ساخت ومشخصه یابی نانوکامپوزیت هیدروژلی سوپرجاذب بر پایه ی کیتوزان حاوی نانو الیاف استخراج شده سلولزی

امروزه بیشترین تحقیقات در زمینه مواد زیست سازگار و زیست تخریب پذیر، جایگزین مواد سنتزی و فسیلی مخرب محیط زیست، انجام می شود. دومین پلیمر طبیعی از نظر فراوانی کیتین است. در این پژوهش سعی شده است که با افزودن نانو الیاف سلولزی خواص این پلیمر تقویت شود و خواص کامپوزیت های حاصله برای کاربردهای پزشکی و بهداشتی بررسی و مطالعه گردد. بدین منظور نانو الیاف سلولزی از تفاله (باگاس) نیشکر که ارزش اقتصادی چندانی ندارد، استخراج شده است. استخراج الیاف سلولزی شامل مراحلی به منظور حذف مواد غیرسلولزی همچون لیگنین، همی سلولز و استخراجی ها از الیاف خام می باشد. پس از جدا سازی الیاف سلولزی یک مرحله مکانیکی برای تولید نانو الیاف سلولزی به کار گرفته شد. در طول فرآیند استخراج ابتدا الیاف بوسیله آب دیونیزه، و بدون هیچ ماده شیمیایی هیدرولیز می شود که این مرحله سبب حذف همی سلولز و استخراجی ها می شود. مرحله خمیرسازی نیز با کمترین سطح انرژی و مواد شیمیایی با 17/5% سدیم هیدروکسید و آنتراکینون انجام شده است. به منظور کاهش مصرف مواد شیمیایی مرحله سفیدگری سبز، با ازن طراحی و شرایط آن بهینه سازی شد. با به کار گیری امواج مافوق صوت نانو الیاف سلولزی تهیه شد. در انتها ماده حاصل حاوی 93% سلولز و حدودا عاری از لیگنین می باشد که این امر باعث صرفه جویی انرژی در تولید نانو الیاف سلولزی و همچنین کاهش قطر نانو الیاف می شود. از نتایج طیف سنجی الیاف مشخص گردید که میزان بلورینگی الیاف از 0/89% به 1/26%رسیده است. قطر نانو الیاف با بررسی تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی 120-40 نانومتر محاسبه شد. بدلیل استفاده نکردن از هیچ اسیدی در مراحل استخراج طول الیاف نیز نسبتا بلندتر است که باعث انعطاف پذیری و تورم بیشتر در هیدروژل می گردد. یکی ازمهمترین مشتقات کیتوزان، کربوکسی متیل کیتوزان است که قابلیت انحلال در آب را داراست. در این پژوهش از کربوکسی متیل کیتوزان به عنوان زمینه نانوکامپوزیت استفاده شد. به منظور تهیه نانوکامپوزیت محلول 1% وزنی کربوکسی متیل کیتوزان تهیه شد و این محلول بخوبی با درصدهای 5، 7، 10% نانوالیاف سلولزی مخلوط شد. از گلوتارآلدهید به عنوان عامل شبکه ای کننده کربوکسی متیل کیتوزان استفاده شد. ژل تهیه شده با نیتروژن مایع منجمد گردید و سپس به روش خشک کردن در حالت انجماد، سوپرجاذب پلیمری تهیه و مشخصه یابی شد. چون نانو الیاف سلولزی حاوی گروه های هیدروکسیل است باعث بهبود عکس العمل هیدروژل نسبت به ph شده است وحدود 53% بهبود تورم مشاهده شد. حداکثر جذب آب این هیدروژل در دمای محیط با 5% نانوالیاف سلولزی 256 گرم به ازای یک گرم هیدروژل خشک بود. میزان تورم نیز در نمک های مختلف با افزودن 10% نانوالیاف باگاس حدود46 % بهبود یافته است. این امر باعث مناسب تر شدن کاربرد ،کربوکسی متیل کیتوزان به جای پلی (اکریلیک اسید) در کاربرد های بهداشتی می شود واز این ماده به عنوان جایگزین می توان استفاده نمود. بوسیله تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز مورفولوژی کامپوزیت بررسی شد و تغییر مورفولوژی با افزودن نانوالیاف مشاهده شد. افزودن نانو الیاف سلولزی بدلیل گروه های آبدوست و سطح مقطع بالای نانو الیاف سرعت و مقدار نفوذ مایعات را افزایش داده است. با افزایش توان نفوذ و تخلخل ژل به ترتیب از 0/41و 0/191 به 0/54 و 0/218 سرعت نفوذ افزایش یافته است و مقدار جذب آب از 165 به 265 گرم به ازای هر گرم سوپرجاذب خشک رسده است. این مشخصه یابی نشان داد که این ماده هوشمند برای کاربردهای تخصصی و تکنولوژیکی مناسب است.