الخواص الانسيابية لمحاليل CNC/PVA النانوية لتحضير ألياف نانوية متراكبة مغزولة كهربائياً مضادة للبكتريا
Rheological Properties of CNC/PVA Nano Solutions for Preparation of Antibacterial Electrospun Nano Composite Fibers
- الباحث
- البراق حيدر محسن عبود
- المشرف
- نزار جواد هادي - مسار نجم عبيد
- الجامعة
- جامعة بابل
- الكلية / القسم
- كلية هندسة المواد / هندسة البوليمرات والصناعات البتروكيمياوية
- الشهادة
- ماجستير
- السنة
- 2024
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- CNC/PVA nanocomposite; Rheological properties; Electrospinning; Antibacterial fibers
الملخص
في الآونة الأخيرة، تم استخدام السليلوز النانوي المتبلور (CNC) على نطاق واسع في التطبيقات المضادة للبكتيريا كمواد مستدامة بسبب خصائصها الاستثنائية. اذ تم استخدام مادة نشارة الخشب لتحضير السليلوز النانوي المتبلور(CNC) باستخدام الطرق القياسية. ولأن طريقة التحضير استغرقت وقتا طويلا وبسبب العوائق الفنية، اضافة الى ان كمية المادة المنتجة كانت قليلة . لذلك، تم استخدام مادة CNC جاهزة لغرض إنتاج ألياف نانوية للتطبيقات المضادة للبكتيريا. يركز هذا العمل على إنتاج ألياف معززة بجزيئات السليلوز النانوية البلورية CNC عن طريق حقن المحاليل المناسبة من خلال عملية الغزل الكهربائي، كما يركز على الربط بين خواص الجريان مثل اللزوجة وإجهاد القص ومعدل القص مع المواصفات التركيبية للألياف. اذ تم خلط كحول البولي فينيل PVA مع CNC بنسب وزنية من أجل تعزيز وتحسين قدرة الدوران والتحكم في اللزوجة المناسبة ومديات إجهاد القص أثناء عملية التصنيع. فقد تم إضافة3 و5و6 جرام من PVA إلى كل من 6و 7و10 جرام من CNC لتحضير تسعة محاليل. تم الحصول على منحنيات اللزوجة ومنحنيات التدفق لهذه المحاليل باستخدام مقياس اللزوجة ذو اللوحة المخروطية. تم استخدام المجهر الإلكتروني الماسح الميداني FESEM واختبارات مجهر القوة الذرية AFM لتحليل وفحص هياكل وأقطار وتضاريس الألياف. كما تم اختبار التوتر السطحي والموصلية الكهربائية، و فحص مضادات البكتيريا لجميع العينات. أظهرت نتائج تحضير مادة CNC أن التحضير يمكن أن يتم بأكثر من طريقة وتختلف حسب مصدر السليلوز. وتتطلب عملية التحضير تقنيات خاصة مثل جهاز طرد مركزي بمواصفات عالية. لذلك، لم يتم استخدام المادة المنتجة وادرجت طريقة العمل ليتم الاستفادة منها في تحضير هذه المواد. اما بالنسبة لتسع المحاليل المحضرة فقد أظهرت نتائج الجريان أن سلوك الجريان غير النيوتوني والترققي القصي هو السائد في جميع المنحنيات، مما يعني أن اللزوجة تتناقص لجميع المحاليل مع زيادة معدل القص. يوضح هذا الفحص مبدئياً إمكانية استخدام هذه المحاليل في جهاز الغزل الكهربائي بالاعتماد على سلوك الترقق القصي. بالإضافة إلى ذلك تم استخدام منحنى اللزوجة ومنحنى التدفق لغرض تحديد موقع معدل القص العملي وقوة الحقن داخل الاسطوانة التي تستخدم لحقن المحاليل البوليمرية المحضرة أثناء عملية الغزل الكهربائي. يحدد معدل القص العملي قيمة اللزوجة الفعلية اثناء البثق والتي بدورها لها علاقة وثيقة مع أقطار وبنية الألياف حيث تشير صورة البنية المجهرية إلى أن قطر الألياف يزداد مع زيادة لزوجة القص كما يظهر في نتائج الماسح الالكتروني. كذلك تم زيادة متوسط الخشونة (Sa) و متوسط خشونة المربع (Sq) حتى نسبة7% CNC ثم انخفضت عند نسبة 10% بسبب انخفاض نسبة PVA، التي تؤدي إلى التشتت السريع لجزيئات CNC. كما زاد أيضًا التوصيل الكهربائي والتوتر السطحي، في حين انخفض انتشار المسامية قليلاً مع زيادة اللزوجة وتناقص PVA. ومع ذلك فإن انتشار المسامية لا يزال ضمن النطاق المطلوب لترشيح القناع (أكثر من 50%). تؤثر هذه الخصائص بدورها على منطقة التثبيط على مستويات مختلفة. كما أشار فحص المضادات البكتيرية (جرام سلبية وجرام إيجابية) إلى أن منطقة التثبيط تزداد مع زيادة لزوجة القص وأقطار الألياف وتركيز CNC وتناقص تركيز PVA.
Abstract
Recently Nano-cellulose has been widely used in antibacterial applications as sustainable materials due to their exceptional properties. Sawdust material was used to prepare nano-crystalline cellulose CNC using standard methods. Because the preparation method consumed a long time due to technical obstacles, and the materials produced were in small quantities, therefore, a ready-made CNC material was used to produce nanofibers for antibacterial applications. This work focuses on the production of fibers reinforced by crystalline Nano-cellulose CNC particles by injecting suitable solutions through electrospinning process, relying on linking between flow properties such as viscosity, shear stress, and shear rate with structure specifications of fibers. 10% concentration Polyvinyl alcohol solution PVA mixed with CNC in order to enhance and improve the spin-ability and control the appropriate viscosity and shear stress ranges during the manufacturing process. 3,5, and 6 grams of PVA were added to each of the 6,7 and 10 grams of CNC to prepare nine solutions. The viscosity curves and flow curves of these solutions were obtained using cone- plate viscometer. The field emitted scan electron microscopy FESEM and atomic force microscopy AFM tests were used to analyze and examine the structures, diameters and topography of fibers. Surface tension and electrical conductivity also tested, then the anti-bacterial examined for all samples. The results of preparing the CNC material showed that the preparation can be done in more than one way and varies depending on the source of cellulose. The preparation process requires special techniques such as a centrifuge with high specifications. Therefore, the produced materials was used and the working method was included to be used in preparing these materials. For prepared nine solutions,The flow results showed that the non-Newtonian and shear thinning behavior are prevalent in all curves, which means that the viscosity decreases for all solutions with the increasing of shear rate. This examination initially shows the possibility of using these solutions in electrospinning device depending on the behavior of shear thinning. In addition the viscosity curve and flow curve were used for the purpose of determine the location of the practical shear rate and the injection force inside the cylinder that is used to inject the prepared polymeric solutions during the electrospinning process. The practical shear rate determine the actual viscosity value during extrution,which in turn has a close relationship with the diameters and structure of the fibers were the microstructure images indicate that the diameter of the fiber increases with the increasing of shear viscosity in the SEM results. Average roughness (Sa) and root mean square roughness (Sq) are increased up to the 7% CNC and then decreased at 10 % CNC ratio due to low percentage of PVA, which leads to the rapid dispersion of CNC particles. The electrical conductively and surface tension also increased, while the porosity diffusion slightly decreased with the viscosity increasing and PVA decreasing. However, the porosity diffusion still within the required range for mask filtration (more than 50%). These properties in turn, influence at different levels the inhibition zone. The examination of antibacterial tests (gram negative and gram positive) also indicated that the inhibition zone increases with the increasing of shear viscosity, fiber diameters, and concentration of CNC and decreasing of PVA concentration.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.