اصلاح رس با کیتوسان و تهیه هیدروژلهای نانوکامپوزیتی آکریلی

استفاده از رس های اصلاح شده در پلیمرها به منظور دستیابی به خواص برتر مکانیکی، حرارتی، نوری و... در چند سال اخیر به شدت توسعه یافته است. اصلاح رس را می توان توسط عوامل شیمیایی کوچک مولکول نظیر ترکیبات آلکیل آمونیوم یا پلیمرهای بلندزنجیر مناسب انجام داد. ترکیبات آلکیل آمونیوم یا سایر کوچک مولکولهایی که برای اصلاح ساختاری رس استفاده می شوند عمدتاً سمّی هستند و به ویژه برای کاربردهای پزشکی نامناسب اند. در نتیجه، استفاده از پلیمرهای نانوکامپوزیتی تهیه شده با استفاده از اصلاحگرهای متداول ( آلکیل آمونیومها و آلکیل آمینها) برای کاربردهای پزشکی مناسب نیستند. در این پروژه، از بیوپلیمر زیست سازگار کیتوسان به عنوان بین لایه ای کننده (intercalant) استفاده شد. کیتوسان بیوپلیمری است که در ph های زیر 7، دارای تعداد زیادی گروههای کاتیونی در طول زنجیر خود است. این ویژگی، کیتوسان را قادر می سازد در میان لایه های سیلیکاتی بنتونیت و مونتموریلونیت، که سطح آنها دارای بار منفی است، جذب و وارد شود. ورود کیتوسان به میان لایه های سیلیکاتی رس سبب افزایش فاصله میان لایه ها و در نتیجه فرآیند بین لایه ای شدن intercalation)) می شود. در این پروژه راهکار جدیدی برای این فرآیند در زمان بسیارکوتاهتر از معمول، با استفاده همزمان از ریزموج(microwave) و فراصوت(ultrasound) ارایه شد. اثر عواملی نظیر نسبت رس/بین لایه ای کننده، زمان واکنش و جرم مولکولی کیتوسان. بررسی شد. نمونه بهینه در نسبت کیتوسان به رس برابر با 4 ، جرم مولکولی 280000 گرم/مول کیتوسان و زمان واکنش 9 ساعت حاصل می شود. فاصله میان لایه های رس تا 24 انگستروم در رس های اصلاح شده افزایش یافت.آزمون سمیت شناسی سلولی(cytotoxicity) بر رسهای اصلاح شده با کیتوسان بررسی و زیست سازگاری آنها ارزیابی شد. آزمون کشت سلولی، زیست سازگاری رس زیست اصلاح شده را نشان می دهد. رس زیست اصلاح شده (biomodified clay) قابلیت استفاده در انتقال ژن، انتقال دارو، مهندسی بافت و نانوکامپوزیتهای پلیمری قابل استفاده در صنایع پزشکی را دارد. رس زیست اصلاح شده در صنایع غذایی و کشاورزی نیز قابل استفاده است. تهیه هیدروژلهای نانوکامپوزیتی، دستیابی به خواص مکانیکی برتر را که در بسیاری از کاربردها به ویژه پزشکی مورد نظر است، امکان پذیر می سازد. در بخش دوم پروژه، هیدروژلهای نانوکامپوزیتی متشکل از 2-اکریلامیدو-2- متیل پروپان سولفونیک اسید اصلاح شده با کیتوسان-رس با روش پلیمرشدن درجا (in-situ polymerization) تهیه شد. خواص مکانیکی و گرمایی این هیدروژل نانوکامپوزیتی پیشرفت قابل ملاحظه ای در مقایسه با پلیمر متناظر غیر کامپوزیتی داشت. خواص رسهای اصلاح شده و هیدروژلهای نانوکامپوزیتی ساخته شده با استفاده از دستگاههای گرما وزن سنجی، پراش پرتو ایکس، میکروسکوپی الکترونی عبوری، ریومتری و آنالیز حرارتی-مکانیکی دینامیکی بررسی شد. در نسبت 6 درصد رس اصلاح شده با کیتوسان، هیدروژل نانوکامپوزیتی بهینه حاصل می شود. درصد های بیشتر رس سبب ایجاد مزاحمت برای واکنش می شود و شبکه هیدروژلی ناقص تری شکل می گیرد. آزمونهای ریولوژیکی و آنالیز حرارتی-مکانیکی دینامیکی، بهبود خواص مکانیکی هیدروژل نانوکامپوزیتی در مقایسه با پلیمر خالص متناظر را نشان داد. بهبود استحکام ژل و خواص مکانیکی تا نسبت وزنی 6 درصد رس مشاهده می شود. خواص تورمی هیدروژلها در محلولهای مختلف نمکی و ph های متفاوت بررسی شد. رفتار گرمایی هیدروژلها در دما و زمانهای متفاوت بررسی و مکانیسم های جدیدی برای تخریب اتصالات عرضی ارایه شد. راهکار جدیدی نیز برای ردیابی شکست اتصالات عرضی توسط آزمونهای تورمی و ریولوژیکی ارایه شد. هیدروژلهای نانوکامپوزیتی، در برابر گسستگی حرارتی اتصالات عرضی از خود پایداری نشان می دهند. خواص انتقال فازی هیدروژلهای نانوکامپوزیتی در حلالهای مختلف بررسی شد. این هیدروژلها ظرفیت جذب و تورم در حلالهایی (مانند اتانول و متانول) را دارند که عموماً سایر هیدروژلها در آنها منقبض می شوند. هیدروژل پلی(2-اکریلامیدو-2- متیل پروپان سولفونیک اسید) - مونتموریلونیت اصلاح شده با کیتوسان، برای سامانه های رهایش دارو خوراکی، جذب رنگدانه و فلزات سنگین، جذب الکل و ساخت حسگرها قابل استفاده است.