مطالعه تاثير نانوفيبر سلولز باكتريايي بر خواص فيلم نانو كامپوزيت كيتوزان - نانونقره و تعيين غلظت بهينه‌ي آن با روش سطح پاسخ

Studying of the effect of bacterial cellulose nanofiber on the properties of chitosan-nanosilver nanocomposite film and determination of its optimum concentration by surface response method

در اين پژوهش اثر نانو ذرات نقره (AgNPs) در سطح 1٪ وزني و غلظت­ هاي مختلف نانو فيبر سلولز باكتريايي (BCNF) (6-5/1٪ وزني) بر روي خواص كششي (استحكام كششي (TS)، ازدياد طول در نقطه شكست (EB) و مدول يانگ (YM)، نفوذپذيري نسبت به بخار آب (WVP)، حلاليت، تورم، خواص رنگي و ويژگي­ هاي ساختاري و حرارتي فيلم نانوكامپوزيت كيتوزان مورد بررسي قرار گرفت. براي تعيين مقدار بهينه نانو پركننده BCNF از روش سطح پاسخ (RSM) تك عاملي استفاده گرديد. هدف از بهينه سازي، به حداكثر رساندن TS، YM، EB، L در كنار كاهش WVP، حلاليت و تورم بود. نتايج نشان داد كه افزودن AgNPs بر روي ويژگي­هاي مكانيكي و رنگي فيلم ­هاي كيتوزان تاثير منفي داشت. اما افزودن BCNF باعث بهبود ويژگي­هاي فيلم ­هاي نانوكامپوزيت كيتوزان - نانونقره گرديد. كمترين ميزان WVP، حلاليت و تورم فيلم­ هاي نانو كامپوزيت به ترتيب در سطح 6، 4 و2 ٪ وزني BCNF بود. با در نظر گرفتن تمامي پارامترهاي فيزيكي و مكانيكي، مقدار بهينه محاسبه شده براي BCNF، 4/55٪ بود. تصاوير SEM نشان داد BCNF بطور يكنواخت در ماتريس پليمر پخش شده است. آزمون DSC نيز نشان داد كه با افزودن BCNF، خواص حرارتي فيلم كيتوزان بهبود مي يابد.

In this study, the effects of silver nanoparticles (AgNPs) at 1% wt and different concentrations of bacterial cellulose nanofiber (BCNF) (1.5-6% wt) on tensile properties (tensile strength -TS, elongation at break-EB, and Young’s modulus -YM), water vapor permeability (WVP), solubility, swelling, color properties and structural characteristics of chitosan nanocomposite films were studied. Response surface methodology (RSM) was used to determine the optimum amount of BCNF nanofiller. The optimization was based on maximizing TS, YM, EB, L*and decreasing WVP, solubility and swelling. The results showed that the AgNPs had a negative effect on mechanical and color properties of chitosan films. But incorporation of BCNF in the films improved their mechanical and barrier properties significantly. Lowest WVP, solubility and swelling of nanocomposite films was respectively for 6, 4 and 2%wt of BCNF content. Considering all physical and mechanical parameters, the optimal value calculated for BCNF, was 4.55%. SEM images showed BCNF uniformly distributed in the polymer matrix. DSC analysis confirmed that the addition of BCNF causes to improve the thermal properties of chitosan film.