26554

شبيه سازي و سنتز نانوكامپوزيت اكسيد گرافن/پلي لاكتيك اسيد زيست تخريب پذير و بررسي كاهش عبورپذيري گاز اكسيژن و بخارآب در فيلم هاي بسته بندي

كارشناسي ارشد

مهندسي نانوفناوري

1398

1400/12/18

سيدمرتضي نقيب

فناوري هاي نوين

امروزه توسعه ي غشاهاي نازك پايه پليمري با خاصيت بهينه ي انسدادي يكي از چالش هاي اساسي موجود در بحث بسته بندي مواد مي باشد. در اين پژوهش نفوذ گاز در سامانه هاي پليمري و بهبود خواص انسدادي اين سامانه ها از طريق افزودن نانوساختارها به عنوان جزء تقويت كننده و ساخت يك غشاي نانوكامپوزيتي مورد مطالعه گرفته است. در اين راستا در بخش اول پژوهش غشاهاي زيست تخريب پذير پلي لاكتيك اسيد/اكسيد گرافن با درصدهاي وزني متفاوتي از نانوصفحات اكسيد گرافن به روش اختلاط محلول تهيه شدند. در بررسي هاي تجربي از آزمون هاي طيف سنجي پراش اشعه ي ايكس، اندازه گيري زاويه ي تماس، توزين حرارتي، بررسي اثر ضدباكتريايي و ميكروسكوپ الكتروني روبشي استفاده شد تا تاثير حضور نانوصفحات اكسيد گرافن بر خواص غشاي پلي لاكتيك اسيد مورد مطالعه قرار گيرد. در بخش دوم پژوهش تاثير حضور نانوصفحات اكسيد گرافن بر كاهش نفوذ مولكول هاي اكسيژن و بخار آب در غشاي پلي لاكتيك اسيد/اكسيد گرافن با استفاده از شبيه سازي ديناميك مولكولي و توسط نرم افزار materials studio مورد تحقيق و بررسي قرار گرفت. بر اساس نتايج حاصل در اين پژوهش، افزودن نانوصفحات اكسيد گرافن به زمينه ي پلي لاكتيك اسيد، مي تواند به عنوان عامل هسته زا عمل نمايد و بنابراين بلورينگي آن را بهبود بخشد. از سوي ديگر افزودن اكسيد گرافن سبب افزايش خاصيت آب دوستي در يك غشا مي شود. بر اساس نتايج حاصل از توزين حرارتي مشخص شد كه اكسيد گرافن پايداري حرارتي يك غشا را بهبود مي بخشد، به طوريكه تخريب حرارتي ماده از دماي بالاتري آغاز خواهد شد. به علاوه بر طبق نتايج حاصل از ريزبين الكتروني روبشي، در حضور اكسيد گرافن سطح شكست تردي را در غشا شاهد خواهيم بود. علاوه بر موارد ذكر شده، اكسيد گرافن مي تواند به ميزان قابل توجهي خاصيت ضدباكتريايي در غشا با زمينه ي پلي لاكتيك اسيد ايجاد نمايد به طوري كه غشاي حاصل در اين پژوهش از خاصيت ضدباكتريايي مناسبي در برابر باكتري استافيلوكوكوس اورئوس برخوردار بود. مطابق با نتايج حاصل از شبيه سازي ديناميك مولكولي نيز مشاهده شد كه اكسيد گرافن از عبور مولكول هاي گازي به نحو احسنت جلوگيري مي نمايد و به مانند سد دربرابر نفوذ عمل مي نمايد. به طوريكه ضريب نفوذ گاز در عبور مولكول گازي به درون غشاي پلي لاكتيك اسيد/اكسيد گرافن، و به هنگام تماس با نانوصفحات اكسيد گرافن از 〖10〗^(-7) (cm^2)/s به صفر مي رسد و مولكول گازي مجبور به دور زدن اكسيد گرافن (به¬عنوان سد نفوذي) براي نفوذ مي شود. در نتيجه ايجاد دو مورد مهمِ خاصيت ضدباكتريايي و خاصيت انسدادي در غشاي پلي لاكتيك اسيد/اكسيد گرافن، اين غشا را به يك گزينه ي مناسب براي توسعه ي فيلم هاي بسته بندي تبديل مي نمايد، كه كيفيت، تاخير در فساد و افزايش زمان ماندگاري مواد موجود در بسته بندي را بهبود خواهد بخشيد. واژه هاي كليدي: غشاي پلي لاكتيك اسيد/اكسيد گرافن- خاصيت انسدادي- خاصيت ضدباكتريايي- شبيه سازي ديناميك مولكولي- ضريب نفوذ

1401/03/01

Simulation and synthesis of graphene oxide/biodegradable poly(lactic acid) nanocomposite and investigation of permeability of oxygen and water vapor through packaging films

3/9/2023 12:00:00 AM

The developing of polymer packaging for preservation of sensitive electronic devices and perishable goods such as beverage and foods is one of the main challenges in market area. In this area, high barrier performance of packaging products not only contributes to reducing the possibility of material spoilage but also leads to increasing customer satisfaction. However, high barrier properties against gases like oxygen, water vapor and organic vapors cannot be met by these polymers; so optimization of barrier properties of polymer packaging materials plays an important role in packaging industry. A simple and inexpensive way to enhance the barrier properties of polymers for air sensitive packaging product and longer shelf life of materials during storage is addition of a low concentration of inorganic nanomaterials in polymeric matrix. In this research, to improve the gas barrier properties and antibacterial of biodegradable poly(lactic acid) (PLA) film, grapheme oxide (0.1 wt%, 0.3 wt%, 0.5 wt%) were incorporated into PLA via solution blending method. Subsequently, we investigated the effects of loading of the grapheme oxide nanosheets on the wettability, thermal stability, morphology and antibacterial properties of the resultant nanocomposites. In the next part of the research, the effect of the presence of GO nanosheets on the barrier properties against moisture and oxygen in PLA/GO nanocomposite were assessed via molecular dynamics simulation using materials studio software. As result, the nanocomposites showed better gas and vapour barrier properties than neat PLA. They also displayed strong antibacterial effect against staphylococcus aureus. This bio-based nanocomposite with good barrier properties and antimicrobial activity offers new perspectives for the replacement of traditional petroleum-based synthetic polymers currently used for food packaging. Keywords: PLA/GO nanocomposite, Barrier properties, Antibacterial, Molecular dynamics simulation, Diffusion coefficient

غشاي پلي لاكتيك اسيد/اكسيد گرافن , خاصيت انسدادي , خاصيت ضدباكتريايي , شبيه سازي ديناميك مولكولي , ضريب نفوذ

PLA/GO nanocomposite , Barrier properties , Antibacterial , Molecular dynamics simulation , Diffusion coefficient

Shadi Zarshad

Seyed Morteza Naghib