تهیه و بررسی تخریب آنزیمی و حرارتی فیلم نانوکامپوزیتی پلی وینیل الکل- نشاسته- کربوکسی متیل سلولز حاوی نانوذرات مونت موریلونیت سدیم

توسعه بعضی مواد که توانایی زیست تخریبی دارند و آلودگی محیط را به حداقل می رسانند بسیار اهمیت دارد. این مواد نه تنها باعث راحتی در زندگی می شوند بلکه بعد از استفاده اثر کمتری بر محیط می گذارند و در مدت زمان نسبتا کمتری، این مواد به مولکولهای کوچکتر سازگار با محیط زیست تجزیه می شوند. در این تحقیق، ابتدا بلندهای پلی وینیل الکل (pva)- نشاسته (s)- کربوکسی متیل سلولز(cmc) با درصدهای مختلفی از نشاسته و کربوکسی متیل سلولز بوسیله روش کاستینگ تهیه شده و خواص مکانیکی این بلندها بوسیله تست کشش اندازه گیری شد. نتایج آنالیز مکانیکی نشان داد که فیلم بیوکامپوزیتی با 50 درصد پلی وینیل الکل، 30 درصد نشاسته و 20 درصد کربوکسی متیل سلولز دارای 3 برابر استحکام کششی و 5/1 برابر انعطاف پذیری بیشتر می باشد بنابراین فیلم پلی وینیل الکل50%- نشاسته 30%- کربوکسی متیل سلولز 20% برای تهیه نانوکامپوزیت بکار گرفته شد. آزمون جذب آب بر روی فیلم های بیوکامپوزیتی تهیه شده با درصدهای مختلف از نشاسته و کربوکسی متیل سلولز مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که فیلم دارای 20% کربوکسی متیل سلولز دارای 4 برابر جذب آب بیشتر می باشد. سپس نانوکامپوزیت پلی وینیل الکل50- نشاسته30- کربوکسی متیل سلولز20 با درصدهای وزنی مختلف مونت موریلونیت (1، 3 و 5 درصد وزنی-وزنی) تهیه شد و آزمون پراکندگی اشعه ایکس بر روی نانوکامپوزیت تهیه شده انجام گرفت و مشاهده شد که لایه های مونت موریلونیت بصورت اکسفولیت (ورقه ای) در می آیند. تست مکانیکی بر روی نانوکامپوزیت های تهیه شده نیز انجام شد و مشاهده شد که فیلم دارای w/w5% مونت موریلونیت دارای استحکام کششی بالا و انعطاف پذیری پایین است چون مونت موریلونیت یک ماده معدنی است. آزمون جذب آب بر روی نانوکامپوزیت های تهیه شده هم مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که جذب آب فیلم دارای 5% مونت موریلونیت، 30% کاهش می یابد. خواص حرارتی فیلم های تهیه شده با درصدهای مختلف از نشاسته و کربوکسی متیل سلولز و با درصدهای مختلف از مونت موریلونیت با کالریمتری مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که با افزایش کربوکسی متیل سلولز و مونت موریلونیت دمای ذوب فیلم ها به ترتیب کاهش و افزایش نشان می دهند. رفتار تخریب آنزیمی فیلم های تهیه شده، با آنزیم های آلفاآمیلاز و سلولاز مورد مطالعه قرار گرفتند و تاثیر آنزیم های آلفاآمیلاز و سلولاز بر فیلم های نانوکامپوزیت پلی وینیل الکل-نشاسته-کربوکسی متیل سلولز-خاک رس به وسیله آزمون های مختلف از جمله میزان کاهش وزن، اندازه گیری قندهای کاهش یافته، طیف سنجی تبدیل فوریه (ft-ir)، میکروسکوپ روبشی الکترونی (sem) و اسپکتروسکوپیuv مورد بررسی قرار گرفت و نحوه تأثیر برخی از عوامل مانند: غلظت آنزیم، شرایط دمایی، ph و درصد نانوذره بر میزان تخریب نانوکامپوزیت ها بررسی شد. ph اپتیمم برای تخریب آنزیمی با آلفاآمیلاز و سلولاز به ترتیب 7 و 8/4 بدست می آید و ph اپتیمم برای تخریب آنزیمی با آلفاآمیلاز و سلولاز بطور همزمان، 6 می باشد. نتایج بررسی ها نشان دادند که اثر آنزیم آلفاآمیلاز و سلولاز بطور همزمان بیشتر از تک تک آنزیم ها می باشد برای مثال در فیلم پلی وینیل الکل50%- نشاسته 30%- کربوکسی متیل سلولز 20% ، میزان گلوکز تولیدی برای تخریب آنزیمی در دمای 37 درجه سانتیگراد و با 1 میلیگرم آلفاآمیلاز µg/ml 214، با 1 میلیگرم سلولاز µg/ml 191 و با 1 میلیگرم آلفاآمیلاز و سلولاز بطور همزمان µg/ml 551 می باشد. برای بررسی سرعت تخریب، مقادیر سرعتهای اولیه بدست آمدند و این مقادیر نیز نتیجه را تأیید کردند. از روی مقادیر سرعتهای اولیه انرژی فعالسازی برای تخریب آنزیمی بدست آمد و نتایج نشان داد که انرژی فعالسازی در حضور نانوذره بالاتر است که اثر مونت موریلونیت را در جلوگیری از تخریب آنزیمی نشان می دهد. همچنین بررسی ها نشان دادند که با افزایش مقدار نانوذره مونت موریلونیت از صفر به 5% وزنی-وزنی، سرعت تخریب آنزیمی کاهش نشان می دهد برای مثال در فیلم پلی وینیل الکل50- نشاسته 30- کربوکسی متیل سلولز 20، سرعت اولیه برای تخریب آنزیمی در دمای 37 درجه سانتیگراد و با 5 میلیگرم آلفاآمیلاز، µg/ml.h 26 و همین فیلم با 5% وزنی مونت موریلونیت µg/ml.h 21 می باشد. در نتایج تصاویر الکترونی نیز می توان دید که با افزایش مونت موریلونیت از وسعت تخریب کاسته شده است. خواص گرمایی بلندهای تهیه شده بوسیله آنالیز ترموگراویمتری مورد بررسی قرار گرفت و روش ازاوا برای محاسبه انرژی فعالسازی تخریب گرمایی بلندها بکار برده شد و نتایج نشان دادند که انرژی فعالسازی در حضور 20% کربوکسی متیل سلولز، kj/mol 69 و در حضور 5% مونت موریلونیت، kj/mol76 می باشد.