بررسی ویژگی‌های مقاومتی و ممانعتی فیلم‌های بیونانو کامپوزیتی‌ کربوکسی متیل کیتوسان / صمغ گوار/ نانوکریستال‌ سلولز

سابقه و هدف: استفاده از پلیمرهای با مشتقات نفتی در صنعت بسته‌بندی، به دلیل زیست ‌تخریب‌ناپذیر بودن، باعث ایجاد مشکلات زیست‌محیطی شده است. توسعه بسته‌بندی فعال و زیست‌تخریب‌پذیر با پوشش‌دهی زیست پلیمرها روی مواد بسته‌بندی امکان‌پذیر است. در این پژوهش سعی شده از مواد زیست‌تخریب‌پذیر که به‌راحتی پس از استفاده در محیط‌زیست 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 بررسی شد. مواد و روش­ها: پودر کربوکسی متیل کیتوسان و صمغ گوار خالص شده به‌صورت جداگانه همراه با گلیسرول (40 درصد وزنی بیوپلیمرها) به‌عنوان نرم‌کننده در آب مقطر حل شدند. سپس محلول‌های تشکیل‌دهنده بیوکامپوزیت را روی همزن مغناطیسی به ترتیب به مدت 120 و 90 دقیقه حرارت داده تا بیوپلیمرها به‌طور کامل حل گردیدند. در پایان به مدت ۳۰ دقیقه برای خنک شدن و خروج کامل حباب‌های هوا به حالت ساکن قرار گرفتند. همچنین سوسپانسیون نانوکریستال‌ سلولز (3، 6 و 9 درصد نسبت به بیوپلیمرها) را که از حل نمودن در آب مقطر توسط دستگاه فراصوت در مدت 3 دقیقه تهیه شده 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 به‌طور کامل حل گردید. سپس به‌منظور خنک شدن و خروج کامل حباب‌های هوا، به مدت ۳۰ دقیقه به حالت ساکن قرار داده شد. در پایان آن را سانتریفوژ کرده و به‌مدت 2 دقیقه برای خروج کامل حباب‌های هوا به حالت ساکن قرار دادیم. درنهایت ۲۵ گرم از ژل داخل پتری‌دیش پلی‌استایرنی با قطرcm  ۱۰ ریخته شد و پتری‌دیش‌ها 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 مطالعه شدند. نتایج: نتایج حاصل از اندازه‌گیری 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 است. 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 منشأ بلورینش منجر به تردتر شدن و کاهش انعطاف‌پذیری 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 برهم‌کنش‌های هیدروژنی بین اجزای این ماتریس با نانو ذرات 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 مانند ساختار کریستالی‌ و طبیعت آب‌گریز فیبرهای سلولزی، کاهش خلل و فرج و کاهش ضریب نفوذ مولکول‌های بخار کاهش یافت و بهترین نفوذناپذیری را فیلم‌های (6%/50/50) CMCh/ PGG/ NCC به دلیل پخش یکنواخت نانو ذرات دارند. نتیجه‌گیری: مطابق نتایج، با افزودن نانوکریستال‌ سلولز به سوسپانسیون کامپوزیتی، مقاومت به کشش، مقاومت به حلالیت در آب و نفوذناپذیری 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 حضور6٪  نانوکریستال‌ سلولز به دست آمد.