra isə təbəqənin həddindən artıq axmasını məhdudlaşdıran və qırılma zamanı daha çox enerji sərf edə bilən kompozit yapışdırıcı hazırlamaqdır.

Dairəvi iqtisadiyyat əlaqəsi

LCMNF xammalı yeni istehsal olunmuş saf sellüloza deyil. Tədqiqat kağız boru istehsalından qalan ağardılmamış tullantıların yenidən emalını araşdırır. Bu tullantıların klassik təkrar emal dövrlərindən sonra funksional mikro/nanofibril möhkəmləndiriciyə çevrilməsi eyni istehsal zəncirinə yenidən qaytarıla bilən daha yüksək əlavə dəyərli istifadə yolu yarada bilər.

Liqninin tamamilə uzaqlaşdırılmaması da vacibdir. Mənbə liqninin qorunmasının geniş ağartma prosesləri ilə müqayisədə proses mürəkkəbliyini, kimyəvi maddə istehlakını, enerji tələbatını və tullantı yaranmasını azaltmaq potensialına malik olduğunu müzakirə edir.

LCMNF necə hazırlanmışdır?

Kommersiya natrium silikat yapışdırıcının tərkibi

Mənbədə istifadə olunan kommersiya SS yapışdırıcının bərk maddə tərkibi %55 olaraq verilmişdir. Məhsul %8,0–8,5 Na₂O və %25,4–26,7 SiO₂ ehtiva edir və xüsusi sıxlığı 1,36–1,38 g·cm⁻³ aralığındadır.

SEM və EDS nə göstərdi?

PEG 400 ilə emal olunmuş LCMNF-nin FE-SEM görüntüləri həm mikro, həm də nanoölçülü fibrillər ehtiva edən heterogen, lakin böyük ölçüdə fibrilləşmiş şəbəkə göstərmişdir. Yüz ayrı fibrilin ölçülməsindən əldə olunan orta nanofibril diametri 59,53 ± 14,53 nm-dir.

EDS xəritələnməsi fibrilyar quruluş boyunca silisiumla zəngin kiçik sahələrin olduğunu göstərmişdir. Silisium ilkin kağız boru istehsalında istifadə olunan natrium silikat yapışdırıcı qalığı ilə əlaqələndirilmişdir. Bu nəticə NaOH emalının qalıq yapışdırıcının hamısını deyil, bir hissəsini uzaqlaşdırdığını göstərir.

Mənbənin şərhinə görə PEG 400 fibril səthindəki qarşılıqlı təsirlər və sterik maneələmə vasitəsilə yenidən aqreqasiyanı azaltmağa kömək etmişdir. Lakin yüksək LCMNF konsentrasiyasında bu dispersiya dəstəyi fibril–fibril qarşılıqlı təsirlərini tamamilə qarşısını ala bilməmişdir.

FTIR spektrləri nə göstərdi?

FTIR analizi 4000–500 cm⁻¹ aralığında, 4 cm⁻¹ spektral ayırdetmə ilə və 64 skanla aparılmışdır. Təxminən 3260 cm⁻¹-dəki geniş zolaq silanol və digər hidroksil qruplarının O–H dartılma titrəyişləri ilə əlaqələndirilmişdir. LCMNF tərkibli sistemlərdə sellüloza, liqnin və PEG-nin hidroksil qrupları da bu sahəyə töhfə verir.

2925 və 2855 cm⁻¹ zolaqları alifatik C–H dartılmaları ilə; 1744 cm⁻¹ zolağı qalıq hemisellüloza quruluşlarındakı konyuqə olunmamış karbonil qrupları ilə; 1645 cm⁻¹ sahəsi O–H deformasiya titrəyişləri ilə əlaqələndirilmişdir.

Təxminən 1100 və 955 cm⁻¹ sahələrində silikat şəbəkəsindən gələn Si–O–Si, Si–O və Si–OH titrəyişləri üstünlük təşkil edir. LCMNF əlavə edildikdən sonra bu sahələrdəki profil dəyişiklikləri üzvi LCMNF/PEG komponentləri ilə silikat matrisindəki yerli titrəyiş mühitinin dəyişməsi ilə əlaqələndirilmişdir. Mənbə bu spektral dəyişiklikləri yeni kovalent reaksiyanın birbaşa sübutu kimi təqdim etmir.

Optik mikroskopiya niyə kritikdir?

Saf SS yapışdırıcı yarımşəffaf quruluş daxilində tünd və nizamsız sahələr göstərmişdir. LCMNF əlavəsi yapışdırıcının rəngini liqnin mənşəli xromoforlarla uyğun şəkildə tədricən qəhvəyi rəngə dəyişdirmişdir.

Daha vacibi, LCMNF aqreqatlarının sayı və ölçüsü konsentrasiya artdıqca çoxalmışdır. Xüsusilə %1,5 və %2,0 formulasiyalarda lokal fibril kümələnmələri nəzərəçarpacaq olmuşdur. Bu morfoloji dəyişiklik sonradan mexaniki sınaqlarda müşahidə olunan kəsilmə möhkəmliyi itkisi ilə uyğundur.

LCMNF nisbəti artdıqca yapışdırıcının reologiyası necə dəyişir?

LCMNF miqdarı artdıqca natrium silikat yapışdırıcının aşağı kəsilmə şəraitində özlülüyü, axma gərginliyi və elastik struktur müqaviməti güclü şəkildə artmış; buna qarşılıq bütün formulasiyalar artan kəsilmə sürətində özlülüyün azalması ilə xarakterizə olunan shear-thinning davranışını qorumuşdur.

Herschel–Bulkley modeli

Rotasion sınaqlarda axın davranışı Herschel–Bulkley tənliyi ilə modelləşdirilmişdir:

\[ \tau=\kappa\gamma^{\eta}+\tau_0 \tag{1} \]

Burada \(\tau\) kəsilmə gərginliyini (Pa), \(\tau_0\) axma gərginliyini (Pa), \(\gamma\) kəsilmə sürətini (s⁻¹), \(\kappa\) tutarlılıq indeksini (Pa·sⁿ) və \(\eta\) ölçüsüz axın davranışı indeksini təmsil edir. Mənbədə \(\eta\) simvolu burada özlülük deyil, axın davranışı indeksidir.

\(\eta<1\) olması kəsilmə sürəti yüksəldikcə görünən özlülüyün azalması mənasına gələn psevdoplastik/kəsilmə ilə incəlmə davranışını ifadə edir.

Axma gərginliyinin 0,03 Pa-dan 15,95 Pa-a yüksəlməsi LCMNF artdıqca axını başlatmaq üçün daha yüksək gərginlik tələb olunduğunu göstərir. Eyni zamanda axın indeksinin 0,85-dən 0,44-ə düşməsi fibrillə daha zəngin yapışdırıcıların daha güclü shear-thinning davranışı inkişaf etdirdiyini göstərir.

Kəsilmə altında fibril şəbəkəsi niyə zəifləyir?

Aşağı kəsilmə sürətlərində fibrillər arasındakı fiziki təmaslar və dolaşıqlıqlar yapışdırıcı daxilində üçölçülü quruluş yaradaraq axın müqavimətini artırır. Kəsilmə sürəti yüksəldikdə fibrillər axın istiqamətində düzülə və fibril–fibril təmaslarının bir hissəsi pozula bilər. Nəticədə yapışdırıcı yüksək kəsilmə altında daha asan axır.

Mənbədə SS/%0,5 LCMNF təxminən 29,77 s⁻¹-də 0,24 Pa·s özlülüyə çatarkən SS/%1,0 LCMNF eyni səviyyəyə yaxın 0,23 Pa·s özlülüyə yalnız təxminən 168,79 s⁻¹-də çatmışdır. %1,5 və %2,0 formulasiyalar tədqiq edilən kəsilmə sürəti aralığında saf SS əyrisi ilə bu şəkildə kəsişməmişdir.

Axını təmin etmək üçün tələb olunan mexaniki enerji

Paralel lövhə həndəsəsində bucaq sürəti mənbədə:

\[ \gamma=\frac{R\omega}{h} \qquad\Rightarrow\qquad \omega=\frac{\gamma h}{R} \tag{2} \]

münasibəti ilə hesablanmışdır. Fırlanma gücü:

\[ P=M\omega \tag{3} \]

və qısa ölçmə intervalında enerji:

\[ E=P\Delta t \tag{4} \]

kimi müəyyən edilmişdir. Beləliklə i-ci ölçmə nöqtəsində mexaniki enerji:

\[ E_i=M_i\left(\frac{\gamma_i h}{R}\right)\Delta t \tag{6} \]

kimi hesablanmışdır. \(M_i\) fırlanma momenti, \(h\) lövhə aralığı, \(R\) lövhə radiusu və \(\Delta t\) ölçmə vaxt intervalıdır.

SS/%0,5 LCMNF 0,24 Pa·s özlülüyə 8,53 mJ enerji girişində çatarkən SS/%1,0 LCMNF təxminən eyni 0,23 Pa·s özlülük üçün 308,13 mJ tələb etmişdir. Mənbə bu fərqi təxminən 36,12 dəfə kimi verir. Nəticə oxşar görünən özlülüyün iki formulasiyada eyni daxili struktur müqavimətini ifadə etmədiyini göstərir.

Temperatur davranışı

Temperatur sınağı 20–80 °C arasında, 2 °C·min⁻¹ qızdırma sürətində və 100 s⁻¹ sabit kəsilmə sürətində aparılmışdır. Saf SS yapışdırıcının özlülüyü əvvəlcə azalmış və 30 °C-də minimum 0,154 Pa·s dəyərinə çatmışdır. Daha yüksək temperaturlarda isə su itkisi və silikat şəbəkəsində termal yenidən düzülmə/sıxlaşma ilə uyğun şəkildə yenidən artmışdır.

LCMNF tərkibli formulasiyalar bütün qızdırma dövrü boyunca saf SS-dən daha yüksək özlülük göstərmişdir. Ən yüksək konsentrasiyalı SS/%2,0 LCMNF təxminən 64 °C-dən yuxarıda 10,581 Pa·s-yə çatmış və 80 °C-də 50 Pa·s-ni keçmişdir.

Ossillyasion reologiya: elastik şəbəkənin yaranması

Amplituda skanında aşağı deformasiyalarda bütün formulasiyalarda saxlama modulu \(G'\), itki modulundan \(G''\) böyük olmuşdur. LCMNF artdıqca \(G'\) yüksəlmiş və quruluşun elastik enerji saxlama qabiliyyəti artmışdır.

Xətti viskoelastik sahənin (LVER) sərhədi \(G'\)-nin başlanğıc dəyərindən %5 azaldığı deformasiya kimi müəyyən edilmişdir. LCMNF konsentrasiyası artdıqca bu sərhəd kiçilmişdir: fibril şəbəkəsi daha sərt hala gəldiyi halda elastik sərhəd keçildikdə struktur pozulmaya daha həssas olmuşdur.

%1,5-ə qədər olan formulasiyalarda tədqiq edilən deformasiya aralığında \(G'\), \(G''\)-dən böyük qalmış və axın nöqtəsi yaranmamışdır. SS/%2,0 LCMNF-də isə \(G'=G''\) kəsişməsi **34,44 Pa** kəsilmə gərginliyində baş vermişdir.

İtki faktoru və kompleks özlülük

İtki faktoru:

\[ \tan\delta=\frac{G''}{G'} \tag{7} \]

kimi hesablanır. \(\tan\delta>1\) özlü davranışın, \(\tan\delta<1\) isə elastik davranışın üstün olduğunu göstərir.

Saf SS yapışdırıcı aşağı tezlikdə 10³-ü aşan yüksək \(\tan\delta\) dəyərləri göstərərkən, yalnız %0,5 LCMNF əlavə edilməsi ilə belə \(\tan\delta\) bütün ölçülmüş tezlik aralığında 1-dən aşağı qalmışdır. Yüksək LCMNF formulasiyalarında dəyərlər ümumilikdə 0,03–0,3 aralığında sabitləşmişdir.

Kompleks özlülük:

\[ \eta^{*}= \frac{\sqrt{G'^2+G''^2}}{\omega} \tag{8} \]

kimi hesablanmışdır. LCMNF tərkibli formulasiyalar xüsusilə aşağı tezlikdə saf SS-dən bir neçə tərtib daha yüksək kompleks özlülük göstərmişdir. Bu tapıntı fibrillərin uzun zaman miqyasında struktur relaksasiyanı məhdudlaşdıran əlaqəli şəbəkə yaratması ilə uyğundur.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Reologiya sınaq quruluşu

Reoloji ölçmələr Anton Paar MCR 301 reometrində, 25 mm diametrli paralel lövhə həndəsəsi və 1 mm sabit lövhə aralığı ilə aparılmışdır.

Sabit kəsilmə ölçmələri 20 °C-də 0,01–1000 s⁻¹ kəsilmə sürəti aralığında aparılmışdır. Temperatur sınağı 20–80 °C arasında və 100 s⁻¹ sabit kəsilmə sürətində aparılmışdır.

Amplituda skanı 0,1 Hz-də və %0,01–100 deformasiya aralığında; tezlik skanı isə LVER daxilində %0,1 sabit deformasiyada və 0,1–100 rad·s⁻¹ bucaq tezliyi aralığında aparılmışdır.

Tək-bindirməli kəsilmə sınağı

Mexaniki sınaqlar Pinus sp. ağac nümunələri üzərində tək-bindirməli birləşmə həndəsəsi ilə və ASTM D906-20-dən uyğunlaşdırılmış quruluşda aparılmışdır. Yapışdırıcının yayılma miqdarı 150 g·m⁻²-dir.

Birləşdirilmiş nümunələr 1 MPa təzyiq altında 120 °C-də 8 dəqiqə isti preslənmiş, sonra 20 ± 2 °C və %65 ± 3 nisbi rütubətdə sabit çəkiyə qədər kondisiyalaşdırılmışdır.

Hər formulasiya üçün 10 birləşmə hazırlanmışdır. Mexaniki sınaq 20 kN load cell istifadə olunan universal sınaq cihazında 5 mm·min⁻¹ çarpaz başlıq sürəti ilə aparılmışdır.

Kəsilmə möhkəmliyi

Kəsilmə möhkəmliyi:

\[ f_s=\frac{F_{\max}}{A} \tag{9} \]

ilə hesablanmışdır. \(F_{\max}\) maksimum yükü (N), \(A\) yapışdırılmış sahəni (mm²) təmsil edir. Nəticə N·mm⁻² vahidindədir.

Kəsilmə modulu

Kəsilmə gərginliyi–nisbi uzanma əyrisinin xətti sahəsindən:

\[ G= \frac{f_2-f_1} {\varepsilon_2-\varepsilon_1} \tag{10} \]

hesablanmışdır. Mənbə nisbi uzanmanı sınaq maşınının yerdəyişməsinin 45 mm sərbəst məsafəyə bölünməsi ilə müəyyən etmişdir.

Qırılma nisbi uzanması

\[ \varepsilon_b= \frac{\Delta L_b}{L_0} \tag{11} \]

ifadəsində \(\Delta L_b\) qırılma anındakı yerdəyişmə, \(L_0=45\) mm isə sərbəst nümunə uzunluğudur.

Qırılmaya qədər enerji

Qırılmaya qədər enerji kəsilmə gərginliyi–nisbi uzanma əyrisinin qırılma nöqtəsinə qədər altında qalan sahə kimi hesablanmışdır:

\[ U_f= \int_{0}^{\varepsilon_b} f_s\,d\varepsilon \tag{12} \]

Mənbə ədədi inteqrasiya üçün trapesiya üsulundan istifadə etmişdir. Bu kəmiyyət yalnız maksimum möhkəmliyi deyil, birləşmənin qırılmadan əvvəl nə qədər mexaniki enerji uda bildiyini göstərir.

Niyə %1,0 LCMNF ən uyğun ümumi formulasiya kimi seçildi?

%1,0 LCMNF tədqiq edilən formulasiyalar arasında kəsilmə modulunu və qırılmaya qədər enerjini əhəmiyyətli dərəcədə artırarkən kəsilmə möhkəmliyini və deformasiya qabiliyyətini qorumuş, eyni zamanda reologiyada güclü, lakin yüksək kəsilmədə hələ də emal edilə bilən fibrilyar quruluş və qırılma səthlərində aydın fibril körpülənməsi göstərmişdir; daha yüksək LCMNF miqdarlarında isə aqreqasiya və heterogenlik artaraq kəsilmə möhkəmliyini azaltmışdır.

%0,5 LCMNF-nin xüsusi üstünlüyü

%0,5 LCMNF qırılma nisbi uzanmasını 0,286-dan 0,401 mm·mm⁻¹-ə yüksəltmişdir. Bu təxminən %40 artım yapışdırılmış birləşmənin qırılmadan əvvəl daha çox deformasiyaya imkan verdiyini göstərir.

Eyni formulasiyada kəsilmə möhkəmliyi 2,49 N·mm⁻² ilə saf SS-nin 2,44 N·mm⁻² dəyərindən statistik olaraq fərqlənmir. Qırılmaya qədər enerji isə 0,168-dən 0,303 MJ·m⁻³-ə yüksəlmişdir.

%1,0 LCMNF-nin xüsusi üstünlüyü

%1,0 LCMNF kəsilmə modulunu 5,53-dən 7,81 N·mm⁻²-ə qaldıraraq təxminən %41 artırmışdır. Kəsilmə möhkəmliyi 2,40 N·mm⁻² ilə saf SS səviyyəsində qorunmuş, qırılmaya qədər enerji isə bütün formulasiyalar arasında ən yüksək orta dəyər olan 0,331 MJ·m⁻³-ə çatmışdır.

%0,5 və %1,0 formulasiyaların qırılmaya qədər enerji dəyərləri bir-birindən statistik olaraq fərqlənmir. İki konsentrasiyanın üstünlüyü fərqli mexaniki profillər yaratmasıdır: %0,5 daha yüksək deformasiya qabiliyyətini, %1,0 isə daha yüksək sərtlik və enerji udulması tarazlığını önə çıxarır.

%1,5 və %2,0 LCMNF niyə performansı azaltdı?

Yüksək fibril konsentrasiyasında fibril–fibril təmaslarının artması daha güclü reoloji şəbəkə yaratmışdır; lakin eyni zamanda aqreqasiya və mikrostruktur heterogenlik artmışdır. Lokal fibril yığınları gərginliyin yapışdırıcı təbəqə daxilində homogen yenidən paylanmasını çətinləşdirə və gərginlik konsentrasiyası sahələri yarada bilən strukturlar kimi şərh edilmişdir.

Bu vəziyyət kəsilmə möhkəmliyinin %1,5 LCMNF-də 1,66, %2,0 LCMNF-də 1,52 N·mm⁻²-ə düşməsi ilə uyğundur. Deməli, reoloji quruluş gücləndikcə mexaniki performansın məhdudiyyətsiz şəkildə yüksəlməsi baş vermir.

Qırılma səthləri

Makroskopik qırılma analizi adheziv qırılma (AF), koheziyalı yapışdırıcı qırılması (CF) və koheziyalı substrat qırılması (CSF) olmaqla qarışıq qırılma növləri göstərmişdir. EDS silisium xəritələri bəzi sahələrdə SS yapışdırıcının ağac səthində qaldığını, bəzi sahələrdə isə çılpaq ağacın açıldığını təsdiqləmişdir.

Saf SS yapışdırıcının SEM qırılma səthi nisbətən hamar, geniş müstəvi sahələr və xətti çat yolları ilə xarakterizə olunur. Bu morfologiya aşağı enerji udulması ilə uyğun daha kövrək davranışa işarə edir.

%0,5 LCMNF-də səth daha nahamar olmuş və çat yolları daha dolanbac hala gəlmişdir. Mənbə bunu çatın sapması və qırılma zamanı daha çox enerji tələb edən yolun yaranması ilə əlaqələndirmişdir.

%1,0 LCMNF-də qonşu qırıq sahələr arasında çoxsaylı körpüyəbənzər fibrilyar quruluşlar və güclü şəkildə dolanbac çat yolları görülmüşdür. Bu, ölçülən 0,331 MJ·m⁻³ qırılmaya qədər enerji ilə uyğun ən mürəkkəb qırılma morfologiyasıdır.

%1,5 LCMNF-də fibrilyar möhkəmləndirmə hələ görünən olsa da fibril paylanması daha heterogen olmuşdur. %2,0 LCMNF-də isə fibrillə zəngin lokal sahələr və daha hamar fibrili az sahələr yanaşı mövcud olmuş; mənbə bu heterogenliyi potensial lokal gərginlik konsentrasiyası ilə əlaqələndirmişdir.

Statistik analiz

Herschel–Bulkley reqressiyası RheoPlus 3.21 ilə aparılmışdır. RMSE və R² dəyərləri model uyğunluğunun qiymətləndirilməsində istifadə edilmişdir.

Mexaniki nəticələrin statistik analizində R 4.4.0 və RStudio 2024.04 istifadə edilmiş; biryönlü ANOVA-dan sonra Tukey post hoc testi tətbiq olunmuşdur. Statistik əhəmiyyətlilik həddi p < 0,05-dir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

LCMNF əlavəsi natrium silikat yapışdırıcının özlülüyünü, axma gərginliyini və elastik struktur töhfəsini artırır.

Bütün LCMNF formulasiyaları shear-thinning davranışını qoruyur; buna görə artan aşağı-kəsilmə struktur müqaviməti axının tamamilə aradan qalxması demək deyil.

%0,5 və %1,0 LCMNF saf SS ilə müqayisədə qırılmaya qədər enerji udulmasını əhəmiyyətli dərəcədə artırarkən kəsilmə möhkəmliyini qoruyur.

%1,5 və %2,0 LCMNF-də artan aqreqasiya və mikrostruktur heterogenlik daha aşağı kəsilmə möhkəmliyi ilə birlikdə müşahidə edilmişdir.

Tədqiq edilən laboratoriya şəraitində %1,0 LCMNF ən balanslı ümumi performansı vermişdir.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi nəticələr

Tədqiqat %1,0 LCMNF-nin bütün natrium silikat yapışdırıcılarda universal optimal konsentrasiya olduğunu göstərmir.

Tədqiqat son kağız boru kompozitinin istehsal xəttində performansının yaxşılaşdığını birbaşa sübut etmir; mexaniki birləşmə sınaqlarında Pinus sp. istifadə edilmişdir.

Laboratoriya reologiyasındakı shear-thinning davranışı real sənaye nasoslama, örtükləmə və ya qarışdırma sistemlərinin enerji istehlakının birbaşa ölçümü deyil.

FTIR dəyişiklikləri yeni və spesifik kimyəvi reaksiya mexanizminin birbaşa sübutu kimi şərh edilməməlidir.

Optik mikroskopiyada görünən aqreqasiya meyli mənbə nəticələri ilə uyğundur; lakin hər formulasiya üçün yalnız bir təmsilçi sahə istifadə edildiyindən geniş miqyaslı kəmiyyət aqreqasiya statistikası deyil.

Gələcək tədqiqatlar

Mənbənin nəticələr bölməsində prioritet gələcək iş SS/%1,0 LCMNF formulasiyasının birbaşa kağız boru kompozitlərində qiymətləndirilməsidir. Belə sınaq yapışdırıcı birləşmə səviyyəsində ölçülmüş reoloji və mexaniki üstünlüklərin real son məhsulda da performans artımına çevrilib-çevrilmədiyini göstərə bilər.

Bu təsdiqləmə həmçinin kağız boru istehsalı tullantılarından əldə edilən LCMNF-nin yenidən eyni istehsal zəncirinə daxil edilməsinə əsaslanan dairəvi material yanaşmasının praktik tətbiq imkanını qiymətləndirmək üçün tələb olunur.

Mənbə və Metod Qeydi

Özgün başlıq: Lignin-Containing Cellulose Micro/Nanofibril Reinforcement of Sodium Silicate Adhesive: Rheological Structuring and Performance Optimization.

Müəlliflər: Thiago Silva Ramos; Julian Christ; Raphael Palucci Rosa; Rafael Carvalho do Lago; Antonio Francisco Guerrero Conejo; Letícia Catta Preta; Giuseppe Rosace; Anand Ramesh Sanadi; Gustavo Henrique Denzin Tonoli.

Corresponding author: Thiago Silva Ramos.

Qurumlar: Federal University of Lavras, Braziliya; University of Copenhagen, Danimarka; University of Bergamo, İtaliya; University of Seville, İspaniya; Tubominas Packaging Industry, Braziliya.

Jurnal: Forests.

Nəşriyyat: MDPI, Basel, Switzerland.

Nəşr məlumatı: Forests 2026, 17(9), 1045.

DOI: 10.3390/f17091045.

Məqalə tarixçəsi: Alındı 19 iyul 2026; yenidən işlənib 19 avqust 2026; qəbul edilib 29 avqust 2026; dərc edilib 1 sentyabr 2026.

Mənbə növü: Resenziyalı, açıq girişli orijinal eksperimental materialşünaslıq / yapışdırıcı tədqiqatı.

Lisenziya: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0); müəllif hüquqları müəlliflərə məxsusdur.

Əsas material: Ağardılmamış kağız boru istehsalı tullantılarından əldə edilən liqnin tərkibli sellüloza mikro/nanofibrilləri (LCMNF).

Matris: Kommersiya formaldehidsiz natrium silikat yapışdırıcı.

LCMNF konsentrasiyaları: %0,5; %1,0; %1,5; %2,0, SS yapışdırıcının quru çəkisinə görə.

Dispersiya əlavəsi: PEG 400; LCMNF quru çəkisinə görə %6,0.

Əsas xarakterizasiya üsulları: FE-SEM, SEM-EDS, ATR-FTIR, optik mikroskopiya, rotasion reologiya, ossillyasion reologiya, tək-bindirməli kəsilmə sınağı və qırılma səthi analizi.

Reometr: Anton Paar MCR 301; 25 mm paralel lövhə; 1 mm gap.

Sabit kəsilmə: 0,01–1000 s⁻¹; 20 °C.

Temperatur sınağı: 20–80 °C; 2 °C·min⁻¹; 100 s⁻¹.

Amplituda skanı: 0,1 Hz; %0,01–100 strain.

Tezlik skanı: %0,1 strain; 0,1–100 rad·s⁻¹; 20 °C.

Mexaniki substrat: Pinus sp. tək-bindirməli nümunələr.

Yapışdırıcının tətbiq miqdarı: 150 g·m⁻².

İsti pres: 1 MPa; 120 °C; 8 dəqiqə.

Kondisiyalaşdırma: 20 ± 2 °C; %65 ± 3 nisbi rütubət; sabit çəkiyə qədər.

Mexaniki təkrar: Hər formulasiya üçün 10 yapışdırılmış birləşmə.

Statistika: ANOVA + Tukey post hoc testi; p < 0,05; R 4.4.0 / RStudio 2024.04.

Maliyyələşdirmə: Minas Gerais State Agency for Research and Development (FAPEMIG), APQ-04368-22.

Məlumatların əlçatanlığı: Məlumatlar corresponding author-dan əsaslandırılmış sorğu əsasında əldə edilə bilər.

Xammal dəstəyi: Tubominas Packaging Industry LCMNF və modifikasiya edilmiş yapışdırıcının istehsalında istifadə olunan xammalları təmin etmişdir.

Maraqların toqquşması: Müəlliflər maraqların toqquşması olmadığını bildirmişlər.

Müəllif töhfələri: Konseptuallaşdırma T.S.R., A.R.S. və G.H.D.T.; metodologiya T.S.R., J.C., R.C.d.L., A.R.S. və G.H.D.T.; doğrulama T.S.R., R.P.R. və R.C.d.L.; formal analiz T.S.R., J.C., R.P.R., R.C.d.L. və L.C.P.; tədqiqat T.S.R., J.C., R.P.R. və R.C.d.L.; resurslar L.C.P., A.R.S. və G.H.D.T.; ilkin layihə T.S.R., J.C., R.P.R., R.C.d.L., G.R., A.R.S. və G.H.D.T.; nəzərdən keçirmə/redaktə T.S.R., R.P.R., A.F.G.C., G.R., A.R.S. və G.H.D.T.; vizuallaşdırma T.S.R., A.R.S. və G.H.D.T.; nəzarət və layihə idarəetməsi A.R.S. və G.H.D.T.; maliyyələşdirmənin əldə edilməsi G.H.D.T. olaraq bildirilmişdir.

Əsas metodoloji məhdudiyyət: Tədqiqat yapışdırıcı formulasiyasının laboratoriya miqyasında reoloji və yapışdırılmış-birləşmə performansını qiymətləndirmişdir. Mexaniki sınaqlarda son kağız boru əvəzinə Pinus sp. substratı istifadə edilmiş və birbaşa sənaye kağız boru kompozit performansı ölçülməmişdir.

Vizual istifadə qeydi: Mənbə CC BY 4.0 lisenziyalıdır. Bununla belə, Verianla üçün mənbə SEM/optik mikroskopiya rasterlərinin süni şəkildə yenidən yaradılması əvəzinə hazırlama prosesinin və mənbə kəmiyyət nəticələrinin orijinal texniki sxem və cədvəllərlə təqdim edilməsi üstün tutulmalıdır.