مطالعه رفتار ‌‌زيست‌تخريب‌پذيري نانوكامپوزيت‌هاي پلي‌وينيل‌الكل- نانوكريستال سلولز

Biodegradation behaviors of cellulose nanocrystals -PVA nanocomposites

در این پژوهش رفتار زیست‌تخریب‌پذیری نانوكامپوزیت‌های پلی‌وینیل‌الكل- نانوكریستال سلولز موردمطالعه قرار گرفت. فیلم‌های نانوكامپوزیت‌های حاوی درصدهای مختلف نانوكریستال‌سلولز (3، 6، 9 و 12 درصد وزنی) توسط روش قالب‌ریزی حلال تهیه شد. تأثیر نانوكریستال‌سلولز بر روی زیست‌تخریب‌پذیری نانوكامپوزیت‌های موردمطالعه قرار گرفت. آزمون‌های جذب آب و حلالیت در آب با غوطه‌وری نمونه‌ها در آب مقطر انجام شد. ضریب انتشار و بیشینه جذب رطوبت از روی منحنی‌های جذب تعیین شد. مشخص شد كه رفتار جذب آب نمونه‌ها از قانون فیك تبعیت می‌كند. بیشینه جذب آب و ضریب انتشار نمونه‌ها با افزایش درصد نانوكریستال‌سلولز كاهش یافت؛ بااین‌وجود انحلال‌پذیری در آب افزایش نشان داد. زیست‌تخریب‌پذیری فیلم‌ها با غوطه‌وری نمونه‌ها در محلول آنزیمی سلولاز و دفن در خاك موردپژوهش قرار گرفت. نتایج نشان داد كه افزودن نانوكریستال‌سلولز موجب افزایش افت وزن نمونه‌ها در محیط آنزیمی و كاهش آن در محیط خاك می‌شود. تخریب محدود نمونه‌ها در محیط خاك به شكل‌گیری برهمكنش‌های قوی با مواد جامد خاك كه مانع دسترسی گروه‌های عاملی می‌شوند نسبت داده شد. نمونه‌های با درجه هیدرولیز پایین در هر دو محیط آنزیمی و خاك دچار تخریب شدید شدند، درحالی‌كه نمونه‌های با درجه هیدرولیز بالا تحت این شرایط در برابر زیست‌تخریب‌پذیری سرسختی نشان دادند.

In this research, biodegradation behaviors of cellulose nanocrystals-poly vinyl alcohol nanocomposites were investigated. Nanocomposite films with different filler loading levels (3, 6, 9 and 12% by wt) were developed by solvent casting method. The effect of cellulose nanocrystals on the biodegradation behaviors of nanocomposite films was studied. Water absorption and water solubility tests were performed by immersing specimens into distilled water. The characteristic parameter of diffusion coefficient and maximum moisture content were determined from the obtained water absorption curves. The water absorption behavior of the nanocomposites was found to follow a Fickian behavior. The maximum water absorption and diffusion coefficients were decreased by increasing the cellulose nanocrystals contents, however the water solubility decrease. The biodegradability of the films was investigated by immersing specimens into cellulase enzymatic solution as well as by burial in soil. The results showed that adding cellulose nanocrystals increase the weight loss of specimens in enzymatic solution but decrease it in soil media. The limited biodegradability of specimens in soil media attributed to development of strong interactions with solid substrates that inhibit the accessibility of functional groups. Specimens with the low degree of hydrolysis underwent extensive biodegradation in both enzymatic and soil media, whilst specimens with the high degree of hydrolysis showed recalcitrance to biodegradation under those conditions.