اثر پلاسمای سرد بر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی نانوکاغذ تهیه شده از نانوفیبرهای سلولز و کیتین

سابقه و هدف: نانوفیبرهای سلولز چوب سنتز مکانیکی (mcnf) و نانوفیبرهای سلولز باکتری (bcnf) نانوفیبر کیتین،(chnf) از جمله نانوپلی ساکاریدهایی هستند که به دلیل سازگاری زیستی، خواص ممانعتی (ممانعت از نفوذ بخار آب، اکسیژن و ...)، خواص مکانیکی بالا و هزینه کم ماده اولیه در دو دهه گذشته مورد توجه و استفاده پژوهشگران قرار گرفتند. تیمار غیرحرارتی پلاسما (پلاسمای سرد)، یک روش موثر برای اصلاح سطوح بسیاری از مواد است. در این مطالعه تاثیر پلاسمای سرد بر روی سهنوع نانوکاغذ تهیه شده از نانوفیبرسلولز چوب سنتز مکانیکی، نانوفیبرسلولز سنتز باکتریایی و نانوفیبرکیتین مورد بررسی قرار گرفت.مواد و روش ها: جهت بررسی اثر پلاسمای سرد بر نانوکاغذهای ذکرشده، چهار زمان مختلف 0، 3، 6 و 9 دقیقه به عنوان زمان تیمار انتخاب شد. نانوفیبر سلولز چوب، نانوفیبر سلولز باکتری و نانوفیبر کیتین به صورت ژل از شرکت نانو نوین پلیمر تهیه گردید. برای تولید نانوکاغذها از روش وکیوم فیلتراسیون استفاده شد. خواص مورفولوژیکی نانوکاغذها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی (sem) تعیین گردید. نفوذ بخار آب، حلالیت در آب، رنگ سطحی کاغذها، میزان شفافیت و خواص مکانیکی نانوکاغذها در این مطالعه نیز مورد بررسی قرار گرفتند.یافته ها: عکس های میکروسکوپ الکترونی (sem) نشان داد که متوسط قطری نانوکاغذها mcnf و bcnf و chnf به ترتیب برابر با 35، 48 و 26 نانومتر بود. تیمار پلاسما در کل سبب روشن تر شدن رنگ نمونه ها گردید. در اثر تیمار پلاسمای سرد، نفوذپذیری به بخار در نمونه های با تیمار دارای زمان های کم، کاهش و در تیمارهای با زمان های بیش تر اغلب افزایش یافت. تیمار پلاسمای سرد بر حلالیت در آب نمونه ها تاثیر معنی داری نداشت. بیش ترین میزان شفافیت مربوط به نمونه های با3 دقیقه تیمار پلاسما بود. در مقاومت به کشش نمونه ها نیز تیمار پلاسمای سرد سبب افت مقاومت ها و کرنش گردید.نتیجه گیری: به طورکلی در زمان های کم تیمار با پلاسمای سرد خواص نمونه ها بهبود یافت منتهی با افزایش زمان تیمار در اکثر موارد ویژگی های نمونه ها افت کردند.

Effect of cold plasma on the physical and mechanical properties of nanopapers prepared with cellulose and chitin nanofibers

Background and objectives: The last two decades witnessed more interest for using biobased products. This study was aimed at studying and comparing the effects of cold plasma on the physical and mechanical properties of nanofilms prepared from wooddriven and bacterial cellulose nanofiber hydrogels. Biopolymers of polysaccharides have been widely evaluated due to their advantages in ecofriendliness and biodegradability.Materials and methods: Cellulosebased materials are generally utilized as a result of their biocompatibility, edibility, plenitude in nature, excellent barrier properties and low cost. Bacterial Cellulose Nanofiber (BCNF), a biopolymer combined by microorganisms. BCNF has special physical, mechanical, and chemical properties. Chitin, the second amplest normal polymer after cellulose. The great capacity of film framing and natural antimicrobial movement of chitin makes its potential promising for improving the most up to date antimicrobial bundling ideas. Nonthermal plasma treatment is an effective and broadly utilized method for fitting the surface of materials’ wide assortment. The effect of cold plasma on the properties of films prepared from wood driven and bacterial cellulose nanofibers as well as chitin nanofiber hydrogels has been evaluated in this study. The different mentioned nanofilms were exposed to cold plasma at fourtime levels of 0, 3, 6 and 9 minutes. Nanofilms product with vacuum filtration method. Morphologic properties of nanofilms studied with Scanning electron microscope. In this study nanofilms properties consist of thickness, weight, density, water vapor permeability (WVP), water solubility, nanofilms surface color, light transmission and transparency, films mechanical properties were measured.Results: SEM photography showed the homogeneous and uniform structure of bacterial cellulose. Plasma treatment removes loosely bound low molecular weight fragments. Wood cellulose had the strongest structure compared to other nanofilms, and it needed a higher peak force for the breakdown. Chitin nanofilms had the porous structure. Cold plasma decreased weight, density, solubility, light transmission and etc. of films but it increased their water content. Chitin nanofilms had a higher extension (0.63mm), tolerable stress (50.99MPa), elongation (2.12%), elastic modulus and tensile strength. When nanofilms were exposed to the cold plasma for a long time, their elastic modulus was decreased considerably. Using mechanical and bacterial synthesized cellulose, Nanofilms had the highest and lowest TS mean, respectively. Nanofilms without exposure to cold plasma had the highest TS means. When nanofilms were exposed to cold plasma, their TS values were decreased. Conclusion: Atmospheric cold plasma treatment resulted in enhanced water vapor hindrance and mechanical properties films appropriate to the polar group and crosslinking site organization on the film’s surface and besides increase surface roughness.