مقايسه نفوذ پذيري، زاويه تماس و ويژگي هاي گرمايي نانو چندسازه هاي بر پايه كربوكسي متيل سلولز داراي دو نوع نانو پركننده: نانو رس و نانو ويسكر سلولز

Comparing Permeability, Contact Angle and Thermal Properties of Carboxymethyl Cellulose based Nanocomposite Containing Two Types of Nanofillers: Nanoclay and Cellulose Nanowhiskers

كربوكسي متيل سلولز، پلي ساكاريدي است كه توانايي تشكيل فيلم هاي شفاف و به نسبت مقاوم را داراست. نانو رس (مونت موريلونيت) و نانوويسكر سلولز دو نوع نانوپركننده به ترتيب با اشكال هندسي ورقه اي و ميله اي مي-باشند كه اولي ماده اي تجديد ناپذير و زيست تخريب ناپذير و دومي تجديد پذير و زيست تخريب پذير است. در حال حاضر، نانو بلور سلولز به صورت صنعتي توليد نمي شود و در اين پژوهش اين ماده از لينتر پنبه توليد شد و نتيجه-هاي آزمون ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) و ميكروسكوپي عبوري (TEM) نشان داد كه سوسپانسيون نانوويسكر سلولز توليد شده، داراي ذره هاي ميله اي شكل با طول ميانگين nm 240 و قطر ميانگين nm 13 است. در اين پژوهش، فيلم هاي نانو چند سازه اي كربوكسي متيل سلولز (CMC) - پلي وينيل الكل (PVA) ، داراي مقدارهاي 3 تا 10% نانوپركننده، با استفاده از روش قالب ريزي توليد شده و خواص فيزيكي فيلم هاي توليد شده مورد مقايسه قرار گرفتند. نانو چندسازه هاي زيستي داراي 10% نانوويسكر سلولز، 21/28% كاهش در نفوذ پذيري نسبت به بخار آب (WVP) در فيلم شاهد (بدون نانو پركننده) را نشان دادند. نمونه هاي داراي 7% نانو ويسكر سلولز كمترين آب دوستي سطحي ( با زاويه ي تماس اوليه برابر با 3/59 درجه) نشان دادند. از سوي ديگر نانو چندسازه هاي داراي 10% مونت موريلونيت، 06/29% كاهش در نفوذ پذيري نسبت به بخار آب (WVP) را نسبت به فيلم شاهد نشان دادند. كمترين ويژگي آب دوستي سطحي در فيلم هاي داراي 10% مونت موريلونيت با زاويه ي تماس اوليه برابر با 1/65 درجه ديده شد. اختلاف معني دار در WVP و آب دوستي سطحي بين دو نوع فيلم نانو چندسازه فقط به ترتيب در مقدار 3 و 10% نانوذره در سطح احتمال (05/0P < ) توسط آزمون دانكن ديده شد. نتيجه هاي كالريمتري روبشي ديفرانسيلي (DSC) نيز افزايش دماي انتقال شيشه اي (Tg) هر دو نوع فيلم نانو چندسازه را در مقايسه با فيلم بدون پركننده نشان داد و در مقدارهاي بيشتر نانوذره تغيير انتقال شيشه اي قابل ديدن نبود و هر دو نوع نانوذره موجب كاهش دماي ذوب فيلم ها شدند.

Carboxymethyl cellulose is a polysaccharide which forms strong and clear films. Montmorillonite and cellulose nanowhiskers are two types of nanoparticles with sheet and rod geometric shapes, respectively. Montmorillonite is nonrenewable and non biodegradable and cellulose nanowhiskers are renewable and biodegradable filler. Cellulose nanowhiskers are not produced commercially and in this research we prepared them from cotton linter. Atomic Force Microscopy (AFM) and Transmission Electron Microscopy (TEM) indicated that the prepared nonowhiskers suspernsion having an average length of 240 nm and diameter of 13 nm respectively. In this study, carboxymethyl cellulose (CMC)-Polyvinyl alcohol (PVA) nanocomposite films, containing 3-10% nanoparticles (W/W CMC), were prepared by casting method and their physical properties were compared. In comparison to control film, 28.21% reduction in Water Vapor Permeability (WVP) was observed in the films containing 10% Wt cellulose nonowhiskers and samples with 7% cellulose nanowhiskers, whowed the lowest surface hydrophilicity (contact angle = 59.28°). On the other hand, nanocomposite containing 10% montmorillonite exhibited 29.06% reduction in WVP compared to the control film samples with 10% montmorillonite, shwed the lowest surface hydrophilicity (contact angle = 65.09°). Significant difference in WVP value and contact angle of two types of nanocomposit only observed at 3 and 10% content of nanoparticles, respectively, by Duncan test (P < 0.05). Differential Scanning Calorimetry (DSC) results indicated that the incorporation of nanoparticles caused and increase in glass transiton temperature (Tg) of the resulted nanocomposite films. The glass transition ddisappeared gradually and no glass transition was observed in the thermograms of the films containing higher amount of nanoparticles. Adding of nanoparticles caused to decrease in melting point of the both type of films.