تهيه هيدروژل نانو كامپوزيت پلي وينيل الكل/نانو رس

synthesis of nanocomposites hydrogel poly(vinyl alcohol)/nanoclay

هدف بررسي خواص مورفولوژي و استحكام هيدروژل‌ها در حضور نانو رس و بررسي رهايش كود است. ابتدا هيدروژل‌ها با درصدهاي متفاوت از شبكه ساز به پلي وينيل الكل تهيه شد و رفتار تورم آزاد و تحت بار آن‌ها بررسي شد. سپس از نانو رس مونت موريلونيت در اين سيستم استفاده شد. يك هيدروژل كشاورزي بايد تورم مناسب و استحكام كافي را داشته باشد. از طرفي با در نظر گرفتن رهايش كنترل‌شده كود، بايد يك موازنه بين خواص نامبرده شده ايجاد شود. بنابراين در اين پروژه استفاده از هيدروژل نانو كامپوزيت 5/0درصد با بارگذاري كود، رفتار آهسته رهش مناسب‌تري نسبت به عدم بارگذاري نانو رس را داشته است. هرچند تورم آن نسبت به هيدروژل كمتر است. اما تفاوت چشمگير نيست. همچنين نسبت به نانو كامپوزيت 1% داراي تورم بسيار بالاتري است. اين موارد موجب شده است كه براي كاربرد كشاورزي با چند جنبه متفاوت بهترين گزينه هيدروژل نانو كامپوزيت 5/0 درصد باشد. نتايج SEM تخلخل نمونه‌ها را به‌درستي تائيد مي‌كند. نتايج EDX پراكنش مناسب نانو رس و كود را تائيد مي‌كند. از نتايج TGA مقدار بارگذاري كود تعيين گرديد و تأثير بارگذاري نانو رس اثبات شد. نتايج DSC نيز تكميل‌كننده نتايج تورم با توجه به Tg نمونه‌ها و آزادي حركت زنجيرها، قرار گرفت. كلمات كليدي: هيدروژل، پلي وينيل الكل، نانو رس، رهايش كود

The purpose of this study is to investigate the structure of the morphology, their strength under loading with and without nano clay content, and the release of potassium phosphate fertilizer by the hydrogels. In this project, PVA/nano clay hydrogel nanocomposite was prepared and then the properties were investigated. Accordingly, first samples with different cross-linker contents were prepared and their swelling behavior was investigated under loading. Then, montmorillonite nano clay was used in this system. Results for swelling under loading showed that the swelling was maximum for 0.5 wt% nano clay content. Finally, the release behavior of the fertilizer was investigated after loading it into the hydrogels. When nano clay particles are loaded in the network, the release behavior is controlled and the rate is slow which is more desirable for agricultural application as it prevents the fertilizer being wasted, and environmental contamination, and also improves the efficiency of the seed. Agricultural hydrogels need to have appropriate swelling and sufficient strength. On the other hand, considering the controlled release of the fertilizer, a compromise needs to be formed between the properties mentioned above. Therefore, for the purpose of this study, using a 0.5 wt% potassium phosphate fertilizer loaded hydrogel nanocomposite, leads to more desirable extended release compared to no nano clay loading. Although the swelling ratio is smaller, it is not negligible. In addition, the swelling ratio is considerably higher compared to the 1 wt% nanocomposite. Regardedly, these factors and different aspects make the 0.5 wt% nanocomposite hydrogel the best sample for the agricultural application. SEM results approve the porosity and EDX results approve the appropriate dispersion of nano clays and the fertilizer in the samples. The loading content of the fertilizer is measured using TGA and the effect of nano clay is proved. The results of DSC analysis accommodates the results of swelling ratio considering the Tg of samples and the freedom of movements of chains. Results driven by these studies can be utilized in the design and preparation of agricultural hydrogels.