Микро/нанофибрилҳои селлюлозаи дорои лигнин (lignin-containing cellulose micro/nanofibrils, LCMNF) дар ин таҳқиқот маводи тақвиятдиҳандаи фибриллярии лигноселлюлозӣ мебошанд, ки аз партовҳои истеҳсоли қубурҳои коғазии сафеднашуда ба даст оварда шуда, барои тақвият додани ширеши силикати натрийи бе формальдегид истифода мешаванд. Муҳаққиқон партовҳои қубури коғазиро тавассути коркарди пешакии ишқорӣ ва фибрилятсияи механикӣ ба LCMNF табдил дода, бо PEG 400 дисперсияро дастгирӣ намуда, фибрилҳоро ба ширеши тиҷоратии силикати натрий бо миқдорҳои %0,5, %1,0, %1,5 ва %2,0 илова кардаанд. Формулятсияҳо бо FTIR, микроскопияи оптикӣ, реологияи ротатсионӣ ва осиллятсионӣ, озмоиши буриши пайванди якқабата ва таҳлили сатҳи шикаст арзёбӣ шудаанд.

Бо зиёд шудани миқдори LCMNF, часпакии ширеш, таниши ҷорӣшавӣ, модули нигоҳдорӣ ва муқовимати сохторӣ ба деформатсия афзудааст. Бо вуҷуди ин, ҳамаи формулятсияҳо рафтори shear-thinning-ро нигоҳ доштаанд, ки бо коҳиши часпакӣ ҳангоми афзоиши суръати буриш тавсиф мешавад. Ин хусусият тавозуни реологиро ифода мекунад, ки метавонад ба ширеш имкон диҳад дар таниши механикии паст аз ҷиҳати сохторӣ устувор монад ва дар равандҳои буриши баланд, ба мисли насоскашӣ, омехтакунӣ ё паҳнкунӣ, ҷорӣ шавад.

Натиҷаҳои механикӣ ба консентратсия сахт вобастаанд. %0,5 LCMNF дарозшавӣ ҳангоми шикастро тақрибан %40 зиёд кардааст, дар ҳоле ки %1,0 LCMNF модули буришро тақрибан %41 баланд кардааст. Ҳар ду консентратсия нисбат ба ширеши холиси силикати натрий энергияи то шикаст ҷаббшударо зиёд карда, ҳамзамон устувории буришро нигоҳ доштаанд. Баръакс, дар %1,5 ва %2,0 LCMNF агрегацияи фибрилҳо ва гетерогении микросохторӣ зиёд шуда, устувории буриш коҳиш ёфтааст.

Дар шароити таҳқиқшуда %1,0 LCMNF ҳангоми арзёбии якҷояи сохтори реологӣ, сахтӣ, устувории буриш, қобилияти деформатсия, ҷабби энергия ва морфологияи шикаст ҳамчун формулятсияи аз ҳама мутавозин муайян шудааст. Аммо озмоишҳои механикӣ на дар маҳсулоти ниҳоии қубури коғазӣ, балки дар пайвандҳои якқабатаи чӯби Pinus sp. гузаронида шудаанд. Аз ин рӯ, таҳқиқот нишон медиҳад, ки формулятсияи %1,0 LCMNF барои истеҳсоли қубури коғазӣ умедбахш аст; аммо ҳанӯз самаранокии маҳсулоти ниҳоиро тасдиқ намекунад.

LCMNF чист ва чаро дар ширеши силикати натрий истифода мешавад?

LCMNF системаи фибриллии лигноселлюлозӣ аст, ки дар он нахҳои селлюлоза ба фибрилҳои микро- ва наноандоза ҷудо мешаванд, аммо қисми лигнини ашёи хом нигоҳ дошта мешавад; дар ин таҳқиқот LCMNF-и аз партовҳои истеҳсоли қубури коғазӣ гирифташуда ҳамчун тақвиятдиҳанда истифода шудааст, ки метавонад дар матритсаи мӯртии силикати натрий шабакаи физикии фибрилҳо, интиқоли таниш, каҷшавии тарқиш ва пулсозии фибрилҳоро таъмин кунад.

Бартарӣ ва маҳдудияти ширеши силикати натрий

Ширешҳои силикати натрий аз нигоҳи саноатӣ бо сабаби арзиши паст, таърихи тӯлонии истифода дар маҳсулоти коғазӣ, устувории кимиёвӣ ва набудани формальдегид муҳиманд. Аммо сахтии шабакаи ғайриорганикии силикат метавонад дар ширеши сахтшуда мӯртӣ, қобилияти маҳдуди деформатсия ва ҷабби ками энергия пеш аз шикастро ба вуҷуд оварад.

Аз ин рӯ, ҳадафи таҳқиқот танҳо “қавитар” кардани ширеш нест. Сохтори дилхоҳ бояд композит-шилеше бошад, ки ҳангоми истифода ҷоришавии кофиро нигоҳ дорад, пас аз истифода ҷоришавии аз ҳад зиёди қабатро маҳдуд кунад ва ҳангоми шикаст энергияи бештар сарф намояд.

Пайванди иқтисоди даврӣ

Ашёи хоми LCMNF селлюлозаи нави тоза истеҳсолшуда нест. Таҳқиқот коркарди дубораи партовҳои сафеднашудаи боқимонда аз истеҳсоли қубури коғазиро меомӯзад. Табдил додани ин партовҳо пас аз давраҳои классикии коркарди дубора ба тақвиятдиҳандаи функсионалии микро/нанофибрилӣ метавонад роҳи истифодаи арзиши иловагии бештареро фароҳам кунад, ки онҳоро ба ҳамон занҷири истеҳсолот бармегардонад.

Пурра дур накардани лигнин низ муҳим аст. Манбаъ баррасӣ мекунад, ки нигоҳ доштани лигнин нисбат ба равандҳои васеи сафедкунӣ метавонад мураккабии раванд, истеъмоли маводи кимиёвӣ, талаботи энергия ва пайдоиши партовҳоро коҳиш диҳад.

LCMNF чӣ гуна омода шуд?

Таркиби ширеши тиҷоратии силикати натрий

Миқдори моддаи сахти ширеши тиҷоратии SS, ки дар манбаъ истифода шудааст, %55 гузориш шудааст. Маҳсулот %8,0–8,5 Na₂O ва %25,4–26,7 SiO₂ дорад ва зичии хоси он дар ҳудуди 1,36–1,38 g·cm⁻³ мебошад.

SEM ва EDS чиро нишон доданд?

Тасвирҳои FE-SEM-и LCMNF-и бо PEG 400 коркардшуда шабакаи гетерогенӣ, вале асосан фибрилшудаеро нишон доданд, ки ҳам фибрилҳои микро ва ҳам наноандоза дошт. Диаметри миёнаи нанофибрил аз ченкунии сад фибрили алоҳида 59,53 ± 14,53 nm буд.

Харитасозии EDS нишон дод, ки дар саросари сохтори фибрилӣ минтақаҳои хурди бой аз кремний мавҷуданд. Кремний ба боқимондаи ширеши силикати натрий, ки дар истеҳсоли аслии қубури коғазӣ истифода шудааст, нисбат дода шуд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки коркарди NaOH на ҳамаи, балки қисми ширеши боқимондаро дур кардааст.

Тибқи тафсири манбаъ, PEG 400 тавассути таъсирҳои мутақобила дар сатҳи фибрил ва монеаи стерикӣ ба кам кардани агрегацияи дубора мусоидат кардааст. Аммо дар консентратсияи баланди LCMNF ин дастгирии дисперсия натавонист таъсирҳои мутақобилаи фибрил–фибрилро пурра пешгирӣ кунад.

Спектрҳои FTIR чиро нишон доданд?

Таҳлили FTIR дар ҳудуди 4000–500 cm⁻¹, бо ҳалнокии спектрии 4 cm⁻¹ ва 64 скан гузаронида шуд. Тасмаи васеъ дар тақрибан 3260 cm⁻¹ ба ларзишҳои кашиши O–H-и силанол ва дигар гурӯҳҳои гидроксил нисбат дода шуд. Дар системаҳои дорои LCMNF, гурӯҳҳои гидроксили селлюлоза, лигнин ва PEG низ ба ин минтақа саҳм мегузоранд.

Тасмаҳои 2925 ва 2855 cm⁻¹ ба кашишҳои алифатии C–H; тасмаи 1744 cm⁻¹ ба гурӯҳҳои карбонилии конъюгатсиянашуда дар сохторҳои боқимондаи гемиселлюлоза; минтақаи 1645 cm⁻¹ ба ларзишҳои деформатсионии O–H нисбат дода шуд.

Дар минтақаҳои тақрибан 1100 ва 955 cm⁻¹ ларзишҳои Si–O–Si, Si–O ва Si–OH аз шабакаи силикатӣ бартарӣ доранд. Пас аз иловаи LCMNF тағйироти профил дар ин минтақаҳо ба тағйир ёфтани муҳити маҳаллии ларзиш дар матритсаи силикатӣ аз ҳисоби компонентҳои органикии LCMNF/PEG нисбат дода шуд. Манбаъ ин тағйироти спектриро ҳамчун далели мустақими реаксияи нави ковалентӣ пешниҳод намекунад.

Чаро микроскопияи оптикӣ муҳим аст?

Ширеши холиси SS дар сохтори нимшаффоф минтақаҳои торик ва номунтазам нишон дод. Иловаи LCMNF ранги ширешро мувофиқи хромофорҳои аз лигнин пайдошуда тадриҷан ба қаҳваранг табдил дод.

Муҳимтар аз ин, шумора ва андозаи агрегатҳои LCMNF бо афзоиши консентратсия зиёд шуд. Хусусан дар формулятсияҳои %1,5 ва %2,0 ҷамъшавии маҳаллии фибрилҳо равшан гардид. Ин тағйироти морфологӣ бо коҳиши устувории буриш, ки баъдтар дар озмоишҳои механикӣ мушоҳида шуд, мувофиқ аст.

Бо зиёд шудани ҳиссаи LCMNF реологияи ширеш чӣ гуна тағйир меёбад?

Бо зиёд шудани миқдори LCMNF часпакии ширеши силикати натрий дар шароити буриши паст, таниши ҷорӣшавӣ ва муқовимати сохтории эластикӣ ба таври назаррас афзуд; дар баробари ин ҳамаи формулятсияҳо рафтори shear-thinning-ро нигоҳ доштанд, ки бо паст шудани часпакӣ ҳангоми афзоиши суръати буриш тавсиф мешавад.

Модели Herschel–Bulkley

Дар озмоишҳои ротатсионӣ рафтори ҷараён бо муодилаи Herschel–Bulkley моделсозӣ шуд:

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

Дар ин ҷо \(\tau\) таниши буришро (Pa), \(\tau_0\) таниши ҷорӣшавиро (Pa), \(\gamma\) суръати буришро (s⁻¹), \(\kappa\) индекси консистенсияро (Pa·sⁿ) ва \(\eta\) индекси беандозаи рафтори ҷараёнро ифода мекунад. Дар манбаъ аломати \(\eta\) дар ин ҷо часпакӣ не, балки индекси рафтори ҷараён аст.

\(\eta<1\) будан рафтори псевдопластикӣ/shear-thinning-ро ифода мекунад, ки дар он бо зиёд шудани суръати буриш часпакии намоён кам мешавад.

Аз 0,03 Pa то 15,95 Pa баланд шудани таниши ҷорӣшавӣ нишон медиҳад, ки бо зиёд шудани LCMNF барои оғоз кардани ҷараён таниши бештар лозим аст. Ҳамзамон аз 0,85 то 0,44 паст шудани индекси ҷараён нишон медиҳад, ки ширешҳои бойтар аз фибрил рафтори қавитари shear-thinning пайдо мекунанд.

Чаро шабакаи фибрилҳо зери буриш суст мешавад?

Дар суръатҳои пасти буриш тамосҳои физикӣ ва печидагиҳои байни фибрилҳо дар дохили ширеш сохтори сеандозаро ташкил дода, муқовимати ҷараёнро зиёд мекунанд. Ҳангоми афзоиши суръати буриш фибрилҳо метавонанд дар самти ҷараён ҳамоҳанг шаванд ва қисми тамосҳои фибрил–фибрил вайрон шавад. Дар натиҷа, ширеш дар буриши баланд осонтар ҷорӣ мешавад.

Дар манбаъ SS/%0,5 LCMNF дар тақрибан 29,77 s⁻¹ ба часпакии 0,24 Pa·s расидааст, дар ҳоле ки SS/%1,0 LCMNF ба сатҳи наздики 0,23 Pa·s танҳо дар тақрибан 168,79 s⁻¹ расидааст. Формулятсияҳои %1,5 ва %2,0 дар ҳудуди суръати буриши омӯхташуда бо каҷи SS-и холис ба ин шакл буриш накардаанд.

Энергияи механикӣ барои таъмин кардани ҷараён

Суръати кунҷӣ дар геометрияи лавҳаи параллелӣ дар манбаъ:

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

бо ин муносибат ҳисоб шудааст. Қувваи гардиш:

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

ва энергия дар фосилаи кӯтоҳи ченкунӣ:

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

муайян карда шудааст. Ҳамин тариқ, энергияи механикӣ дар нуқтаи i-уми ченкунӣ:

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

ҳисоб шудааст. \(M_i\) моменти гардиш, \(h\) фосилаи лавҳаҳо, \(R\) радиуси лавҳа ва \(\Delta t\) фосилаи вақти ченкунӣ мебошад.

SS/%0,5 LCMNF ба часпакии 0,24 Pa·s бо воридоти энергияи 8,53 mJ расид, дар ҳоле ки SS/%1,0 LCMNF барои тақрибан ҳамон часпакии 0,23 Pa·s 308,13 mJ талаб кард. Манбаъ ин фарқро тақрибан 36,12 маротиба медиҳад. Натиҷа нишон медиҳад, ки часпакии намоёни монанд дар ду формулятсия ҳатман муқовимати дохилии сохтории яксонро ифода намекунад.

Рафтори ҳароратӣ

Озмоиши ҳарорат дар 20–80 °C, бо суръати гармкунии 2 °C·min⁻¹ ва суръати доимии буриши 100 s⁻¹ гузаронида шуд. Часпакии ширеши холиси SS аввал кам шуда, дар 30 °C ба ҳадди ақали 0,154 Pa·s расид. Дар ҳароратҳои баландтар бошад, мутобиқ ба талафи об ва азнавташкилёбӣ/зичшавии гармии шабакаи силикатӣ, дубора афзуд.

Формулятсияҳои дорои LCMNF дар тамоми давраи гармкунӣ нисбат ба SS-и холис часпакии баландтар нишон доданд. SS/%2,0 LCMNF, ки консентратсияи баландтарин дошт, дар тақрибан аз 64 °C боло ба 10,581 Pa·s расид ва дар 80 °C аз 50 Pa·s гузашт.

Реологияи осиллятсионӣ: ташаккули шабакаи эластикӣ

Дар скани амплитуда, дар деформатсияҳои паст дар ҳамаи формулятсияҳо модули нигоҳдорӣ \(G'\) аз модули талаф \(G''\) калонтар буд. Бо зиёд шудани LCMNF, \(G'\) афзуда, қобилияти сохтор барои нигоҳ доштани энергияи эластикӣ зиёд шуд.

Ҳадди минтақаи хаттии вискоэластикӣ (LVER) ҳамчун деформатсияе муайян шуд, ки дар он \(G'\) аз қимати ибтидоии худ %5 кам мешавад. Бо зиёд шудани консентратсияи LCMNF ин ҳадд коҳиш ёфт: шабакаи фибрилҳо сахттар шуд, аммо пас аз гузаштан аз ҳадди эластикӣ ба вайроншавии сохторӣ ҳассостар гардид.

Дар формулятсияҳои то %1,5 дар ҳудуди деформатсияи омӯхташуда \(G'\) аз \(G''\) калонтар монд ва нуқтаи ҷараён ба вуҷуд наомад. Аммо дар SS/%2,0 LCMNF буриши \(G'=G''\) дар таниши буриши **34,44 Pa** ба амал омад.

Омили талаф ва часпакии комплексӣ

Омили талаф:

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

ҳисоб мешавад. \(\tan\delta>1\) бартарии рафтори часпак ва \(\tan\delta<1\) бартарии рафтори эластикиро нишон медиҳад.

Ширеши холиси SS дар басомади паст қиматҳои баланди \(\tan\delta\)-ро аз 10³ зиёд нишон дод, аммо ҳатто бо иловаи танҳо %0,5 LCMNF \(\tan\delta\) дар тамоми ҳудуди басомади ченшуда аз 1 паст монд. Дар формулятсияҳои LCMNF-и баланд, қиматҳо умуман дар ҳудуди 0,03–0,3 устувор шуданд.

Часпакии комплексӣ:

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

ҳисоб шуд. Формулятсияҳои дорои LCMNF махсусан дар басомади паст нисбат ба SS-и холис часпакии комплексии чанд тартиб баландтар нишон доданд. Ин бозёфт бо он мувофиқ аст, ки фибрилҳо шабакаи пайвастаро ташкил медиҳанд, ки релаксатсияи сохториро дар миқёси вақти дароз маҳдуд мекунад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Тарҳи озмоиши реологӣ

Ченкуниҳои реологӣ дар реометри Anton Paar MCR 301, бо геометрияи лавҳаи параллелии диаметраш 25 mm ва фосилаи доимии лавҳаҳо 1 mm гузаронида шуданд.

Ченкуниҳои буриши устувор дар 20 °C ва дар ҳудуди суръати буриши 0,01–1000 s⁻¹ анҷом дода шуданд. Озмоиши ҳарорат дар 20–80 °C ва суръати доимии буриши 100 s⁻¹ гузаронида шуд.

Скани амплитуда дар 0,1 Hz ва ҳудуди деформатсияи %0,01–100; скани басомад бошад дар дохили LVER, бо деформатсияи доимии %0,1 ва ҳудуди басомади кунҷии 0,1–100 rad·s⁻¹ гузаронида шуд.

Озмоиши буриши пайванди якқабата

Озмоишҳои механикӣ дар намунаҳои чӯби Pinus sp. бо геометрияи пайванди якқабата ва тартиби мутобиқшуда аз ASTM D906-20 гузаронида шуданд. Миқдори паҳнкунии ширеш 150 g·m⁻² буд.

Намунаҳои пайвастшуда таҳти фишори 1 MPa дар 120 °C барои 8 дақиқа гармпресс карда шуда, баъд дар 20 ± 2 °C ва намии нисбии %65 ± 3 то расидан ба массаи доимӣ кондиция карда шуданд.

Барои ҳар формулятсия 10 пайванд омода шуд. Озмоиши механикӣ дар дастгоҳи универсалии озмоишӣ бо 20 kN load cell ва суръати траверсаи 5 mm·min⁻¹ анҷом дода шуд.

Устувории буриш

Устувории буриш:

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

ҳисоб шуд. \(F_{\max}\) бори максималиро (N), \(A\) масоҳати часпонидашударо (mm²) ифода мекунад. Натиҷа бо воҳиди N·mm⁻² аст.

Модули буриш

Аз қисми хаттии каҷи таниши буриш–деформатсияи нисбӣ:

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

ҳисоб шуд. Манбаъ деформатсияи нисбиро бо тақсим кардани ҷойивазкунии мошини озмоишӣ ба фосилаи озоди 45 mm муайян кардааст.

Деформатсияи нисбӣ ҳангоми шикаст

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

дар ин ифода \(\Delta L_b\) ҷойивазкунӣ дар лаҳзаи шикаст, \(L_0=45\) mm бошад, дарозии озоди намуна мебошад.

Энергия то шикаст

Энергия то шикаст ҳамчун масоҳати зери каҷи таниши буриш–деформатсияи нисбӣ то нуқтаи шикаст ҳисоб карда шуд:

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

Манбаъ барои интегратсияи ададӣ усули трапетсияро истифода кардааст. Ин бузургӣ на танҳо устувории максималӣ, балки то чӣ андоза пайванд пеш аз шикаст метавонад энергияи механикиро ҷабб кунад, нишон медиҳад.

Чаро %1,0 LCMNF ҳамчун формулятсияи умумии мувофиқтарин интихоб шуд?

%1,0 LCMNF дар байни формулятсияҳои омӯхташуда модули буриш ва энергияи то шикастро ба таври назаррас зиёд карда, ҳамзамон устувории буриш ва қобилияти деформатсияро нигоҳ дошт; инчунин дар реология сохтори фибриллии қавӣ, вале ҳанӯз дар буриши баланд коркардшаванда ва дар сатҳҳои шикаст пулсозии равшани фибрилҳоро нишон дод; дар миқдорҳои баландтари LCMNF бошад, агрегация ва гетерогенӣ зиёд шуда, устувории буриш коҳиш ёфт.

Бартарии хоси %0,5 LCMNF

%0,5 LCMNF деформатсияи нисбиро ҳангоми шикаст аз 0,286 то 0,401 mm·mm⁻¹ баланд кардааст. Ин афзоиши тақрибан %40 нишон медиҳад, ки пайванди часпонидашуда пеш аз шикаст деформатсияи бештарро иҷозат медиҳад.

Дар ҳамон формулятсия устувории буриш 2,49 N·mm⁻² буд ва аз қимати 2,44 N·mm⁻²-и SS-и холис аз ҷиҳати оморӣ фарқ надошт. Энергия то шикаст бошад аз 0,168 то 0,303 MJ·m⁻³ афзуд.

Бартарии хоси %1,0 LCMNF

%1,0 LCMNF модули буришро аз 5,53 то 7,81 N·mm⁻² баланд карда, тақрибан %41 зиёд намуд. Устувории буриш дар сатҳи SS-и холис бо 2,40 N·mm⁻² нигоҳ дошта шуд, дар ҳоле ки энергия то шикаст ба 0,331 MJ·m⁻³ — баландтарин миёна дар байни ҳамаи формулятсияҳо — расид.

Қиматҳои энергияи то шикасти формулятсияҳои %0,5 ва %1,0 аз ҳамдигар аз ҷиҳати оморӣ фарқ намекунанд. Бартарии ду консентратсия дар сохтани профилҳои механикии гуногун аст: %0,5 қобилияти баландтари деформатсияро, %1,0 бошад тавозуни баландтари сахтӣ ва ҷабби энергияро таъкид мекунад.

Чаро %1,5 ва %2,0 LCMNF самаранокиро коҳиш дод?

Дар консентратсияи баланди фибрил зиёд шудани тамосҳои фибрил–фибрил шабакаи реологии қавитарро ташкил дод; аммо ҳамзамон агрегация ва гетерогении микросохторӣ зиёд шуд. Ҷамъшавиҳои маҳаллии фибрилҳо ҳамчун сохторҳое тафсир шуданд, ки метавонанд бозтақсимшавии якхелаи танишро дар қабати ширеш душвор карда, минтақаҳои консентратсияи танишро ба вуҷуд оранд.

Ин ҳолат бо коҳиши устувории буриш то 1,66 дар %1,5 LCMNF ва то 1,52 N·mm⁻² дар %2,0 LCMNF мувофиқ аст. Аз ин рӯ, қавитар шудани сохтори реологӣ маънои афзоиши бемаҳдуди самаранокии механикиро надорад.

Сатҳҳои шикаст

Таҳлили макроскопии шикаст навъҳои омехтаи шикаст, аз ҷумла шикасти адгезивӣ (AF), шикасти коҳезивии ширеш (CF) ва шикасти коҳезивии субстрат (CSF)-ро нишон дод. Харитаҳои кремнийи EDS тасдиқ карданд, ки дар баъзе минтақаҳо ширеши SS дар сатҳи чӯб боқӣ мондааст ва дар баъзе ҷойҳо чӯби луч ошкор шудааст.

Сатҳи шикасти SEM-и ширеши холиси SS нисбатан ҳамвор буда, бо минтақаҳои васеи ҳамвор ва роҳҳои хаттии тарқиш тавсиф мешавад. Ин морфология ба рафтори мӯрттаре ишора мекунад, ки бо ҷабби ками энергия мувофиқ аст.

Дар %0,5 LCMNF сатҳ ноҳамвортар шуд ва роҳҳои тарқиш печидатар гардиданд. Манбаъ инро бо каҷшавии тарқиш ва пайдо шудани роҳе, ки ҳангоми шикаст энергияи бештар талаб мекунад, алоқаманд кардааст.

Дар %1,0 LCMNF байни минтақаҳои ҳамсояи шикаст сохторҳои сершумори фибриллии монанди пул ва роҳҳои хеле печидаи тарқиш мушоҳида шуданд. Ин мураккабтарин морфологияи шикаст аст, ки бо энергияи ченшудаи то шикаст 0,331 MJ·m⁻³ мувофиқ мебошад.

Дар %1,5 LCMNF, гарчанде тақвияти фибрилӣ ҳанӯз намоён буд, тақсимоти фибрилҳо гетерогенитар шуд. Дар %2,0 LCMNF минтақаҳои маҳаллии бой аз фибрил ва минтақаҳои ҳамвортари камфибрил дар паҳлуи ҳам буданд; манбаъ ин гетерогениро ба консентратсияи эҳтимолии маҳаллии таниш нисбат дод.

Таҳлили оморӣ

Регрессияи Herschel–Bulkley бо RheoPlus 3.21 иҷро шуд. Қиматҳои RMSE ва R² барои арзёбии мувофиқати модел истифода шуданд.

Дар таҳлили омории натиҷаҳои механикӣ R 4.4.0 ва RStudio 2024.04 истифода шуда, пас аз ANOVA-и яксамта санҷиши Tukey post hoc татбиқ шуд. Ҳадди аҳамияти оморӣ p < 0,05 буд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

Иловаи LCMNF часпакӣ, таниши ҷорӣшавӣ ва саҳми сохтории эластикии ширеши силикати натрийро зиёд мекунад.

Ҳамаи формулятсияҳои LCMNF рафтори shear-thinning-ро нигоҳ медоранд; аз ин рӯ, афзоиши муқовимати сохторӣ дар буриши паст маънои пурра аз байн рафтани ҷараёнро надорад.

%0,5 ва %1,0 LCMNF нисбат ба SS-и холис ҷабби энергияро то шикаст ба таври назаррас зиёд карда, устувории буришро нигоҳ медоранд.

Дар %1,5 ва %2,0 LCMNF афзоиши агрегация ва гетерогении микросохторӣ ҳамроҳ бо устувории пасттари буриш мушоҳида шуд.

Дар шароити лаборатории омӯхташуда %1,0 LCMNF самаранокии умумии аз ҳама мутавозинро нишон дод.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

Таҳқиқот нишон намедиҳад, ки %1,0 LCMNF дар ҳамаи ширешҳои силикати натрий консентратсияи оптималии универсалӣ аст.

Таҳқиқот мустақиман исбот намекунад, ки самаранокии композити ниҳоии қубури коғазӣ дар хатти истеҳсол беҳтар шудааст; дар озмоишҳои механикии пайванд Pinus sp. истифода шудааст.

Рафтори shear-thinning дар реологияи лабораторӣ ченкунии мустақими масрафи энергия дар системаҳои воқеии саноатии насоскашӣ, рӯйпӯшкунӣ ё омехтакунӣ нест.

Тағйироти FTIR набояд ҳамчун далели мустақими механизми нави мушаххаси реаксияи кимиёвӣ тафсир шаванд.

Тамоюли агрегацияи дар микроскопияи оптикӣ дидашуда бо натиҷаҳои манбаъ мувофиқ аст; аммо азбаски барои ҳар формулятсия танҳо як майдони намояндагӣ истифода шудааст, он омори васеи миқдории агрегация нест.

Таҳқиқоти оянда

Дар бахши натиҷаҳои манбаъ кори ояндаи афзалиятнок арзёбии мустақими формулятсияи SS/%1,0 LCMNF дар композитҳои қубури коғазӣ мебошад. Чунин озмоиш метавонад нишон диҳад, ки оё бартариҳои реологӣ ва механикии дар сатҳи пайванди ширеш ченшуда ба афзоиши самаранокии маҳсулоти воқеии ниҳоӣ низ табдил меёбанд.

Ин тасдиқ инчунин барои арзёбии қобили татбиқи амалии равиши маводи даврӣ, ки ба баргардонидани LCMNF-и аз партовҳои истеҳсоли қубури коғазӣ гирифташуда ба ҳамон занҷири истеҳсол асос ёфтааст, зарур аст.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

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

Муаллифон: 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.

Муассисаҳо: Federal University of Lavras, Бразилия; University of Copenhagen, Дания; University of Bergamo, Италия; University of Seville, Испания; Tubominas Packaging Industry, Бразилия.

Маҷалла: Forests.

Нашриёт: MDPI, Basel, Switzerland.

Маълумоти нашр: Forests 2026, 17(9), 1045.

DOI: 10.3390/f17091045.

Таърихи мақола: Қабул шуд 19 июл 2026; бозбинӣ шуд 19 август 2026; пазируфта шуд 29 август 2026; нашр шуд 1 сентябр 2026.

Навъи манбаъ: Таҳқиқоти аслии таҷрибавии маводшиносӣ / ширеш, аз тақриз гузашта ва дастрасии кушода.

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0); ҳуқуқи муаллиф ба муаллифон тааллуқ дорад.

Маводи асосӣ: Микро/нанофибрилҳои селлюлозаи дорои лигнин (LCMNF), ки аз партовҳои истеҳсоли қубури коғазии сафеднашуда ба даст оварда шудаанд.

Матритса: Ширеши тиҷоратии силикати натрийи бе формальдегид.

Консентратсияҳои LCMNF: %0,5; %1,0; %1,5; %2,0, нисбат ба вазни хушки ширеши SS.

Иловаи дисперсионӣ: PEG 400; %6,0 нисбат ба вазни хушки LCMNF.

Хусусиятсанҷиҳои асосӣ: FE-SEM, SEM-EDS, ATR-FTIR, микроскопияи оптикӣ, реологияи ротатсионӣ, реологияи осиллятсионӣ, озмоиши буриши пайванди якқабата ва таҳлили сатҳи шикаст.

Реометр: Anton Paar MCR 301; лавҳаи параллелии 25 mm; 1 mm gap.

Буриши устувор: 0,01–1000 s⁻¹; 20 °C.

Озмоиши ҳарорат: 20–80 °C; 2 °C·min⁻¹; 100 s⁻¹.

Скани амплитуда: 0,1 Hz; %0,01–100 strain.

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

Субстрати механикӣ: Намунаҳои якқабатаи Pinus sp.

Миқдори истифодаи ширеш: 150 g·m⁻².

Пресси гарм: 1 MPa; 120 °C; 8 дақиқа.

Кондициякунӣ: 20 ± 2 °C; %65 ± 3 намии нисбӣ; то массаи доимӣ.

Такрори механикӣ: Барои ҳар формулятсия 10 пайванди часпонидашуда.

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

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

Дастрасии маълумот: Маълумотро аз corresponding author бо дархости асоснок гирифтан мумкин аст.

Дастгирии ашёи хом: Tubominas Packaging Industry ашёи хоми дар истеҳсоли LCMNF ва ширеши тағйирдодашуда истифодашударо таъмин кардааст.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон бархӯрди манфиатҳоро гузориш надодаанд.

Саҳми муаллифон: Консептуализатсия T.S.R., A.R.S. ва G.H.D.T.; методология T.S.R., J.C., R.C.d.L., A.R.S. ва G.H.D.T.; санҷиш T.S.R., R.P.R. ва R.C.d.L.; таҳлили формалӣ T.S.R., J.C., R.P.R., R.C.d.L. ва L.C.P.; таҳқиқот T.S.R., J.C., R.P.R. ва R.C.d.L.; захираҳо L.C.P., A.R.S. ва G.H.D.T.; тарҳи аслӣ T.S.R., J.C., R.P.R., R.C.d.L., G.R., A.R.S. ва G.H.D.T.; бозбинӣ/таҳрир T.S.R., R.P.R., A.F.G.C., G.R., A.R.S. ва G.H.D.T.; визуализатсия T.S.R., A.R.S. ва G.H.D.T.; роҳбарӣ ва идоракунии лоиҳа A.R.S. ва G.H.D.T.; дарёфти маблағгузорӣ G.H.D.T. гузориш шудааст.

Маҳдудияти асосии методологӣ: Таҳқиқот самаранокии реологӣ ва пайванди часпонидашудаи формулятсияи ширешро дар миқёси лабораторӣ арзёбӣ кардааст. Дар озмоишҳои механикӣ ба ҷойи қубури коғазии ниҳоӣ субстрати Pinus sp. истифода шуда, самаранокии мустақими композити саноатии қубури коғазӣ чен карда нашудааст.

Ёддошт оид ба истифодаи визуалӣ: Манбаъ бо иҷозатномаи CC BY 4.0 нашр шудааст. Бо вуҷуди ин, барои Verianla ба ҷойи бозтавлиди сунъии растрҳои SEM/микроскопияи оптикии манбаъ пешниҳод кардани раванди омодасозӣ ва натиҷаҳои миқдории манбаъ бо схемаҳо ва ҷадвалҳои техникии аслӣ афзал дониста мешавад.