نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• بردیا صدیفی ¹
• سید حسن شریفی ²

¹ دانشجوی دکترا رشته صنایع چوب و کاغذ گرایش خمیر و کاغذ دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی ساری

² گروه مهندسی چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

سابقه و هدف: استفاده از پلیمرهای با مشتقات نفتی در صنعت بسته‌بندی، به دلیل زیست ‌تخریب ناپذیر بودن، باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی گشته‌اند. توسعه بسته‌بندی فعال و زیست تخریب‌پذیر با پوشش‌دهی زیست پلیمرها روی مواد بسته‌بندی امکان پذیر است. در این پژوهش سعی شده از مواد زیست تخریب‌پذیر که به راحتی پس از استفاده در محیط ‌زیست تجزیه می‌شوند استفاده شود. در این راستا تأثیر تیمارهای مختلف با کربوکسی متیل کیتوسان (CMCh)، صمغ گوار خالص شده (PGG) و نانوکریستال‌ سلولز (NCC) روی خواص مقاومتی و ممانعتی فیلم‌های بیونانو کامپوزیتی‌ مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: پودر کربوکسی متیل کیتوسان و صمغ گوارخالص شده به صورت جداگانه همراه با گلیسرول (40 درصد وزنی بیوپلیمرها) به عنوان نرم کننده در آب مقطر حل شدند. سپس محلول‌های تشکیل دهنده بیوکامپوزیت را روی همزن مغناطیسی به ترتیب به مدت 120 و90 دقیقه حرارت داده تا بیوپلیمرها به طور کامل حل گردیدند. در انتها به مدت ۳۰ دقیقه جهت خنک شدن و خروج کامل حباب‌های هوا به حالت ساکن قرار گرفتند. همچنین سوسپانسیون نانوکریستال‌ سلولز (3، 6 و 9 درصد نسبت به بیوپلیمرها) که از حل نمودن در آب مقطر توسط دستگاه فراصوت در مدت 3 دقیقه تهیه شده را به محلول بیوکامپوزیتی با نسبت‌های ترکیبی (30:70، 50:50 و 70:30) افزوده و سوسپانسیون نهایی را روی همزن مغناطیسی به مدت 120 دقیقه حرارت دادیم و به طور کامل حل گردید. سپس به منظور خنک شدن و خروج کامل حباب‌های هوا به مدت ۳۰ دقیقه به حالت ساکن قرار داده شد. در انتها آن را سانترفیوژ کرده و به مدت 2 دقیقه برای خروج کامل حباب‌های هوا به حالت ساکن قرار دادیم. در نهایت ۲۵ گرم از ژل داخل پتری دیش پلی‌استایرنی با قطرcm ۱۰ ریخته شد و پتری دیش‌ها به مدت ۲۴ ساعت در آون با دمای °C50 قرار گرفتند. همچنین آزمونهای مورفولوژی کربوکسی متیل کیتوسان و فیلمهای بیونانو کامپوزیتی و ویژگی‌های مقاومتی و ممانعتی تیمارها مورد مطالعه قرار گرفتند.
نتایج: نتایج حاصل از اندازه گیری ویژگی‌های مقاومتی فیلم‌های بیوپلیمری نشان داد که با افزایش نانوکریستال‌ سلولز تا سطح 6 درصد استحکام کششی تیمارها افزایش چشمگیری داشته و بیشترین میزان مربوط به فیلم‌های (%6/50/50) CMCh/ PGG/ NCC می‌باشد. همچنین با افزایش نانوکریستال‌ سلولز تا سطح 9 درصد به دلیل تجمع ذرات نانوکریستال در یک ناحیه، استحکام کششی بیونانو کامپوزیت‌ها 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 فیلم‌های بیونانو کامپوزیتی کاهش یابد. میزان حلالیت فیلم‌های بیوکامپوزیتی با افزودن NCC به ماتریس بیوپلیمری به دلیل برقراری بر هم‌کنش‌های هیدروژنی بین اجزای این ماتریس با نانوذرات در سطوح مختلف کاهش یافته است و کمترین حلالیت در آب مربوط به فیلم‌های (%6/50/50) CMCh/ PGG/ NCC می‌باشد. میزان نفوذپذیری به بخار آب تیمارها با افزودن NCC به ماتریس CMCh/ PGG به دلایلی همچون، ساختار کریستالی‌ و طبیعت آب گریز فیبرهای سلولزی، کاهش خلل و فرج و کاهش ضریب نفوذ مولکول‌های بخار کاهش یافت و بهترین نفوذ ناپذیری را فیلم‌های (%6/50/50) CMCh/ PGG/ NCC به دلیل پخش یکنواخت نانوذرات دارند.
نتیجه‌ گیری: مطابق نتایج، با افزودن نانوکریستال‌ سلولز به سوسپانسیون کامپوزیتی؛ مقاومت به کشش، مقاومت به حلالیت در آب و نفوذ ناپذیری نسبت به بخار آب فیلم‌ها افزایش یافته و تنها تغییر طول تا نقطه شکست آنها کاهش یافت و بهترین خواص مقاومتی و ممانعتی بیونانو کامپوزیت‌های تولید شده در حضور ۶% نانوکریستال‌ سلولز به دست آمد.

کلیدواژه‌ها

• کربوکسی متیل کیتوسان
• صمغ گوار
• نانوکریستال‎ سلولز
• فیلم‌های بیونانو کامپوزیتی

موضوعات

• خمیر کاغذ و کاغذ