بررسی اثر بوتان دیول دی گلیسیدیل اتر بر ایجاد اتصالات عرضی در نانوسلولز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

2 دانشیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

3 استاد، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

4 استاد، گروه علوم شیمی و فناوری مواد، کامپوزیت و بایو مواد، مؤسسه پلیمر، انجمن تحقیقات ملی ایتالیا، ناپل، ایتالیا

چکیده

در این تحقیق به بررسی ایجاد اتصالات عرضی در نانو الیاف سلولزی توسط ماده شیمیایی بوتان دیول دی‌گلیسیدیل اتر (BDDE) به‌عنوان اتصال‌دهنده عرضی پرداخته شده و برخی خواص فیزیکی هیدروژل حاصل مورد ارزیابی قرار گرفت. زنجیره‌های پلیمری تجدیدپذیر و قابل بازیافت مورد مطالعه شامل نانوالیاف سلولزی و هیدروکسی اتیل سلولز می‌باشند. برای ایجاد اتصالات عرضی، از BDDE استفاده شد. BDDE یک ماده شیمیایی زیست تخریب پذیر است و نسبت به سایر اتصال-دهنده‌های عرضی که گروه‌های عاملی با پیوند اتری دارند، به میزان قابل ملاحظه‌ای دارای سمیت کمتر می‌باشد. جهت بررسی اثر BDDE بر خواص فیزیکی نانوسلولز، آزمون‌های FTIR، FESEM، اندازه‌گیری قابلیت واکشیدگی و بررسی خواص حرارتی انجام گرفت. نمونه‌های با نسبت کمتر نانوسلولز به هیدروکسی اتیل سلولز به دلیل پخش شدن در آب و تشکیل اتصالات عرضی کم، در آزمون اندازه گیری قدرت واکشیدگی، نامناسب شناخته شدند. اتصال عرضی در میان نمونه‌های با مقدار کمتر نانوسلولز به-خوبی ایجاد نشد. با افزایش مقدار نانوسلولز هیدروژل‌ها مقاومت کافی در تماس با آب نشان دادند و در آب پخش نشدند. در میان نمونه‌های با مقدار بیشتر نانوسلولز، با افزایش مقدار اتصال‌دهنده عرضی از 20% به 40% جذب آب به‌دلیل ایجاد پیوندهای بیشتر و کاهش حضور گروه‌های هیدروکسیل در دسترس در نانوسلولزها کاهش یافت. با توجه به نتایج FTIR، اتصالات عرضی در هر دو نمونه با مقدار نانوسلولز بالا، در مقادیر مختلف BDDE، به خوبی انجام گرفت. با افزایش مقدار BDDE پایداری حرارتی و دمای تبدیل شیشه به دلیل ایجاد پیوندهای عرضی مناسب در بین الیاف و تشکیل ساختار قویتر و پایدارتر افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها


-Ahmed, E.M., 2015. Hydrogel: Preparation, characterization, and applications: A review. Journal of advanced research, 6: 105-121.

 -Astrinia, N., Anaha, L. and Haryonoa, A., 2012. Crosslinking Parameter on the Preparation of Cellulose Based Hydrogel with Divynilsulfone. Procedia Chemistry, 4:275-281.

-Azeredo, H.M.C. and Waldron K.W., 2016. Crosslinking in polysaccharide and protein films and coatings for food contac-A review. Trends in Food Science & Technology, 52: 109-122.

-Bouten, P.J.M., Zonjee, M., Bender, J., Yauw, S.T.K., van Goor, H., van Hest, J.C.M. and hoogenboom, R., 2014. The chemistry of tissue adhesive materials. Progress in Polymer Science, 39(7):1375–1405.

-Caló, E. and Khutoryanskiy, V.V., 2015. Biomedical applications of hydrogels: A review of patents and commercial products. European Polymer Journal, 65: 252–267.

-Carrick, C., Ruda, M., Pettersson, B., Larsson, P.T. and Wagberg, L., 2013. Hollow cellulose capsules from CO2 saturated cellulose solutions-their preparation and characterization. RSC Advances, 3(7): 2462-2469.

-Dai, Q. and Kadla, J.F., 2009. Effect of Nanofillers on Carboxymethyl Cellulose/Hydroxyethyl Cellulose Hydrogels. Journal of Applied Polymer Science, 114: 1664–1669.

-Dzulkifli, A.I., Said, C.M.S. and Han, C.C., 2015. Determination of Crosslink Concentration by Mooney-Rivlin Equation for Vulcanized NR/SBR Blend and its Influence on Mechanical Properties. Malaysian Journal of Analytical Sciences, 19(6): 1309 – 1317.

-Geng, H., 2018. A one-step approach to make cellulose-based hydrogel of various transparency and swelling degrees. Carbohydrate Polymers, 186: 208-216.

-Gonzalez, M.G., Cabanelas, J.C. and Baselga, J., 2012. Applications of FTIR on epoxy resins-identification, monitoring the curing process, phase separation and water uptake. Infrared Spectroscopy - Materials Science, Engineering and Technology, Prof. Theophanides Theophile (Ed.), ISBN: 978-953-51-0537-4

-Gupta, K.M., Hu, Z. and Jiang, J., 2013. Molecular insight into cellulose regeneration from a cellulose/ionic liquid mixture: effects of water concentration and temperature. RSC Advances, 3(13): 4425-4433.

-Liu, H., Wang, A., Xu, X., Wang, M., Shang, S., Liu, S. and Song, J., 2016. Porous aerogels prepared by crosslinking of cellulose with 1, 4-butanediol diglycidyl ether in NaOH/urea solution. RSC Advances, 48(6): 42854-42862.

-Lu, F., Chen, Y., Liu, N., Cao, Y., Xu, L., Wei, Y. and Feng, L., 2014. A fast and convenient cellulose hydrogel-coated colander for high-efficiency oil - water separation. RSC Advances, 4(61): 32544-32548.

-Majmudar, A., 2012. Multipurpose hydrogel compositions and products, US Patent 8,268,345 B2; 2012.

-Oliveira, R.L., Vieira, J.G., Barud, H.S., Assuncao, R.M.N., Filho, G.R., Ribeiro, S.J.L. and Messadeqq, Y., 2015. Synthesis and Characterization of Methylcellulose Produced from Bacterial Cellulose under Heterogeneous Condition. Journal of the Brazilian Chemical Society, 26(9): 1861-1870.

-Peppas, N.A., Bures, P., Leobandung, W. and Ichikawa, H., 2000. Hydrogels in pharmaceutical formulations. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 50(1): 27–46.

-Shen, Y. and Wu, P., 2003. Two-Dimensional ATR−FTIR Spectroscopic Investigation on Water Diffusion in Polypropylene Film:  Water Bending Vibration. The Journal of Physical Chemistry, 107(18): 4224–4226.

-Subramanian, A. and Lin, H.Y., 2005. Crosslinked chitosan: its physical properties and the effects of matrix stiffness on chondrocyte cell morphology and proliferation. Journal of biomedical materials, 75(3): 742-753.

-Subramanian, A., Rau, A.V. and Kaligotla, H., 2006. Surface modification of chitosan for selective surface-protein interaction. Carbohydrate Polymers, 66(3): 321-332.

-Tripathi, S.K., Goyal, R. and Gupta, K., 2011. Surface modification of crosslinked dextran nanoparticles influences transfection efficiency of dextran-polyethylenimine nanocomposites. Soft Matter, 7(24), 11360-11371.

-Yang, R., Tan, L., Cen, L. and Zhang, Z., 2016. An injectable scaffold based on crosslinked hyaluronic acid gel for tissue regeneration. RSC Advances, 6(20): 16838-16850.

-Yang, S.L., Wu, Zh.H., Yang, W. and Yang, M.B., 2008. Thermal and mechanical properties of chemical crosslinked polylactide (PLA). Polymer Testing, 27: 957–963.

-Zhang, B.-X., Azuma, J.-I. and Uyama, H., 2015. Preparation and characterization of a transparent amorphous cellulose film. RSC Advances, 5(4): 2900-2907.

-Zhang, H., Luan, Q., Huang, Q, Tang, H., Huang, F., Li, W., Wan, CH., Liu, Ch., Xu, J., Guo, P. and Zhou, Q., 2018. A facile and efficient strategy for the fabrication of porous linseed gum/cellulose superabsorbent hydrogels for water conservation. Carbohydrate Polymers, 158: 1830-1836.