آرد هسته زیتون بعنوان تقویت کننده در کامپوزیت های پلی پروپیلن: یک گام به سوی ارزش گذاری پسماند جامد در صنعت روغن زیتون
در اینجا، استفاده از آرد هسته زیتون (OSF) تهیه شده از پسماند جامدِ استخراج روغن زیتون بعنوان یک تقویت کننده برای تولید کامپوزیت با پایه پلی پروپیلن مقرون به صرفه مورد بررسی قرار گرفته است. فیلر لیگنو سلولزی شامل ذرات سوزنی شکل با توزیع اندازه وسیع در حدود 50-400 میکرومتر می شود که از لینگنین، همی سلولز و سلولز تشکیل شده است. کامپوزیت هایی با بارگداری بیش از 70 درصدی فیلر با استفاده از فرایند مذاب و قالب گیری تزریقی تهیه شدند. تکامل عملکرد مکانیکی، خواص ضربه و جذب آب کامپوزیت ها بعنوان تابعی از عملکرد محتوای فیلر نیز مورد بررسی قرار گرفت. همچنین مشخص شد که افزودن یک عامل اتصال پروپیلن مالیت شده (MAPP) در سطح 5 درصد باتوجه به فیلر، در ایجاد اثرات تقویت کنندگی بسیار ضروری است. افزایش پیوسته در مدول همراه با حفظ استحکام کششی تا محتوای 60 درصدی OSF مشاهده شد. نتایج حاصل شده OSF را بعنوان یک فیلر تقویت کنندۀ ارزان قیمت برای ماتریس PP تأیید کردند. با این حال، چشم اندازهای جدیدی برای استفاده از این محصول جانبی در کشاورزی باز می شود.
بیشترین سطح زیر کشت زیتون در مدیترانه است؛ نقش مهمی در فعالیت های کشاورزی، صنعتی و اجتماعی در این نقطه از جهان دارد. تونس با بیش از 65 میلیون درخت زیتون در 1.7 میلیون هکتار، تقریبآ 20 درصد از باغات زیتون در سراسر جهان با میانگین تولید سالانه 200.103 تن روغن زیتون را به خود اختصاص داده است. با این حال، سیستم استخراج زیتون حجم زیادی از پسماند جامد را تولید می کند که نشان دهندۀ معضل آلودگی زیست محیطی است. با درنظر گرفتن کسر جامد، پس از استخراج بیشتر و یک فرایند غربالگری برای جداسازی خمیر خشک از سنگها، بیش از 15 درصد پسماند جامد خشک تولید می شود. لینگوسلولز از همی سلولز، سلولز و لینگنین بعنوان اجزای اصلی تشکیل شده است. با افزایش آگاهی محیطی، مفهوم توسعه پایدار و مواد دوستدار محیط زیست به منظور حفظ منابع زیست محیطی و در عین حال بهبود فعالیت های اقتصادی به یک ضرورت تبدیل شده است. در همین راستا، اخیرآ استفاده از مواد لینگو سلولزی تجدیدپذیر طبیعی بعنوان فیلرهای تقویت کننده در پلیمرهای ترموپلاستیک به دلیل چگالی کم، عایق حرارتی خوب، خواص مکانیکی، کاهش سایش، پایداری و قیمت پایین افزایش یافته است. با این حال، مشکل اصلی کامپوزیت های فیبر/ پلیمر طبیعی در ناسازگاری بین الیاف طبیعی آبدوست و ماتریس های گرماگرم آبگریز است. در نتیجه، چسبندگی سطحی بین الیاف با پایه سلولز و ماتریس های ترموپلاستیک بایستی بهبود یابد تا از اثر تقویت کنندگی فیلر و انتقال مطمئن بار از ماتریس و فیلر بهره گرفت. روشهای مختلفی برای بهبود چسبندگی سطحی من جمله درمان لینگوسلولزی با هیدروکسی سدیم یا اتصال با سیلان های عملکردی اتخاذ شد. در اینجا، یک بررسی کوتاه از تغییرات شیمیایی محتلف بر روی الیاف طبیعی برای استفاده در کامپوزیت های تقویت شده با الیاف طبیعی گزارش شده است. استفاده از گروههای عملکردی حامل عامل اتصال-پلیمر همچون انیدرید، گلیسیدیل یا ایزوسیانات که احتمالآ به گروههای هیدروکسیل سطحی فیلر واکنش نشان می دهند، یک استراتژی بسیار مفید و مقرون به صرفه است؛ این روش ساده ترین راه برای پیاده سازی است زیرا عامل اتصال مستقیمآ در حین پردازش کامپوزیت افزوده شده و به یک مرحلۀ جدید برای درمان فیلر نیاز است.
در ماتریس ها با پایۀ پلی الفین، پلی اتیلن مالیت شده، پلی پروپیلن مالیت شده از جمله مؤثرترین عوامل اتصال در فیلرهای کامپوزیتی بر پایه لینگلوسلولزی بودند. علیرغم مقدار قابل توجهی از پسماند جامد تولید شده از استخراج روغن زیتون، تنها چند کار تحقیقاتی به بررسی استفاده از هستۀ زیتون بعنوان فیلر در مواد کامپوزیتی پلیمری پرداخته اند. با استفاده از عبارتجستجوی "هسته زیتون"، تنها شش نشریه علمی انگلیسی ISI از سال 1993 ارائه می شود که چهار مورد از آنها به ماتریس ترموپلاستیک اختصاص یافته است. استفاده از آرد هسته زیتون (OSF) بعنوان فیلر برای ماتریس PP توسط عامر و همکارانش بررسی شده اند. اثرات افزودن فیلرهای آلی مختلف من جمله نشاسته ساگو و هسته زیتون، خواص مکانیکی و رئولوژیکی یک ماده پلاستیکی بازیافتی پس از مصرف متشکل از پلی اتیلن با چگالی کم و پلی (اتیلن کووینیل استات) توسط لامانیتا و همکارانش نیز بررسی شد. اگرچه نشان داده شد که افزودن فیلرهای آلی به پلاستیک بازیافتی مدول الاستیک و پایداری حرارتی مکانیکی را بهبود می بخشد؛ کاهش زیادی در استحکام کششی و ازدیاد طول در حین شکست مشاهده شد. افزودن پودر هسته زیتون در ماتریس با پایۀ زیستی متشکل از پلی هیدروکسی بوتیترات والرات (PHBV) و هسته زیتون با کمتر از 70 درصد وزنی مورد مطالعه قرار گرفته است. علیرغم اینکه در تعدادی از مقالات بهاحتمال استفاده OSF بعنوان فیلر پلیمر ترموپلاستیک اشاره شده است، اما تحقیقات کاملی در مورد اینکه چگونه ترکیب OSF در ماتریس PP ممکن است بر خواص مکانیکی آنها تأثیر بگذارد، صورت نگرفته است. هدف از این مقاله، ارزیابی مناسب بودن OSF بعنوان عامل تقویت کننده برای ماتریس PP و تحلیل چگونگی امکان بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت ها با استفاده از یک عامل اتصال مناسب است.
مشاهده SEM به منظور بررسی خواص مورفولوژیکی من جمله اندازه و توپوگرافی آرد هسته زیتون انجام شد. مشاهدات در سه سطح بزرگنمایی، ذرات فشرده منفرد را با توزیع وسیع در ابعاد بین 20-150 میکرومتر نشان داده است. شکل ذرات نیز یکنواخت نیست و عمدتآ دو نوع را شامل می شود. اولی با شکل دانه ای با ذرات کم (کمتر از 50 میکرومتر) و دومی نیز با ذرات سوزنی شکل با نسبت ابعاد (L/D) در محدوده 4-10 بود. در جدول زیر ترکیب شیمیایی OSF ارائه شده است.
جدول 1:
همچنین در این مقاله مشخص شد که خواص لینگوسلولزی فیلر از لینگنین، همی سلولز، سلولز و استخراجی با محتوای 35، 35، 25 و 5 درصد به ترتیب تشکیل شده است؛ این نتایج با داده های ارائه شده در مقالات مطابقت دارد. از آنجایی سلولز دارای بالاترین چگالی نسبت به لینگنین و همی سلولز بود، محتوای سلولز کمتر به کاهش چگالی منجر می شود. خواص پراش پرتو ایکس (WAXD) در OSF وجود پیک های مشخصه اصلی سلولز را در صفحات مشبک به ترتیب در2θ=22.6° و 15° نشان داد. از آنجایی که رفتار مکانیکی نهایی مواد کامپوزیت تا حد زیادی به چسبندگی سطحی بین فیلر و ماتریس اطراف آن بستگی دارد؛ بخش اول این مقاله به بررسی تأثیر افزودن MAP بر خواص مکانیکی پرداخته است.
استفاده از آرد هسته زیتون (OSF) از پسماند جامد استخراج روغن زیتون بعنوان یک فیلر مقرون به صرفه برای ماتریس PP در اینجا مورد بررسی قرار گرفته است. OSF با توزیع گسترده در اندازه های 50-400 میکرومتر مشخص شد و از لینگنین، همی سلولز، سلولز و استخراجی با محتوای 35، 35، 25 و 5 درصد تشکیل شده بود. ادغام در ماتریس PP باعث افزایش مدول کششی و خمشی تا 60 درصد وزنی فیلر می شود. علاوه براین، افزودن MAPP در حفظ استحکام کششی ماتریس و بهبود استحکام خمشی کامپوزیت ها ضروری است؛ این اثر با افزایش پیوند سطحی بین فیلر و ماتریس PP تفسیر شده است. با افزایش اندک در خواص مقاومتی کامپوزیت، حتی مقدار بهینۀ MAPP ممکن است به دلیل نسبت ابعاد فیلر باشد. براساس این بررسی، کارایی OSF بعنوان یک فیلر تقویت کننده پایدار در کامپوزیت ها با پایۀ PP معرفی شد. کامپوزیت های بعدی ممکن است در کاربردهای مختلف همچون فعالیتهای ساختمانی، صنعت خودرو، مبلمان شهری و حتی نیمکت های پارک استفاده شوند.
