مقایسه خواص رئولوژیکی نانوژل‌های نانوسلولز چوب، نانوسلولز باکتری و نانوکیتین

سابقه و هدف: سلولز سال‌هاست که در قالب چوب و الیاف گیاهی به‌عنوان یک منبع انرژی، مصالح ساختمانی و پوشاک به‌کاربرده می‌شود. سلولز باکتریایی به دلیل خلوص زیاد و ویژگی‌های بسیار مناسب‌تر از سلولز گیاهی، به‌عنوان ماده زیستی مناسب برای مصارف گوناگون به‌کاررفته است، مثل صنایع تولید کاغذ، الکترونیکی، غذایی، آکوستیکی، زیست پزشکی، مهندسی بافت و پزشکی. خواص نانوسلولز (مانند خواص مکانیکی، خواص لایه‌نازک، گرانروی و غیره) آن را ماده‌ای جالب برای بسیاری از برنامه‌های کاربردی می‌سازد. کیتین فراوان‌ترین پلی ساکارید طبیعی بعد از سلولز است و مهم‌ترین منبع آن پوسته سخت‌پوستان دریایی و دیواره‌ی سلولی برخی گیاهان است. در این مطالعه خواص رئولوژیکی نانوژل‌های سلولز چوب (wcnf) ، سلولز سنتز باکتریایی (bcnf) و کیتین مورد بررسی قرار گرفت.مواد و روش‌ها: از هر نانوژل دو غلظت 0/5 و 1 درصد تهیه شد. ویژگی‌های رئولوژیکی ژل نانوالیاف سلولزی و نانوالیاف کیتین شامل آزمون‌های کرنش نوسانی، کنترل کرنش نوسانی و آزمون برشی پایا با استفاده از رئومتر دورانی مورد ارزیابی قرار گرفت. داده های مربوط به رفتارجریان هیدرونانوژل ها توسط مدل های رئولوژیکی مورد برازش قرار گرفت.همچنین نانو فیلم تهیه شد و برای بررسی خواص مورفولوژیکی و شیمیایی، آزمون های sem,ftir و afm انجام گرفت.یافته‌ها: عکس‌های میکروسکوپ الکترونی(sem) نشان داد که متوسط قطری نانوکاغذهای wcnf، bcnf و chnf به ترتیب برابر با 35، 48 و 26 نانومتر بود . تصاویر afm نشان داد که wcnf دارای اختلاف ارتفاع بیشتری بود که ناشی از آرایش رشته های سلولزی و عدم یکنواختی آن‌ها بود در حالی که در bcnf اختلاف ارتفاع کمتر به دلیل سطح و ساختار یکنواخت تر در ساختار نانوفیبرها بود. بیشتر پیک های آزمونfitr در نانوکاغذهای wcnf، bcnf و chnf تقریبا شبیه به هم بودند. غلظت 1درصد از نانوژل سلولز سنتز باکتریایی دارای مدول ذخیره بالاتری نسبت به سایر نانو ژل‌ها داشت. با افزایش غلظت، استحکام بافتی افزایش یافته و نانوژل دارای ساختار قوی‌تری بود. نانو ژل‌ها به دلیل ساختار درهم‌تنیده و محکمی که دارند در فرکانس‌های پایین، رفتار الاستیک خود را حفظ می‌کنند ولی این ساختار شبکهای در فرکانس بالا، استحکام خود را از دست می‌دهد و حالت دو فاز پیدا می‌کند و رفتار آن به حالت ویسکوز تغییر می‌کند. گرانروی نانوژل های با افزایش سرعت برشی به‌طور یکنواخت کاهش پیدا کرد. با افزایش غلظت در نانوژل ها ، مقدار گرانروی افزایش یافت.تمام نانوژل ها رفتار شبه پلاستیکی و غیر نیوتنی داشتند. با افزایش غلظت نانوژل‌ها میزان هیسترسیس افزایش پیدا کرد. نانوژل‌های سلولز باکتریایی دارای مساحت هیسترسیس بالاتری هستند. نتیجه‌گیری: تمام نانوژل ها دارای رفتار شبه پلاستیک و غیر نیوتنی را از خود نشان دادند. سلولز سنتز باکتریایی دارای قوی‌ترین ساختار بود. مدول ذخیره(׳g) وابستگی زیادی به غلظت نانوژل داشت، افزایش میزان کرنش می‌تواند باعث فروپاشی ساختار نانوژل گردد. رفتار رقیق شوندگی با برش می تواند به دلیل پارگی پیوند های ضعیف بین ذرات باشد.

comparative study on rheological properties of nanogels of wood nanocellulose and bacterial nanocellulose and nanochitin

objectives: in this study, the rheologhcal properties of wood cellulose nanofiber (wcnf), bacteria derived cellulose nanofiber (bcnf) gels and chitin (chnf) nanofiber gel were evaluated and copared. background : cellulose has long been used in the form of wood and plant fibers as a source of energy, building and clothing materials. bacterial cellulose due to its high purity and much more suitable properties than plant cellulose, has been used as a suitable biomaterial for various purposes, such as paper, electronics, food, acoustics, biomedicine, tissue engineering and medicine industries. the properties of nanocells (such as mechanical properties, thin film properties, viscosity, etc.) make it an interesting material for many applications. chitin is the most abundant natural polysaccharide after cellulose and its most important source is the marine crustaceans and the cell wall of some plants.materials and methods:in this study each nanogel was prepared in 2 concentrations of 0.5 wt% and 1 wt% for rheological study. rheological properties such as oscillatory strain sweep, oscillatory strain control and shear rate sweep were measured using a rotational rheometer. the flow behavior data were fitted with rheological models. nano paper was prepared to study on morphological and chemical properties and sem, ftir and afm tests were performed on them.results: sem showed that the average diameter of mcnf, bcnf and chnf obtained were 35, 48 and 26 nm, respectively. the afm pictures showed wcnf had higher height difference resulting from the cellulosic strands arrangement and nonuniformity of them. the bcnf had lower height difference, because of its more uniform surface and structure nanofibers have network structures. most of the characteristic peaks of the bcnf, wcnf, and chnf were observed in the same positions. the 1% concentration of bacterial cellulose had higher storage modulus than other nanogels. whit increasing in nanogels concentration, their texture strength was increased and made strong gel. nanogels had intertwined and strong texture and at low frequencies they had elastic behavior but their matrix texture loses its strength at high frequencies and becomes twophase and their behavior changed to viscous state. the viscosity of nanogels decreased uniformly with increasing shear rate. when the concentration of nanogeles increased, their viscosity was increased. all nanogels had pseudoplastic and nonnewtonian behavior. when the concentration of nanogeles increased, the amount of hysteresis increased. bacterial cellulose nanogels had higher area of hysteresis. the shear thinning behavior can be due to the weak bonds breakdown between particles.