تهيه و مطالعه رفتار فيزيكي و مكانيكي زيست نانو كامپوزيت هاي پلي لاكتيك اسيد تقويت شده با نانو بلور سلولز و نانو ذرات نقره

Preparation and study of physical and mechanical behavior of polylactic acid bionanocomposites reinforced with cellulose nanocrystals and silver nanoparticles

موضوع تحقيق امروزه يكي از موضوعات مورد علاقه پژوهشگران استفاده از تركيبات زيست تخريب پذير با خواص مكانيكي و حرارتي بالاست. پلي لاكتيك اسيد، پلي استري آليفاتيك، زيست تخريب پذير و انعطاف پذيربوده كه داراي ضعف هايي همچون عبورپذيري زياد در برابر بخار آب و گازها، دماي انتقال شيشه اي كم، پايداري گرمايي ضعيف، ترد و شكننده بودن مي باشد. يكي از روش هايي كه براي بهبود خواص اين زيست پليمر در سال هاي اخير مورد توجه قرار گرفته است، استفاده از پركننده ها در مقياس نانومتري و توليد بيونانوكامپوزيت ها مي باشد. اين تحقيق با هدف بررسي تاثير حضور همزمان نانوكريستال سلولز و نانونقره بر رفتار مكانيكي، حرارتي و عبورپذيري نسبت به بخار آب فيلم هاي بر پايه پلي لاكتيك اسيد انجام گرديد. روش تحقيق فيلم هاي پلي لاكتيك اسيد و بيونانوكامپوزيت هاي آن حاوي مقادير مختلف نانوكريستال سلولز (0/01، 0/03 و 0/05 گرم) و نانونقره (0/01 گرم) با استفاده از روش قالب گيري حلال تهيه شدند. براي بهبود سازگاري و قابليت اختلاط پذيري بيشتر نانوكريستال سلولز با پلي لاكتيك اسيد، از واكنش آن با استيك انيدريد استفاده گرديد. طيف سنجي FTIR، آزمون كشش، خواص حرارتي (DSC)، آزمون مهاجرت و بررسي خاصيت ضدباكتريايي براي مطالعه ويژگي هاي نمونه ها مورد استفاده قرار گرفت. براي ارزيابي عبورپذيري فيلم ها، ميزان نفوذ پذيري نسبت به بخار آب نمونه ها نيز اندازه گيري شد. نتايج اصلي با افزودن نانوكريستال سلولز، دماي انتقال شيشه اي (Tg) و دماي مذاب (Tm) افزايش نشان دادند. وجود نانوكريستال سلولز موجب افزايش استحكام كششي و مدول الاستيسيته بيونانوكامپوزيت ها نسبت به پلي لاكتيك اسيد خالص گرديد. با افزودن نانوكريستال سلولز، عبورپذيري تا حدود 25 درصد كاهش يافت. با افزايش ميزان نانوكريستال سلولز، ميزان تورم و جذب آب نمونه ها به طور قابل توجهي افزايش پيدا كرد. ميزان مهاجرت نمونه ها نيز پس از افزودن نانوسلولز كاهش يافت.

Research subject: Biodegradable compounds with high mechanical and thermal properties are one of the interesting research topics. Polylactic acid is an aliphatic polyester with high biodegradability and flexibility. It, however, suffers from several weaknesses such as high permeability to water vapor and gases, low glass transition temperature, poor thermal stability and brittleness which can be improved by the incorporation of nano-scale fillers giving rise to bionanocomposites. The aim of this study was to investigate the effect of the simultaneous incorporation of cellulose nanocrystals and nanosilver on the mechanical, thermal and water vapor permeability behavior of polylactic acid-based films. Research approach: Polylactic acid films and their bionanocomposites containing different levels of cellulose nanocrystals (0.01, 0.03 and 0.05 g) and nanosilver (0.01 g) were prepared by solution casting method. To improve compatibility and miscibility of the polymer, cellulose nanocrystals were reacted with acetic anhydride and modified. FTIR spectroscopy, tensile test, thermal properties (DSC), migration test and antibacterial properties were used to study the properties of the samples. The water vapor permeability of the samples were also measured. Main results: The addition of cellulose nanocrystals, increased the glass transition temperature (Tg) and melting point (Tm) of the samples. The presence of cellulose nanocrystals increased the tensile strength and modulus of elasticity of the bionanocomposite relative to pure polylactic acid. With the addition of cellulose nanocrystals, permeability was reduced by about 25%. As the amount of cellulose nanocrystals increased, the swelling and water absorption of the samples increased significantly. The migration rate of the samples also decreased after the addition of nanocellulose.