بررسی خواص و تخریب قارچی چندسازة زیستی تقویت‌شده با نانو‌الیاف سلولزی اصلاح‌نشده و اصلاح‌شده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد دانشگاه تهران

2 استاد دانشگاه تهران

3 استادیار دانشگاه تهران

4 دانشیار پژوهشهای صنعتی

چکیده

هدف این پژوهش، بررسی اثر اصلاح شیمیایی نانوفیبرهای سلولزی بر ویژگی‌های فیزیکی، مکانیکی و تخریب قارچی چندسازة زیستی نشاستة نرم‌شده (TPS) بود. ازآنجا که این ویژگی‌ها در شرایط عملیاتی صنایع و مواد بسته‌بندی اهمیت دارند، ازاین‌رو چندسازة مورد نظر با استفاده از نشاستة ذرت، گلیسرول/آب به‌عنوان نرم‌کننده و نانوفیبر سلولزی اصلاح‌شده و نانوفیبرسلولزی اصلاح‌نشده (10 درصد وزنی) به‌عنوان تقویت‌کننده ساخته شد. اصلاح شیمیایی استیلاسیون نانوفیبرهای سلولزی با استفاده از انیدرید استیک و پیریدین به‌عنوان کاتالیزور با موفقیت صورت گرفت. جذب آب، نفوذپذیری به بخار آب و ویژگی‌های مکانیکی و دینامیکی مکانیکی چندسازه‌ها بررسی شد. به‌علاوه، تخریب زیستی قارچی در نانوچندسازه‌ها بررسی شد. نتایج نشان داد که نانوفیبرهای سلولزی اصلاح‌نشده و اصلاح‌شده در بهبود ویژگی‌های جذب آب و نفوذپذیری نسبت به بخار آب چندسازة نشاستة نرم‌شده مؤثر واقع شده‌اند. همچنین افزودن نانوفیبرهای سلولزی اصلاح‌نشده و اصلاح‌شده سبب بهبود ویژگی‌های مکانیکی چندسازه شد. آنالیز دینامیکی مکانیکی (DMA) نشان داد که مدول ذخیره به‌طور معنی‌داری بهبود پیدا کرده است. مطالعات تخریب قارچی هم نشان داد که افزودن نانوفیبرهای سلولزی به‌ویژه در نانوچندسازة نشاستة نرم‌شده/نانوفیبر سلولزی، سبب افزایش دوام و مدت زمان تخریب زیستی چندسازة نشاستة نرم‌شده می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Characterization and fungal biodegradation of Bio-Nano-composite reinforced with unmodified and modified cellulose nanofibers

نویسندگان [English]

  • Mehran Babaie 1
  • Yahya Hamzeh 2
  • Mehdi Jonoobi 3
  • AliReza Ashuri 4
چکیده [English]

The aim of this study was to evaluate the effect of chemical modification of cellulose nanofibers (CNF) on physical, mechanical and fungal biodegradation of plasticized starch (PS) bio-composites. Composites were produced using corn starch, glycerol / water as softener and 10% (based on dry weight of both) the original and modified cellulose nanofibers as reinforcement. Successful acetylation of cellulose nanofibers process was conducted using acetic anhydride and pyridine as the catalyst. Water absorption, water vapor permeability, mechanical, dynamic mechanical properties and furthermore, fungal biodegradation of composites were investigated. The results showed that addition of CNF and acetylated cellulose nanofibers (ACNF), resulted in improved mechanical properties of the PS composite and have a significant positive effect on its water absorption. Dynamic mechanical analysis (DMA) showed that the storage modulus significantly improved by addition of cellulose nanofibers. Weight loss measurement was used to evaluate the fungal biodegradation of the nano-composite under various conditions. Obtained results revealed that the effect of addition of both (CNF & ACNF) on the weight loss was significant and increased the bio-degradation period of plasticized starch composite, especially in PS/ACNF nano-composite.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Acetylation
  • biodegradation
  • cellulose nano fiber
  • plasticized starch
  • bio-composite
[1]. Curvelo, A., De Carvalho, A., and Agnelli, J. (2001). Thermoplastic starch–cellulosic fibers composites: preliminary results. Carbohydrate Polymers, 45: 183-188.

[2]. Hietala, M., Mathew, A.P., and Oksman, K. (2012). Bionanocomposites of thermoplastic starch and cellulose nanofibers manufactured using twin-screw extrusion. European Polymer Journal, 49(4): 950-956.

[3]. Jonoobi, M., Saraeyan, A.R., Hamzeh, Y., and Karimi, A.N. (2014). Comparison between the chemical-physical characteristics of Kenaf bast and stem nanofibers. Journal of Forest and Wood Products, 66(4): 507-518.

[4]. Ashori, A., Babaee, M., Jonoobi, M., and Hamzeh, Y. (2014). Solvent-free acetylation of cellulose nanofibers for improving compatibility and dispersion. Carbohydrate Polymers, 102: 369-375.

[5]. Hassan, M.L., Rowell, R.M., Fadl, N.A., Yacoub, S.F., and Christainnsen, A.W. (2000). Thermoplasticization of bagasse. II. Dimensional stability and mechanical properties of esterified bagasse composite. Journal of Applied Polymer Science, 76: 575-586.

[6]. Nyambo, C., Mohanty, A.K., and Misra, M. (2010). Polylactide-based renewable green composites from agricultural residues and their hybrids. Biomacromolecules, 11: 1654-1660.

[7]. Gigli, M., Lotti, N., Gazzano, M., Finelli, L., and Munari, A. (2012). Novel eco-friendly random copolyesters of poly (butylene succinate) containing ether-linkages. Reactive and Functional Polymers, 72(5): 303-310.

[8]. Gu, J.D. (2003). Microbiological deterioration and degradation of synthetic polymeric materials: recent research advances. International Biodeterioration & Biodegradation, 52: 69-91.

[9]. Hosseini, S.M.A., Salari, M., Jamalizadeh, E. Khezripoor, S., and Seifi, M. (2010). Inhibition of mild steel corrosion in sulfuric acid by some newly synthesized organic compounds. Materials Chemistry and Physics, 119(1): 100-105.

[10]. Rodionova, G., Lenes, M., Eriksen, Ø., and Gregersen, Ø. (2011). Surface chemical modification of microfibrillated cellulose: improvement of barrier properties for packaging applications. Cellulose, 18(1): 127-134.

[11]. Martins, I.M.G., Magina, S.P., Oliveira, L., Freire, C.S.R., Silvestre, A.J.D., Neto, C.P., and Gandini, A. (2009). New biocomposites based on thermoplastic starch and bacterial cellulose. Composites Science and Technology, 69: 2163-2168.

[12]. Ernest-Saunders, R., Pawlak, J.J., and Lee, J.M. (2014). Properties of surface acetylated microfibrillated cellulose relative to intra-and inter-fibril bonding. Cellulose, 21: 1541-1552.

[13]. Spence, K.L., Venditti, R.A., Habibi, Y., Rojas, O.J., and Pawlak, J.J. (2010). The effect of chemical composition on microfibrillar cellulose films from wood pulps: mechanical processing and physical properties. Bioresource Technology, 101(15): 5961-5968.

[14]. Lu, D., Xiao, C., and Xu, S. (2009). Starch-based completely biodegradable polymer materials. Express Polymer Letter, 3: 366-375.

[15]. Soykeabkaew, N., Laosat, N., Ngaokla, A., Yodsuwan, N., and Tunkasiri, T. (2012). Reinforcing potential of micro-and nano-sized fibers in the starch-based biocomposites. Composites Science and Technology, 72: 845-852.

[16]. Lendvai, L., Karger-Kocsis, J., Kmetty, A., Drakopoulos, S.X. (2015). Production and characterization of microfibrillated cellulose-reinforced thermoplastic starch composites. Journal of Applied Polymer Science, 133(2): 42379-42387.

[17]. Whitney, P.J. (1996). A comparison of two methods for testing defined formulations of PVC for resistance to fungal colonisation with two methods for the assessment of their biodegradation. International Biodeterioration & Biodegradation, 37: 205-213.

[18]. Bastioli, C. (2005). Handbook of Biodegradable Polymers. iSmithers Rapra Publishing, USA.

[19]. Matthews, J.F., Skopec, C.E., Mason, P.E., Zuccato, P., Torget, R.W., Sugiyama, J., Himmel, M.E., and Brady, J.W. (2006). Computer simulation studies of icrocrystalline cellulose IBeta. Carbohydrate Research, 341(1): 138-152.