اثر پلاسمای سرد بر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی نانوکاغذ تهیه شده از نانوفیبر سلولز و نانوفیبر کیتین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و صنایع غذایی،,واحد ساری، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری، ایران

2 گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، ساری، ایران

3 عضو هئیت علمی گروه علوم و تکنولوژی چوب و کاغذ دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری

4 آزمایشگاه نانو،گروه چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، گرگان، ایران

10.22069/jwfst.2019.16086.1793

چکیده

سابقه و هدف :در دو دهه اخیر، استقبال به استفاده از محصولات زیستی افزایش یافته است. این مطالعه با هدف بررسی اثرات پلاسمای سرد بر خواص فیزیکی و مکانیکی نانوفیلم های تهیه شده از هیدروژل سلولز چوبی و باکتریایی و کیتین انجام شده است. بیوپلیمرهایی که از پلی‌ساکاریدها به دست می‌آیند به علت مزایایی که در محیط زیست دارند و تجزیه زیستی آن‌ها، به طور گسترده‌ای مورد ارزیابی و بررسی قرار گرفته اند. متصل گشته‌اند.
مواد و روش‌ها: نانوفیبرهای سلولز چوب سنتز مکانیکی(MCNF) به طور کلی به دلیل سازگاری زیستی، شکل پذیری،فراوانی در طبیعت، خواص ممانعتی عالی و هزینه کم به میزان فراوان مورد استفاده است. نانوفیبرهای سلولز باکتری (BCNF) یک پلیمر است که توسط میکروارگانیسم ها به وجود می‌آید. نانوسلولز باکتری خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی مخصوص خود را دارد. کیتین(ChNF) دومین پلیمر طبیعی بعد از سلولز است. کیتین دارای ظرفیت بالای تولید فیلم و خاصیت ضد میکروبی طبیعی دارد که آن را به ماده ای بالقوه برای بهبود ایده‌های جدید در زمینه ترکیبات ضد میکروبی، تبدیل کرده است. تیمار غیرحرارتی پلاسما(پلاسمای سرد)، یک روش مؤثر و گسترده برای اصلاح سطوح بسیاری از مواد است. در این مطالعه اثر پلاسمای سرد روی سه نوع نانوفیلم سلولز چوب سنتز مکانیکی، سلولز سنتز باکتری و کیتین را با 4 تیمار مختلف از پلاسمای سرد با زمان های در معرض قرار گرفتن 0، 3، 6 و 9 دقیقه مورد بررسی قرار گرفت. برای تولید فیلم‌ها از روش وکیوم فیلتراسیون استفاده می‌شود. خواص مورفولوژیکی نانوفیلم‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی تعیین می‌گردد. خواصی مثل ضخامت، وزن، دانسیته، ممانعت از نفوذ بخار آب، حلالیت در آب، رنگ سطحی فیلم ها، مقدار عبور نور و میزان شفافیت و خواص مکانیکی نانوفیلم ها نیز در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفتند.
یافته‌ها: عکس های میکروسکوپ الکترونی(SEM) ساختاری همگن و یکنواخت را در نانوفیلم سلولز باکتری نشان داد. سلولز باکتری با حذف ترکیبات و مولکول‌های با وزن مولکولی کم، تا حدی وزن نانوفیلم‌ها را کاهش می‌دهد. سلولز چوب سنتز مکانیکی دارای ساختار قوی تری نسبت به سایر نانوفیلم‌ها را دارا است، و برای پارگی بافت نیاز به نیروی بیشتری است. نانوفیلم کیتین دارای ساختار متخلخلی است در حالی که نانوفیلم‌های سلولز دارای ساختاری همگن و یکنواخت است. پلاسمای سرد باعث کاهش وزن، چگالی ، حلالیت در آب، انتقال نور و ... می‌شود. نانوفیلم های کیتین دارای حداکثر افزایش طول (63/0 میلی‌متر)، استرس قابل تحمل (99/50 مگاپاسکال)، مدول الاستیک و مقاومت در برابر کشش است. هنگامی که نانوفیلم به مدت زمان طولانی در معرض پلاسمای سرد قرار گیرد، مدول الاستیسیته آن به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.
نتیجه گیری: اعمال تیمار پلاسمای سرد اتمسفری منجر به افزایش مقاومت به نفوذ بخار آب و تولید ترکیبات قطبی می‌شود و همچنین باعث به وجود آمدن اتصالات عرضی در سطح فیلم می‌شود. در کل اعمال پلاسمای سرد باعث بهبود بسیاری از پارامترهای نانوفیلم می-شود ولی برخی دیگر را کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of cold plasma on the physical and mechanical properties of nanopapers prepared with cellulose and chitin nanofibers

نویسندگان [English]

  • Hesamoddin Jannat amani 1
  • Ali Motamedzadegan 2
  • Mohammad Farsi 3
  • Hossein Yousefi 4
1 Department of Food Science and Technology management, Sari Branch, Islamic Azad University, Sari, Iran
2 b) Department of Food Science and Technology, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources
3 Department of Wood and Paper Science and Technology, Sari Branch, Islamic Azad University, Sari, Mazandaran, Iran
4 Laboratory of Sustainable Nanomaterials, Department of Wood Engineering and Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, 4913815739 Gorgan, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: The last two decades witnessed more interest for using bio-based products. This study was aimed at studying and comparing the effects of cold plasma on the physical and mechanical properties of nano-films prepared from wood-driven and bacterial cellulose nano-fiber hydrogels. Biopolymers of polysaccharides have been widely evaluated due to their advantages in eco-friendliness and biodegradability.
Materials and methods: Cellulose-based materials are generally utilized as a result of their biocompatibility, edibility, plenitude in nature, excellent barrier properties and low cost. Bacterial Cellulose Nano-fiber (BCNF), a biopolymer combined by microorganisms. BCNF has special physical, mechanical, and chemical properties. Chitin, the second amplest normal polymer after cellulose. The great capacity of film framing and natural antimicrobial movement of chitin makes its potential promising for improving the most up to date antimicrobial bundling ideas. Non-thermal plasma treatment is an effective and broadly utilized method for fitting the surface of materials' wide assortment. The effect of cold plasma on the properties of films prepared from wood driven and bacterial cellulose nano-fibers as well as chitin nano-fiber hydrogels has been evaluated in this study. The different mentioned nano-films were exposed to cold plasma at four-time levels of 0, 3, 6 and 9 minutes. Nano-films product with vacuum filtration method. Morphologic properties of nano-films studied with Scanning electron microscope. In this study nano-films properties consist of thickness, weight, density, water vapor permeability (WVP), water solubility, nano-films surface color, light transmission and transparency, films mechanical properties were measured.
Results: SEM photography showed the homogeneous and uniform structure of bacterial cellulose. Plasma treatment removes loosely bound low molecular weight fragments. Wood cellulose had the strongest structure compared to other nano-films, and it needed a higher peak force for the breakdown. Chitin nano-films had the porous structure. Cold plasma decreased weight, density, solubility, light transmission and etc. of films but it increased their water content. Chitin nano-films had a higher extension (0.63mm), tolerable stress (50.99MPa), elongation (2.12%), elastic modulus and tensile strength. When nano-films were exposed to the cold plasma for a long time, their elastic modulus was decreased considerably. Using mechanical and bacterial synthesized cellulose, Nano-films had the highest and lowest TS mean, respectively. Nano-films without exposure to cold plasma had the highest TS means. When nano-films were exposed to cold plasma, their TS values were decreased.
Conclusion: Atmospheric cold plasma treatment resulted in enhanced water vapor hindrance and mechanical properties films appropriate to the polar group and crosslinking site organization on the film's surface and besides increase surface roughness.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Mechanically isolated cellulose nanofibers"
  • "bacterial cellulose nanofibers"
  • "chitin nanofibers"
  • "nanopaper"
  • "cold plasma "