اثر نانوذرات سلولزی بر رفتار تخریب گرمایی نانوکامپوزیت‌های اپوکسی: پیشرفت‌های نوین

نوع مقاله : مروری تحلیلی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، صندوق پستی 73441 - ۸۱۷۴۶، اصفهان، ایران

2 گروه مهندسی شیمی دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان

3 گروه علوم مهندسی، دانشکده علوم مهندسی، دانشگاه ملی مهارت، تهران ، ایران

چکیده
موضوع تحقیق: نانومواد سلولزی، شامل نانوبلور سلولز، نانوالیاف سلولزی و سلولز باکتریایی، به‌دلیل وزن کم، استحکام مکانیکی بالا، مدول کشسانی مناسب و قابلیت تجدیدپذیری، به‌عنوان تقویت‌کننده‌های مؤثر در ماتریس‌های اپوکسی موردتوجه گسترده قرار گرفته‌اند. بااین‌حال، آب‌دوستی ذاتی این نانوذرات و چسبندگی ضعیف آن‌ها با رزین اپوکسی، چالش‌هایی اساسی در بهبود عملکرد مکانیکی و حرارتی نانوکامپوزیت‌ها ایجاد می‌کند. ازاین‌رو، اصلاح سطح نانوذرات سلولزی به‌عنوان راهکاری کلیدی برای ارتقای سازگاری بین فازها و بهبود خواص نهایی نانوکامپوزیت‌های اپوکسی مطرح است.
روش تحقیق: در این پژوهش، مطالعات منتشرشده در بازه زمانی ۲۰۲۳ تا ۲۰۲۵ مورد مرور و تحلیل قرار گرفته‌اند. تمرکز اصلی بر روش‌های مختلف اصلاح سطح نانوذرات سلولزی، از جمله استفاده از سیلان‌ها، پوشش‌های آب‌گریز، واکنش‌های استری‌شدن و سایر اصلاحات شیمیایی بوده است. این روش‌ها با هدف کاهش آب‌دوستی نانوالیاف، افزایش چسبندگی بین فاز تقویت‌کننده و ماتریس اپوکسی و بهبود پراکندگی یکنواخت نانوذرات در ساختار نانوکامپوزیت‌ها بررسی شده‌اند.
نتایج اصلی: نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که اصلاح سطح نانوذرات سلولزی، از طریق بهبود برهم‌کنش فصل مشترک و توزیع یکنواخت در ماتریس اپوکسی، موجب افزایش محسوس دمای آغاز و بیشینه تخریب حرارتی، کاهش نرخ تخریب و افزایش مقدار زغال باقی‌مانده در دماهای بالا می‌شود. این اصلاحات همچنین با کاهش تجمع نانوالیاف، منجر به افزایش قابل‌توجه مقاومت کششی، مدول کشسانی و سفتی و بهبود رفتار شکست و مهار گسترش ترک‌ها می‌شود. نتایج کمی حاکی از آن است که نوع روش اصلاح سطح، ماهیت و تراکم گروه‌های عاملی، درصد بهینه بارگذاری و یکنواختی پراکندگی نانوالیاف نقش کلیدی در میزان ارتقای خواص حرارتی و مکانیکی ایفا می‌کنند. در مجموع، این مقاله با جمع‌بندی پیشرفت‌های اخیر، چارچوبی کمی، منظم و مهندسی‌شده برای طراحی نانوکامپوزیت‌های اپوکسی پایدار، مقاوم و قابل‌کاربرد در دماهای بالا و محیط‌های صنعتی چالش‌برانگیز ارائه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of Cellulose Nanoparticles on the Thermal Degradation Behavior of Epoxy Nanocomposites: Recent Advances

نویسندگان English

MohammadHossein Karami 1
omid moini jazani 2
Mohammad Ali Etminani Isfahane 3
Ali Kordi 1
1 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Isfahan, P.O. Box 81746-73441, Isfahan, Iran.
2 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Isfahan, , Isfahan, Iran.
3 Department of Engineering Sciences, Faculty of Engineering Science,
چکیده English

Research subject: Cellulosic nanomaterials, including cellulose nanocrystals, cellulose nanofibers, and bacterial cellulose, have attracted significant attention as reinforcing agents in epoxy matrices due to their low density, high mechanical strength, suitable elastic modulus, and renewable nature. However, the inherent hydrophilicity of cellulose nanoparticles and their poor interfacial adhesion with epoxy resins impose critical limitations on the mechanical and thermal performance of epoxy nanocomposites. Consequently, surface modification of cellulosic nanomaterials has emerged as a key strategy to enhance interfacial compatibility and improve the overall properties of epoxy-based nanocomposites.
Research approach: This study presents a comprehensive review and analysis of research published between 2023 and 2025, focusing on various surface modification techniques for cellulosic nanomaterials. These techniques include silane treatments, hydrophobic coatings, esterification reactions, and other chemical modifications. The primary objective of these approaches is to reduce the hydrophilicity of cellulose nanofibers, enhance interfacial adhesion between the reinforcing phase and the epoxy matrix, and promote uniform dispersion of nanomaterials within the nanocomposite structure.
Main results: The results of this study demonstrate that surface modification of cellulose nanoparticles significantly enhances their interfacial interactions and dispersion within the epoxy matrix, leading to a noticeable increase in the onset and peak thermal degradation temperatures, a reduction in the thermal degradation rate, and a measurable increase in char residue at elevated temperatures. Improved dispersion and reduced agglomeration of nanofibers result in substantial enhancements in mechanical properties, including tensile strength, elastic modulus, and stiffness, along with improved fracture behavior and effective inhibition of crack propagation. Quantitative analysis indicates that the surface modification method, functional group chemistry and density, nanofiber loading level, and dispersion uniformity play decisive roles in optimizing both thermal stability and mechanical performance. Overall, this work provides a systematic, quantitatively driven engineering framework for the design of durable, high-performance epoxy nanocomposites suitable for high-temperature and demanding industrial applications.

کلیدواژه‌ها English

Epoxy Resin
Modified Nanocellulose
Morphology
Mechanical properties
Thermal Degradation

  • تاریخ دریافت 24 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری 18 دی 1404
  • تاریخ پذیرش 08 بهمن 1404
  • تاریخ اولین انتشار 20 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 20 خرداد 1405