توليد و ارزيابي ويژگي‌هاي نانوكامپوزيت‌هاي هيبريدي كربوكسي‌متيل سلولز تقويت شده با نانوذرات مونت‌موريلونيت و TiO2

Fabrication and evaluation of properties of carboxymethyl cellulosebased hybrid nanocomposites reinforced with titanium dioxide and montmorillonite

در اين تحقيق نانوكامپوزيت بر پايه بيوپليمر كربوكسي‌متيل‌سلولز (CMC) و از طريق افزودن نانوذرات مونت‌موريلونيت (MMT) (1، 3 و 5% وزني-وزني CMC) با روش قالب‌گيري تهيه گرديد. سپس، به نمونه حاوي 5% نانو رس نانوذرات دي-اكسيد تيتانيوم (TiO2) (1، 3 و 5% وزني-وزني CMC) اضافه شد تا نانوكامپوزيت هيبريد توليد شود. در نمونه‌هاي توليد شده ويژگي‌هاي مقدار رطوبت، دانسيته، جذب رطوبت و خواص مكانيكي اندازه‌گيري شدند. همچنين، توزيع نانوذرات با ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) بررسي شد. نتايج نشان داد كه افزودن نانوذرات سبب افزايش اندك محتواي رطوبت و متراكم‌تر شدن فيلم‌ها گرديد. در حضور MMT (5%) از مقدار جذب رطوبت فيلم‌ها بيش از 30% كاسته شد كه با اضافه شدن TiO2روند كاهش جذب رطوبت ادامه يافت. افزودن نانو رس سبب تقويت فيلم‌ها و افزايش مقاومت به كشش (UTS) و مدول يانگ (YM) شد كه البته به تقليل ازدياد طول تا نقطه شكست انجاميد. در ادامه، اضافه شدن TiO2به اين نانوكامپوزيت‌ها منجر به سست شدن آن‌ها و كاهش UTS و YM شد. توزيع مناسب نانوذرات در فيلم به‌ويژه در غلظت‌هاي پايين از طريق تصاوير SEM به اثبات رسيد. در مجموع، هر چند فيلم‌هاي حاوي نانو رس داراي عملكرد بهتري در مقايسه با CMC بودند ولي اضافه شدن نانوذرات TiO2 به اين مجموعه سبب بهبود بسياري از ويژگي‌هاي عملكردي نانوكامپوزيت‌ها شد و قابليت استفاده از آن را به‌عنوان يك ماده بسته‌بندي زيست‌تخريب‌پذير افزايش داد.

In this research, carboxymethyl cellulose (CMC)-based nanocomposite films containing montmorillonite (MMT) (1, 3 and 5% wt) were fabricated via casting method.Then, hybrid nanocomposites were prepared by loading dioxide titanium (TiO2) (1, 3 and 5% wt) nanoparticles (NPs) into nanocomposites containing 5% MMT. Moisture content, density, moisture uptake and mechanical properties of the produced films were determined. Also, surface morphology of the nanocompositeswere measured by scanning electron microscopy (SEM).The obtained results indicated that addition of NPs resulted in slightly increase of the films moisture content, and the production of denser samples. Incorporation of 5% MMT decreased moisture uptake of the nanocomposites up to 30%; this decreasing trend was maintained with TiO2 loading. The nanoclays enhanced ultimate tensile strength (UTS) and Young's modulus (YM) of the films at the expense of elongation at break. Addition of TiO2 into MMT-loaded nanocomposites caused to structural weakening and diminishing UTS and YM. SEM micrographs showed well-dispersed MMT and TiO2NPs through the films surface especially at low concentrations. In conclusion, although the films loaded with nanoclays exhibited better properties than the control film, inclusion of TiO2 improved the functional characteristics of them and extended the potential as a biodegradable packaging