26918

ساخت و بررسي خواص مكانيكي و حرارتي نانوكامپوزيت¬هاي كراتين/نانوذرات سلولز

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- مهندسي پليمر

1398

1401/4/25

محمد رضا مقبلي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در سال¬هاي اخير ساخت بايوكامپوزيت¬هاي سازگار با محيط زيست بخصوص بايوكامپوزيت¬هايي كه از مواد دور ريز و ضايعات ساخته شده باشند مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته¬¬اند. در اين پژوهش كراتين با استفاده از روش سبز(با استفاده از ال-سستئين بعنوان عامل كاهنده) استخراج شد و به وسيله گلوتارآلدهيد و نانوبلور¬هاي ¬سلولز (CNC) و نانوبلور¬هاي سلولز عامل¬دار (FCNC)، فيلم شبكه¬اي شده ساخته شد. براي عامل¬دار كردن نانوذرات CNC و ايجاد گروه آمين(NH2) بر روي سطح آن¬ها از 3-آمينوپرپيل¬تري¬اتوكسي سيلان(APTES) استفاده شد. براي شناسايي نانوبلور¬هاي CNC و نانوبلور¬هاي FCNC و فيلم¬هاي كراتيني از آزمون¬هاي ميكروسكوپ‌ الكتروني روبشي انتشار ميداني (FE-SEM)، طيف‌سنجي فروسرخ تبديل فوريه (FTIR)، تجزيه و تحليل حرارتي (TGA)، تجزيه و تحليل پراش اشعه ايكس (XRD)، زاويه تماس با قطره آب، آزمون¬هاي مكانيكي، جذب آب و عبور دهي بخار آب(WVP) استفاده شد. گروه¬هاي آمين(NH2) نانوذرات FCNC با موفقيت به وسيله گلوتارآلدهيد به زنجيره پليمري كراتين وصل شدند. اتصال نانوذرات عامل¬دار با زمينه¬ي پليمري باعث بهبود خواص سطحي و ايجاد پل بر روي ترك¬هاي زمينه¬ي پليمري و انتقال تنش از زمينه¬ي پليمري به نانوذرات و ميرا شدن تنش در اين بايوكامپوزيت¬ها شد. با اضافه كردن 3% نانوذرات عامل¬دار به فيلم كراتين شبكه¬اي شده ميزان مقاومت در برابر تنش و مدول كششي به ترتيب 04/21 و 324/892 مگا پاسگال شد كه اين مقادير براي فيلم كراتيني شبكه¬اي شده بدون نانوذره به ترتيب 03/6 و 56/102 مگاپاسگال بود. ميزان جذب آب فيلم¬هاي شبكه¬اي شده بدون نانوذره و 3% FCNC به ترتيب 28% و 18% بود كه نشان دهنده ساختار منسجم، متراكم¬تره و آبگريز¬تر اين بايوكامپوزيت است. اين روش تقويت فيلم كراتين به وسيله نانوذرات سلولز عامل¬دار باعث افزايش كارايي فيلم كراتين در زمينه¬هاي بسته¬بندي، غشاء، مهندسي بافت، و حتي دارو رساني خواهد شد.

1401/06/14

Fabrication and investigation of mechanical and thermal properties of keratin/cellulose nanoparticles nanocomposites

7/16/2023 12:00:00 AM

In recent years, the development of environmentally friendly biocomposites, especially biocomposites made from waste materials, have been considered by researchers. In this study, keratin was extracted using the green method (using L-cysteine as a reducing agent) and a crosslinked film was made with glutaraldehyde and functionalized nanocrystals. 3-Aminopropyl triethoxy silane (APTES) was used to create the amine group (NH2) on the surface of cellulose nanocrystals (CNC). To characterization CNC nanoparticles, modified cellulose nanocrystals (FCNCs) and keratin films were used from field diffusion scanning electron microscopy (FE-SEM) tests, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, thermal analysis (TGA) X-ray diffraction (XRD) analysis, water droplet contact angle, mechanical tests, water uptack and water vapor permeability (WVP). Amine (NH2) groups of FCNC nanoparticles were successfully attached to the keartin polymer chain by glutaraldehyde. Bonding of functionalized nanoparticles with polymer matrix improved the surface properties and created a bridge over the polymer matrix cracks and transferred stress from the polymer matrix to the nanoparticles and damped the stress in these biocomposites. By adding 3% functionalized nanoparticles to the crosslinked keratin film, the stress resistance and tensile modulus were 21.04 and 892.324 MPa, respectively, which are this values for the crosslinked keratin film without nanoparticles, respectively it was 6.03 and 102.56 MPa, respectively. The water uptak rate of crosslinked films without nanoparticles and 3% FCNC was 28% and 18%, respectively, indicating a more cohesive, denser and more hydrophobic structure of this biocomposite. This method of enhancing keratin film with functionalized cellulose nanoparticles will increase the efficiency of keratin film in the fields of packaging, membrane, tissue engineering, and even drug delivery.

بايوكامپوزيت , كراتين , نانوذرات اصلاح شده , سيلاني كردن , عامل¬دار كردن

Biocomposite , keratin , modified nanoparticles , silanization , functionalizing

Kamran Sabzi

Dr. Moghbeli