بررسی تاثیر نانوذرات بر خواص مکانیکی بیوکامپوزیت‌های پایه کیتوزان

نوع مقاله: تالیفی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی

2 گروه طراحی جامدات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی

3 رئیس سازمان پژوهش های علمی وصنعتی ایران

چکیده

بیوپلیمرها جایگزین امیدوار کننده‌ای برای پلیمرهای پایه نفتی محسوب می‌شوند. زیرا آنها می‌توانند تا حد زیادی وابستگی به نفت و در نتیجه، آلودگی محیط زیست را کاهش دهند. کیتوزان به عنوان یکی از فراوان‌ترین زیست‌بسپارها (بیوپلیمر) در طبیعت، دارای خصوصیات منحصربه فردی، از جمله تجدیدپذیری، زیست‌تخریب پذیری، غیرسمی بودن و عملکردی فوق‌العاده از لحاظ تشکیل فیلم است. این خصوصیات موجب شده که این زیست‌بسپار، پتانسیل استفاده در پوشش مواد غذایی برای افزایش طول عمر مفید و استفاده در صنایع نساجی، داروسازی و کاغذ سازی را به خود اختصاص دهد. این نوع فیلم‌های پلی‌ساکاریدی، بهعلت ماهیت هیدروفیلیکی‌شان(آب دوستی)، ویژگی‌های مکانیکی ضعیفی دارند که کاربرد آنها را محدود می‌کند. افزودن نانو موادپایه بیوپلیمری، که بهعنوان فیلم‌های نانوکامپوزیت شناخته می‌شوند، یکی از روش‌های مؤثر در بهبود خواص مکانیکی درفیلم های بیوپلیمری است. دراین راستا، هدف این پژوهش، بررسی تاثیر نانوپرکننده‌ها با درصدهای وزنی مختلف بر خواص مکانیکی فیلم‌های بر پایه کیتوزان است. نانوذراتی همچون گرافن، نانوتیوب کربن، خاک‌رس و سلولز که به عنوان تقویت کننده فاز پلیمری برای ساخت کامپوزیت مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این تحقیق، مشاهده شد که خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های پایه کیتوزان به سه عامل اصلی وابسته است. از جمله می‌توان خواص ماتریس پلیمری و فاز نانو تقویت کننده، به همراه فصل مشترک پرکننده و ماتریس پلیمری اشاره کرد. افزون بر این، برای یک فاز نانو تقویت کننده خاص و ماتریس پلیمری، خواص نانوکامپوزیت پلیمری به پراکندگی و پراکنش نانوذرات در سطح فاز ماتریس پیوسته وابستگی زیادی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Nanoparticles on Mechanical Properties of Chitosan-Based Biocomposites

نویسندگان [English]

  • Hamidreza Talebi 1
  • Faramarz Ashenai Ghasemi 2
  • Alireza Ashori 3
1 Shahid Rajaee Teacher Training University
2 Solids Desighn Department, Mechanical Engineering Faculty, Shahid Rajaee Teacher Training University
3 Head of Iranian Research Organization for Science and Technology
چکیده [English]

Biopolymers are considered to be the most promising alternatives to petroleum-based polymers, because they can greatly reduce the dependence on petroleum and reduce environmental pollution. Chitosan as one of the most abundant bio-polymers in nature, has got unique properties, including renewable, biodegradable, non-toxic, and excellent performance in terms of film formation. These properties have potentially made this biopolymer so useful in coatings to enhance shelf life of foods, textile, pharmaceutical, and papermaking. Due to the hydrophilic nature, such polysaccharide films show poor mechanical properties that limits its application. Incorporating nano-materials into the basic biopolymer, known as nano-composite films, is one of the promising methods to improve mechanical properties of biopolymer-based films. In this regard, the purpose of this study is to investigate the effect of different concentrations of nanofiller on the mechanical properties of chitosan films. The nanoparticles such as graphene, carbon nanotub, nanoclay and nanocellulose used to make composites that are used as reinforcement. It was observed that the mechanical properties of chitosan based nanocomposites depend on three major factors, such as properties of polymer matrix and nano-reinforcing agent, together with interfacial interaction between filler surface and matrix polymer. Further, for a specific nano-reinforcement and matrix polymer, the properties of a polymeric nanocomposites are very much dependent on the dispersion and distribution of nanomaterials in the continuous matrix phase.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chitosan
  • Graphene
  • Carbon Nanotub
  • Nanoclay
  • Nanocellulose