غشاهای نانوکامپوزیت بر پایه کربوکسی متیل سلولز

در این کار، غشاهای نانوکامپوزیتی آلی-معدنی شفاف با استفاده از فرآیند ریخته گری با استفاده از کربوکسی متیل سلولز (CMC) به عنوان ماتریس آلی و رس مصنوعی (لاپونیت) به عنوان تقویت کننده پرکننده ارگانیک تهیه شده است. در محدوده UV -vis تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی انتشار (FE-SEM) از فیلم های نانوکامپوزیت نشان دهنده پراکندگی همگن خاک رس در ماتریس پلیمری است.

غشای کربوکسی متیل سلولز

در نتیجه، خواص مکانیکی غشاها عمیقاً تحت تأثیر حضور خاک رس قرار می گیرد و با افزایش محتوای رس، مدول و مقاومت کششی افزایش می یابد.

از سوی دیگر، حداکثر مقدار کرنش زمانی کاهش می یابد که غلظت خاک رس بیش از ۱۰ درصد وزنی در مقایسه با غشای کربوکسی متیل سلولز باشد. خواص حرارتی لایه های کربوکسی متیل سلولز نیز تحت تأثیر وجود پلاکت های خاک رس است.

مرحله اصلی کاهش وزن نانوکامپوزیت ها در مقایسه با غشای CMC بکر به سمت دمای بالاتر منتقل می شود که نشان می دهد ذرات خاک رس قادر به محافظت از زنجیره های پلیمری در برابر تجزیه حرارتی و اکسیداتیو هستند. روند نفوذ پذیری بخار آب (Pw) همچنین کاهش این مقادیر را برای نانوکامپوزیت ها در زمانی که غلظت خاک رس زیاد است نشان می دهد و حداقل نفوذ پذیری آن را در ۱۷wt٪ درصد خاک رس را نشان می دهد.

نگرانی های زیست محیطی توجه محققان را به سمت جستجوی جایگزینی برای جایگزینی منابع پلیمری تجدید ناپذیر در نانوکامپوزیت ها، به ویژه منابع نفتی، جلب کرده است. آنها جایگزین جالبی برای جایگزینی منابع تجدید ناپذیر، به ویژه پلاستیک های نفتی هستند.

برخی از نمونه های بیوپلیمرهایی که برای این منظور در زمینه کامپوزیت ها استفاده شده اند عبارتند از نشاسته، سلولز، سلولز باکتریایی (BC) و کربوکسی متیل سلولز (CMC) و سایر موارد سلولز و مشتقات آن طبقه قابل توجهی از پلیمرهای زیستی هستند.

کربوکسی متیل سلولز یک پلیمر طبیعی

به ویژه کربوکسی متیل سلولز، یک پلیمر طبیعی مشتق شده از سلولز، یک پلی ساکارید خطی آنیونی معمولی و یک پلیمر مهم آزمایشگاهی با ویسکوزیته بالا و بدون اثرات مضر بر سلامت انسان است (هم غیر سمی و هم غیر حساسیت زا است) که به طور گسترده در لخته سازی، تحویل دارو، کاهش دارو، مواد شوینده، منسوجات، کاغذ، مواد غذایی، لوازم آرایشی،  دارویی و کامپوزیت ها استفاده می‌شود.

لایه های کربوکسی متیل سلولز معمولاً به دلیل وجود گروههای متعدد هیدروکسیل و کربوکسیلیک موجود در ساختار CMC دارای محتوای آب زیاد و خواص زیست تخریب پذیری خوبی هستند.

برخی از کاربردها شامل ارتباط با نشاسته است که ممکن است برای بهبود بافت، کنترل رطوبت و تحرک آب مفید باشد. کاربردهای دیگر مربوط به لایه های خوراکی زیست تخریب پذیر است، زیرا شامل کربوکسی متیل سلولز و پروتئین سویا (SPI) است.

پلیمرهای زیستی مانند CMC طیف وسیعی از کاربردها را در زمینه های مختلف دارند، اما خواص مکانیکی بسیار ضعیفی دارند. یک رویکرد رایج برای غلبه بر این عیب، تهیه مخلوط ها و کامپوزیت ها به منظور بهبود خواص مکانیکی آنها است.

به این ترتیب، نانوکامپوزیت های آلی – معدنی به یک موضوع مهم تبدیل می شوند، عمدتا نانو کامپوزیت ها با پرکننده های معدنی حاوی حداقل یک بعد در مقیاس نانومتری، مانند کانیهای خاک رس هستند. این نانوکامپوزیت های آلی – معدنی، هنگامی که توسط بیوپلیمرها ترکیب می شوند، باید در زندگی روزمره ما جایگزین پلیمرهای مصنوعی در زمینه های مختلف (صنعت، غذا، کامپوزیت ها) شوند.

رسهایی مانند بنتونیت معمولاً برای به دست آوردن نانوکامپوزیت های خاک استفاده می شوند. برخی از پلیمرهایی که اغلب در این آماده سازی استفاده می شوند عبارتند از پلی (متیل متاکریلات) (PMMA)، پلی (اتیلن ترفتالات) (PET)، پلی پروپیلن (PP)، رزین اپوکسی، پلی آمید، اتیلن وینیل استات (EVA) و بسیاری دیگر.

خاک رس مصنوعی لاپونیت کاربردهای وسیعی در صنعت، مهندسی، کشاورزی، داروسازی، جاذب و سرامیک دارد. علاوه بر این، از آنجا که رسهای مصنوعی عملاً عاری از ناخالصی های شیمیایی هستند، آنها را کاندیداهای بالقوه برای مطالعات نانوکامپوزیت پلیمر/رس می دانند. در ترکیب با کربوکسی متیل سلولز همه کاره، رسهای مصنوعی یک گزینه قابل اطمینان برای دستیابی به غشاهای جدید نانوکامپوزیت شفاف آلی-معدنی هستند.

نتیجه گیری

نانوکامپوزیت های کربوکسی متیل سلولز-لاپونیت با استفاده از افزایش مقادیر نانو پرکننده معدنی در ماتریس بیوپلیمری آلی با موفقیت تهیه شد. داده ها نشان می دهد که ساختار پلیمری کریستالی با افزایش مقدار خاک رس ایجاد می شود، که نشان دهنده یک مجموعه از زنجیره های آلی تحت بارهای زیاد رس است.

با این حال، الگوهای XRD اجازه نمی دهد لایه های تهیه شده را به عنوان نانوکامپوزیت های پلیمری-رس عمدتا لایه برداری یا بین لایه ای طبقه بندی کنند. برای اطلاعات بیشتر و آشنایی مقاله بالا را کامل مطالعه کنید.