| Περίληψη: | Στη παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η ανάπτυξη νανοσύνθετων υλικών εποξειδικής μήτρας βιολογικής βάσης με ενίσχυση νανοκρυστάλλων κυτταρίνης (Cellulose Nanocrystals, CNCs).
Η ρητίνη που χρησιμοποιήθηκε είναι η EnviPOXY 530 (Spolchemie) και προέρχεται από επιχλωριδρίνη. Η επιχλωριδρίνη παράγεται από την φυτικής προέλευσης γλυκερίνη. Ο σκληρυντής της ρητίνης είναι αλειφατική αμίνη και επομένως η παραγόμενη κόλλα δεν είναι πλήρως βιολογικής βάσης. Τέλος ως μέσο ενίσχυσης χρησιμοποιήθηκαν οι νανοκρύσταλλοι κυτταρίνης, οι οποίοι μπορούν να απομονωθούν από τα ινίδια κυτταρίνης ή από τη κυτταρίνη που προέρχεται από βακτήρια. Στη παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν οι νανοκρύσταλλοι κυτταρίνης από την εταιρεία «Nanografi Nano Technology».
Έτσι το πρώτο στάδιο αφορά το κατασκευαστικό κομμάτι. Πιο συγκεκριμένα έγινε εργαστηριακή σύνθεση της κόλλας και κατασκευή των απαραίτητων δοκιμίων για τις μετέπειτα πειραματικές δοκιμές. Η διαδικασία αυτή περιλάμβανε τη διεξαγωγή παραμετρικής μελέτης της θερμοκρασίας σκλήρυνσης αλλά και των χρόνων παραμονής του υλικού στα διάφορα στάδια εξαέρωσης, ανάμιξης, διασποράς των νανοκρυστάλλων και σκλήρυνσης.
Το δεύτερο στάδιο αφορούσε τον πειραματικό χαρακτηρισμό της κόλλας. Για το σκοπό αυτό διεξήχθησαν πειράματα εφελκυσμού και δυσθραυστότητας σε δοκίμια κόλλας. Μάλιστα η κόλλα ενισχύθηκε με νανοκρυστάλλους κυτταρίνης σε τρείς διαφορετικές περιεκτικότητες : 0.5% , 1% και 2% κατά βάρος προκειμένου να χαρακτηρισθεί και η ενισχυμένη κόλλα ως προς τις αντίστοιχες μηχανικές ιδιότητες και έτσι να εξετασθεί η επίδραση της ενίσχυσης που χαρακτηρίζεται από βιολογική προέλευση.
Από τη διεξαγωγή των παραπάνω πειραμάτων , προέκυψε πως η αμιγής κόλλα που συνθέσαμε έχει υψηλό μέτρο ελαστικότητας και συγκεκριμένα 3,29 GPa ενώ η αντοχή της σε εφελκυσμό κυμαίνεται στα 45.15 MPa. Όσον αναφορά τις θραυστομηχανικές ιδιότητες η κόλλα βρέθηκε να έχει συντελεστή έντασης τάσης (KIc) στα 0,61 MPa *m1/2 και συντελεστή εκλυόμενης ενέργειας κατά τη θραύση ( GIc) στα 0,091 KJ/m2 .
Η προσθήκη νανοκρυστάλλων κυτταρίνης δεν βελτίωσε τις ιδιότητες της αμιγούς κόλλας. Πιο συγκεκριμένα για το μέτρο ελαστικότητας εντοπίστηκε μέγιστη μείωση κατά 33,5% στην περιεκτικότητα 0.5%κ.β. ενώ για την αντοχή σε εφελκυσμό η μέγιστη μείωση ήταν στα 5,8% για τη περιεκτικότητα 2%κ.β. Οι συντελεστές KIc & GIc βρήκαν μέγιστη μείωση στη περιεκτικότητα του 0.5%κ.β. σε ποσοστά 5% και 9,6% αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα αυτά οφείλονται στην ύπαρξη έντονης συσσωμάτωσης των νανοκρυστάλλων κυτταρίνης στο αρχικό υλικό εξαιτίας της πολικής φύσης τους.
Επομένως ύστερα από τα πειραματικά αποτελέσματα και τη σύγκριση αυτών με τη μέση τιμή των αντίστοιχων ιδιοτήτων των εμπορικών κολλών , μπορεί να διαπιστωθεί πως η αμιγής κόλλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κόλλα διακοσμητικών εφαρμογών και σε ορισμένες περιπτώσεις ως κόλλα δομικών εφαρμογών. Όσον αφορά την ενισχυμένη κόλλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και αυτή σε διακοσμητικές εφαρμογές αλλά όχι σε δομικές εφαρμογές με εξαίρεση τις περιπτώσεις όπου οι απαιτήσεις του υλικού ως προς τη δυσκαμψία και τη διάδοση ρωγμών να είναι πολύ μικρές.
Τέλος εξαιτίας της επιτακτικής ανάγκης ελέγχου των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των νέων υλικών διεξήχθη ανάλυση κύκλου ζωής (Life Cycle Assessment-LCA) σύμφωνα με το ISO 14040 όπου και υπολογίστηκαν έξι κατηγορίες επιπτώσεων. Αναλυτικότερα υπολογίσθηκαν : το δυναμικό εξάντλησης αβιοτικών πόρων, το δυναμικό οξίνισης, το δυναμικό ευτροφισμού γλυκών υδάτων, το δυναμικό καταστροφής του όζοντος, το δυναμικό φωτοχημικής δημιουργίας όζοντος, και το δυναμικό θέρμανσης του πλανήτη. Τα παραπάνω συγκρίθηκαν με αντίστοιχα αποτελέσματα για μια εποξειδική ρητίνη από τη βιβλιογραφία. Έτσι προέκυψε πως τόσο αμιγής κόλλα βιολογικής βάσης αλλά και η ενισχυμένη κόλλα με νανοκρυστάλλους παρουσίασε στο μεγαλύτερο ποσοστό σημαντικά βελτιωμένες τιμές των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Επομένως η νέα κόλλα μπορεί να χαρακτηρισθεί ως κόλλα μειωμένου περιβαλλοντικού αποτυπώματος.
|
|---|
