بررسی ویژگی های مقاومتی و ممانعتی فیلم های بیونانو کامپوزیتی کربوکسی متیل کیتوسان / صمغ گوار/ نانوکریستال سلولز

سابقه و هدف: استفاده از پلیمرهای با مشتقات نفتی در صنعت بسته بندی، به دلیل زیست تخریب ناپذیر بودن، باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی شده است. توسعه بسته بندی فعال و زیست تخریب پذیر با پوشش دهی زیست پلیمرها روی مواد بسته بندی امکان پذیر است. در این پژوهش سعی شده از مواد زیست تخریب پذیر که به راحتی پس از استفاده در محیط زیست تجزیه می شوند استفاده شود. در این راستا، تاثیر تیمارهای مختلف با کربوکسی متیل کیتوسان (CMCh)، صمغ گوار خالص شده (PGG) و نانوکریستال سلولز (NCC) روی خواص مقاومتی و ممانعتی فیلم های بیونانو کامپوزیتی بررسی شد. مواد و روش­ها: پودر کربوکسی متیل کیتوسان و صمغ گوار خالص شده به صورت جداگانه همراه با گلیسرول (۴۰ درصد وزنی بیوپلیمرها) به عنوان نرم کننده در آب مقطر حل شدند. سپس محلول های تشکیل دهنده بیوکامپوزیت را روی همزن مغناطیسی به ترتیب به مدت ۱۲۰ و ۹۰ دقیقه حرارت داده تا بیوپلیمرها به طور کامل حل گردیدند. در پایان به مدت ۳۰ دقیقه برای خنک شدن و خروج کامل حباب های هوا به حالت ساکن قرار گرفتند. همچنین سوسپانسیون نانوکریستال سلولز (۳، ۶ و ۹ درصد نسبت به بیوپلیمرها) را که از حل نمودن در آب مقطر توسط دستگاه فراصوت در مدت ۳ دقیقه تهیه شده به محلول بیوکامپوزیتی با نسبت های ترکیبی (۳۰:۷۰، ۵۰:۵۰ و ۷۰:۳۰) افزوده و سوسپانسیون نهایی را روی همزن مغناطیسی به مدت ۱۲۰ دقیقه حرارت دادیم و به طور کامل حل گردید. سپس به منظور خنک شدن و خروج کامل حباب های هوا، به مدت ۳۰ دقیقه به حالت ساکن قرار داده شد. در پایان آن را سانتریفوژ کرده و به مدت ۲ دقیقه برای خروج کامل حباب های هوا به حالت ساکن قرار دادیم. درنهایت ۲۵ گرم از ژل داخل پتری دیش پلی استایرنی با قطرcm  ۱۰ ریخته شد و پتری دیش ها به مدت ۲۴ ساعت در آون با دمای °C۵۰ قرار گرفتند. همچنین آزمون های مورفولوژی کربوکسی متیل کیتوسان و فیلم های بیونانو کامپوزیتی و ویژگی های مقاومتی و ممانعتی تیمارها مطالعه شدند. نتایج: نتایج حاصل از اندازه گیری ویژگی های مقاومتی فیلم های بیوپلیمری نشان داد که با افزایش نانوکریستال سلولز تا سطح ۶ درصد استحکام کششی تیمارها افزایش چشمگیری داشته و بیشترین میزان مربوط به فیلم های (۶%/۵۰/۵۰) CMCh/ PGG/ NCC است. همچنین با افزایش نانوکریستال سلولز تا سطح ۹ درصد به دلیل تجمع ذرات نانوکریستال در یک ناحیه، استحکام کششی بیونانو کامپوزیت ها کاهش یافت. همچنین نانوکریستال سلولز به دلیل منشا بلورینش منجر به تردتر شدن و کاهش انعطاف پذیری تیمارها شد تا تغییر طول در نقطه شکست فیلم های بیونانو کامپوزیتی کاهش یابد. میزان حلالیت فیلم های بیوکامپوزیتی با افزودن NCC به ماتریس بیوپلیمری به دلیل برقراری برهم کنش های هیدروژنی بین اجزای این ماتریس با نانو ذرات در سطوح مختلف کاهش یافته است و کمترین حلالیت در آب مربوط به فیلم های (۶%/۵۰/۵۰) CMCh/ PGG/ NCC می باشد. میزان نفوذپذیری به بخار آب تیمارها با افزودن NCC به ماتریس CMCh/ PGG به دلایلی مانند ساختار کریستالی و طبیعت آب گریز فیبرهای سلولزی، کاهش خلل و فرج و کاهش ضریب نفوذ مولکول های بخار کاهش یافت و بهترین نفوذناپذیری را فیلم های (۶%/۵۰/۵۰) CMCh/ PGG/ NCC به دلیل پخش یکنواخت نانو ذرات دارند. نتیجه گیری: مطابق نتایج، با افزودن نانوکریستال سلولز به سوسپانسیون کامپوزیتی، مقاومت به کشش، مقاومت به حلالیت در آب و نفوذناپذیری نسبت به بخار آب فیلم ها افزایش یافته و تنها تغییر طول تا نقطه شکست آنها کاهش یافت و بهترین خواص مقاومتی و ممانعتی بیونانو کامپوزیت های تولید شده در حضور۶٪  نانوکریستال سلولز به دست آمد.

کلیدواژه ها:

کربوکسی متیل کیتوسان ، صمغ گوار ، نانوکریستال‎ سلولز ، فیلم های بیونانو کامپوزیتی