توليد و بررسي ويژگي‌هاي فيلم پلي‌اتيلني با دانسيته پايين حاوي نانوذرات خاك رس اصلاح‌ شده با نانوذرات مس

Production and Investigating the Properties of Low Density Polyethylene (LDPE) Films Incorporating Nanoclays Modified with Copper Nanoparticles

سابقه و هدف: با توجه به اینكه امروزه خطر عفونت با میكروارگانیسم‌ها مثل كپك، باكتری، ویروس و... سلامتی انسان‌ها را تهدید ‌می‌كند و از طرفی به كار بردن مستقیم مواد ضدمیكروبی در مواد غذایی برای سلامت مصرف‌كنندگان مضر است، استفاده از مواد ضدمیكروبی در بسته‌بندی غذا اهمیت زیادی یافته است. هدف این مطالعه تولید و بررسی خواص فیزیكی، مكانیكی و ضدباكتریایی فیلم­های بسته‌بندی فعال ضدباكتریایی پلی‌اتیلنی با دانسیته پایین حاوی نانو ذرات رس اصلاح شده با یون‌های مس از طریق واكنش تبادل یونی بود. مواد و روش‌ها: ریزساختار و ویژگی‌های فیلم‌های نانوكامپوزیتی حاوی نانوذرات خاك رس اصلاح‌شده با مس با استفاده از آزمون­های فلورسانس پرتو ایكس، طیف‌سنجی مادون قرمز، پراش پرتو ایكس، میكروسكوپ الكترونی روبشی و آزمون‌های مكانیكی و میكروبی مورد بررسی قرار گرفت. حضور و اتصال یون مس در فضای بین لایه‌ای خاك‌های رس و نیز ایجاد ساختار ورقه­ای در نانوكامپوزیت­های مورد بررسی توسط آنالیزهای فلورسانس پرتو ایكس و طیف‌سنجی مادون قرمز اثبات شد. یافته‌ها‌: آزمون پراش پرتو ایكس نشان ‌داد كه نانوذرات در ماتریكس پلی‌اتیلن به­طور مطلوب پخش شده‌اند. تصاویر حاصل از میكروسكوپ الكترونی روبشی هر دو فیلم نانوكامپوزیتی مورد بررسی، مورفولوژی ناهمگن‌تر و زبرتری نسبت به پلی‌اتیلن خالص نشان دادند و معلوم گردید كه خاك رس اصلاح ‌شده با مس نسبت به خاك رس اصلاح نشده، با ماتریس پلیمری سازگاری بیشتری دارد. همچنین نانوذرات خاك رس در داخل ماتریكس پلیمری توزیع بهتری یافته ‌بودند. نتایج آزمون­های مكانیكی نیز نشان دادند كه افزودن خاك­های رس اصلاح شده با مس، ویژگی­های مكانیكی فیلم‌های پلی­اتیلنی را به مقدار زیادی بهبود می­بخشد. با افزودن نانوذرات مس به ماتریكس پلیمری نیروهای برهم كنشی بین نانوذرات فلزی و زنجیرهای پلیمری بیشتر شده كه به استحكام فیزیكی فیلم منجر می‌گردد. اثر ضدمیكروبی در تمام نمونه‌های نانوكامپوزیتی مشاهده شد، ولی فیلم‌های نانوكامپوزیت حاوی خاك رس نوع كلویزیت 30ب اصلاح شده با یون مس اثر ضدمیكروبی بیشتری نسبت به فیلم‌های نانوكامپوزیتی حاوی مونت­موریلونیت اصلاح شده با مس و نیز نسبت به فیلم­های پلی­اتیلن خالص نشان داده‌اند. نتیجه گیری: فیلم‌های نانوكامپوزیتی در مقایسه با فیلم پلی‌اتیلنی خالص دارای خواص مكانیكی بهبود یافته و اثر ضدمیكروبی در مقابل  اشریشیا كلای و استافیلوكوكوس اورئوس بودند. همچنین اثر ضدمیكروبی این نانوكامپوزیت‌ها در باكتری‌های گرم منفی بیشتر از باكتری‌های گرم مثبت بود. واژگان كلیدی: خاك رس، فیلم بسته‌بندی، پلی‌اتیلن دانسیته سبك، خواص فیزیكی، مكانیكی و ضدمیكروبی

Background and Objectives: The aim of this study was to produce and investigate the physical, mechanical and antibacterial properties of low density polyethylene (LDPE) nanocomposite films incorporating Cu+2 modified via ion exchange reactions clay nanoparticles. Materials & Methods: Microstructure, physical, mechanical and antibacterial properties of LDPE-Cu modified clay nanoparticles were studied using X-ray florescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and scanning electron microscopy (SEM). Results: Presence and incorporation of Cu+2 in the interlayer space of clays and its distribution in polymeric matrix were confirmed by the FTIR and XRD tests. Investigating the Cu2+ ions incorporation into interlayer space of nanocomposites using the XRD showed a rather uniform distribution of the nanoparticles in polymeric matrix. A coarse and nonhomogenous distribution of nanoparticles in the nanocomposite microstructure compared to that of pure LDPE was shown by scanning electron microscopy (SEM). The results of mechanical tests showed an improved ʹtensile strengthʹ and ʹelongation at breakʹ properties of Cu2+-Cloisite 30B incorporated nanocomposites compared to those of pure LDPE. Incorporating metallic nanoparticles into LDPE matrix promotes polymeric chain-nanoparticles reaction, leading to improved mechanical strength in the resulting films. Microbial results showed antibacterial activity for all the nanocomposite films; however, this effect was pronounced for Cu+2-modified Cloisite 30B type films. Conclusion: Nanocomposites were effective against Escherichia coli and Staphylococcus aureus, and the antibacterial properties were more enhanced against gram-negative bacteria than those for gram-positive ones. Keywords: Clay, Cu, Film, LDPE, Physical, Mechanical antimicrobial properties