بخشی از مقاله
چکیده:
پلی وینیل الکل - PVA - پلیمري است آبدوست، غیرسمی و زیست سازگار با خواص فیزیکی و شیمیایی مناسب که توانایی حل شدن در آب، قابلیت نفوذ گازي و خواص حمل و رهاسازي دارویی مناسبی دارد. این پلیمر به آسانی الکتروریسی شده و الیافی در ابعاد میکرو و نانو تولید میکند که در صنایع نساجی و پلیمر، پزشکی، داروسازي و بهداشتی کاربرد دارد. پارامترهاي متعددي بر فرآیند الکتروریسی PVA، مورفولوژي و ضخامت الیاف تولید شده تاثیرگذار هستند، مواردي نظیر غلظت محلول، وزن مولکولی، درجه هیدرولیز - DH1 - وغیره.
همچنین افزودن برخی مواد نظیر اتانل، آسپرین، آلبومین سرم گاوي - BSA2 - و موم عسل به محلول PVA باعث ایجاد برخی خواص، تغییر قطر و مورفولوژي الیاف تولیدي میگردد. در این تحقیق موم تازه زنبور عسل که پایه پروتئینی دارد و خاصیت ترمیم کنندگی زخم و بهبود سوختگی پوست را دارد با درصدهاي 2، 4، 6، 8 و 10 به محلول پلی وینیل اکل%9 که از قبل تهیه شده بود اضافه گردید و پس از میکس و فیلتراسیون در ولتاژهاي 10Kv، 13، 16، و 20Kv و فواصل جمعکنندگی 12، 14، 16 و 18Cm توسط دستگاه الکتروریس تک نازله ریسندگی شدند، در ادامه قطر الیاف اندازهگیري و مورفولوژي نانو کامپوزیت نبافته تولیدي مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج نشان میدهد که افزایش درصد موم از2 به 10درصد باعث همگن تر شدن محلول گردیده و در نتیجه فرآیند الکتروریسی بهتر انجام میگیرد و همچنین نانوالیاف نازکتر و ممتدتري تولید میشوند. در این بررسی بهترین فاصله الکتروریسی و ولتاژ به ترتیب 13Cm و 16Kv می-باشد. میانگین قطرالیاف تولیدي ازnm 165 تا nm 75 متغیر بود و الیاف ممتد و بسیار یکنواختی تولید گردیدند که می توان از لایه نبافته تولیدي در صنایع پزشکی و دارویی استفاده نمود.
-1مقدمه:
PVA پلیمري نیمه بلورین است که بخاطر قابلیت تجزیه بیولوژیکی، خواص فیزیکی و شیمیایی خوب، بی خطر بودن و حلالیت در آب مورد توجه محققان بوده است. مونومر PVA بصورت آزاد وجود ندارد و آنرا از الکلی نمودن یا صابونی کردن پلی وینیل استات تهیه میکنند. تعداد گروههاي استیل باقیمانده درجه آبکافت - DH - پلیمر را مشخص می کند که خود تعیین کننده مقدار حلالیت پلیمر در آب است. PVA با درجات مختلفی از هیدرولیز موجوداست، PVA با درجه هیدرولیز بین 86 تا 89 درصد خواص مکانیکی پایینتر و مقاومت در برابر آب بیشتري نسبت به PVA با درجه هیدرولیز 98 تا 99/9% دارد
در سالهاي اخیر الکتروریسی یکی از روشهاي مورد علاقه محققان و تولیدکنندگان الیاف بوده است. این تمایل به خاطر مزایایی است که این روش دارد و میتواند رنج وسیعی از ساختارهایی که توخالی و نبافته هستند تولید کند که ارزانتر و راحتتر از روشهاي متداول دیگر است
الکتررویسی محلول PVA بطور وسیعی براي تهیه فیلترهاي جداکننده بسیارریز، نبافته هاي زیست تخریب پذیر و مواد حمل کننده و رهاکننده دارو مطالعه شده است. انحلال PVA به ماهیت حلال، درجه حرارت ریسندگی و درجه هیدرولیز پلیمر وابسته است و می تواند در فرآیند الکتروریسی ساختارهاي متفاوتی نظیر دانهاي، الیاف دانه دار و الیاف ممتد و پایدار را بوجود آورد
پارامترهاي موثر در محلول ریسندگی شامل غلظت محلول، وزن مولکولی [10]، [11] PH، نمک [12]، مولکولهاي فعال سطحی [13] وغیره میباشند. الیاف PVA که الکتروریسی شدهاند، کاربردشان به دلیل آبدوستی بالا و اینکه به راحتی در تماس با آب حلالیت مییابند محدود میشود، لذا نانو الیاف تولیدي بوسیله دو روش پیوند عرضی شیمیایی[14] و فیزیکی[15] اصلاح میگردد تا خواص مکانیکی و حلالیت در آب آنها افزایش پیدا کند
عوامل تاثیرگذار در فرآیند الکتروریسی قطبیت حلال، ولتاژ اعمالی، فاصله جمع کننده تا نازل و افزودن مواد جانبی دارویی یا پروتئینی می باشد. اتانل، آسپرین، BSA و موم از جمله مواد افزوده شده به PVA میباشند. با افزودن اتانل به محلول ریسندگی به دلیل کاهش کشش سطحی حلال تشکیل دانهها کاهش یافته و نانوالیاف تولیدي به سمت الیاف ظریفتر میل خواهند کرد، برعکس افزودن آسپرین و BSA باعث ظهور دانه و الیاف دانه دار میگردد
در سال هاي اخیر تولید نانوالیاف با خواص زیست فعال با اضافه کردن موم زنبور عسل به دو شکل محلول و میکروامولسیون مورد توجه محققان قرارگرفته است. موم مادهاي مقاوم است که از مخلوطی از چندین ماده و ترکیب متفاوت نظیر مونواسترها % 35، دي استرها %14، هیدروکربن ها % 14، تري استرها %3، هیدروکسی مونواسترها %4، هیدروکسی پلی استر%8، استراسید %1، پلی استر اسید%2، اسیدهاي چرب آزاد %12، الکل هاي چرب آزاد%1 و غیره ساخته شده است. فرمول شیمیاي تقریبی براي موم C15H31COOC30H61 است که اجزاي اصلی آن پالمیتات، پالمیتولیات واسترهاي اولئات از الکلهاي آلیفاتیک بلند زنجیر - 30-32 کربن - میباشد.
-2 تجربیات
2-1 مواد و سایل :
پلیوینیل الکل - - PVA نیمه هیدرولیز با نام تجاريPB-20 ساخت کشور تایوان با درجه هیدرولیز - 86 - DH تا 89، ولتاژ<5، خاکستر<0,5 و pH=5-7 با وزن مولکولی تقریبی100هزار تا 105هزار مورد استفاده قرارگرفت. موم زنبور عسل مورد استفاده از نوع 100% طبیعی مناطق کوهستانی شمال ایران که پس از ذوب و عبور از صافی به قطعات ریز با ابعاد 0/5mm خردگردید.
دستگاه الکتروریس مورد استفاده با نام تجاري Full Option lab EsII ساخت شرکت نانوآزما، تهران–ایران بود که داراي دو سیستم تزریق مستقل با دقت 0/1 ml/h با یک عدد الکترود ولتاژ بالا در محدوده صفر تا 35 هزار ولت با فاصله ریسندگی 5 تا 20 سانتیمتر و جمع کننده با سرعت چرخش صفر تا 3000rpm می باشد.
میکروسکوپ الکترونی مورد استفاده از نوع روبشی - - SEM ساخت شرکت KYKY چین و مدل 32000EM موجود در آزمایشگاه مهندس رضائی تهران – ایران بود.
-2-2 روش انجام آزمایشات
ابتدا PVA با مشخصه تجاري PB-20 با آب مقطر شستشو و خشک گردید و سپس محلولی با مقدار%9 وزن به حجم - - W/V از آن در آب تهیه گردید به این ترتیب که مقدار مشخصی از PVA در حرارت 90oC به آب اضافه گردید و بمدت 30 دقیقه به کمک همزن مغناطیسی به حالت محلول درآمد در ادامه مومهاي عسلطبیعی که قبلاً فیلتر و خرد شده بودند با درصدهاي 2، 4، 6، 8، 10 به محلول پلیمري / PVA9%آب در دماي 70oC اضافه گردیدند. فرایند انحلال مومها به مدت هفت ساعت در دماي 70oC توسط همزن مغناطیسی ادامه یافت تا محلولی یکنواخت تهیه گردد، سپس محلول ها توسط فیلتر شیشه اي در شرایط خلاء فیلتر شدند.
در ادامه فرآیند الکتروریسی محلولها توسط پمپ افقی و تک نازله با قطر سوزن 0/6mm در چهار ولتاژ مختلف 10kv، 13kv، 16kv و 20kv با دبی 0/8 ml/h در دماي محیط - 22OC - انجام گرفت. نتایج نشان داد که کمترین نرخ پارگی الیاف و ممتد بودن فرایند الکتروریسی در ولتاژ 16Kv انجام میشود. همچنین با ثابت نگه داشتن ولتاژ در مقدار 16Kv و تغییر فاصله نوك سوزن تا جمع کننده به 12، 14، 16 و 18Cm مشخص گردید که بهترین فاصله جمع کنندگی 13Cm میباشد. لذا شرایط بهینه جهت الکتروریسی PVA/BW به حالت افقی با قطر سوزن 0/6mm و دبی 0/8ml/h در ولتاژ 16Kv و فاصله جمع کنندگی 13cm در دماي محیط برروي فویل آلومینیومی میباشد. شکل1 تصویر دستگاه الکتروریس و شبکه الیاف الکتروریسی شده روي فویل آلومینیومی را نشان میدهد.
شکل:1 تصویر دستگاه الکتروریس مورد استفاده - راست - و شبکه نانو الیاف الکتروریسی شده - چپ -
در ادامه قطر و مورفولوژي شبکه هاي نانو الیاف کامپوزیتی نبافته توسط میکروسکوپ الکترونی پویشی - SEM - مدل 32000EM شرکت KYKY چین مورد بررسی قرار گرفتند.
-3نتیجه گیري و بحث :
در محلول هاي کامپوزیتی PVC/BW تهیه شده، بهترین ولتاژ جهت الکتروریسی 16Kv بود. در مقادیر کمتر و یا بیشتر از این ولتاژ الیاف پاره شده و به صورت دانه دار تولید میشدند و یا به صورت حلقوي پیچ دار تولید میشدند. فرآیند الکتروریسی و تهیه نانوالیاف زمانی اتفاق میافتد که ولتاژ الکتریکی اعمالی به محلول پلیمري به حد ولتاژ بحرانی - - Vc برسد و به صورت نیروي الکترواستاتیکی بر کشش سطحی محلول هاي پلیمري غلبه کند. در مقادیري غیر از ولتاژ بحرانی نمونه ها بصورت اسپري دوار و یا به صورت فرم دانهاي در میآیند
همچنین تغییر فاصله بین نازل سرسرنگ و جمع کننده باعث تغییر قطر و یا پارگی در نانوالیاف تولیدي میگردد. کم بودن فاصله جمع کنندگی منجر به تشکیل دانه و افزایش آن، احتمال پارگی و غیر ممتدبودن الیاف را افزایش میدهد. در الکتروریسی محلول هاي پلیمري تهیه شده با ولتاژ بهینه 16Kv، بهترین فاصله جمعکنندگی جهت تولید الیافی ممتد 13Cm بود.
افزودن موم به محلول پلیمري PVA و افزایش مقدار آن از 2 به 10 درصد به دلیل حضور ماده جامد باعث افزایش ویسکوزیته محلول کامپوزیتی گردید و توقع میرود با توجه به کاهش رسانایی محلول پلیمري فرآیند الکتروریسی سخت و الیاف نامناسبی تولید گردد، ولی همانطور که میانگین قطر نانو الیاف در جدول1 و نمودار1و مورفولوژي نانوکامپوزیتهاي نبافته در شکل2 نشان میدهد با افزایش درصد موم از 2 به 4، 6، 8 و 10 قطر نمونه ها از 165nm به 75nm کاهش مییابد
