بخشی از مقاله
چکیده:
جهت تهیه پوششهای با خاصیت ضد باکتریایی بر مبنای رزین اپوکسی، نانو کامپوزیت مس با پلیآنیلین با استفاده از روش ساده و ارزان تهیه گردید. در این روش پلیآنیلین و نانوذرات فلزی با استفاده از روش پلیمریزاسیون درجا و به طور همزمان و بدون نیاز به استفاده از عامل اکسید کننده ثانوی تهیه میگردد. تعیین مشخصات محصول تولید شده با استفاده از روشهای طیف سنجی مرئی-فرابنفش، طیف سجیی مادون قرمز و تصویر برداری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان میدهند که ذرات مس به طور یکنواختی در ماتریس پلیمر پراکنده شده و پلیمر دارای ساختار منظم و متقارنی است که موجب بهبود قابل ملاحطه -ای در خواص هدایتی کامپوزیت تهیه شده میگردد. علاوه بر این حضور همزمان پلیآنیلین و ذزات مس در کنار هم موجب بهبود و تقویت خواص ضد باکتریایی محصول نهایی میگردد. این خواص بهبود یافته کامپوزیت تهیه شده را به عنوان گزینهای مناسب جهت استفاده در ساخت پوششهای با خاصیت ضد باکتریایی با استفاده از رزین اپوکسی مستعد میسازد.
واژه های کلیدی: نانوذزات مس، پلیآنیلین، نانوکامپوزیت، رزین اپوکسی
مقدمه
در نتیجه افزایش مقاومت میکروبی به عوامل ضد میکروبی مختلف و توسعه گونههای مقاوم میکروبی، تقاضا ها برای مواد ضد میکروبی جدید، با عملکرد بهتر در فرایند گندزدایی در
حال افزایش است. در این زمینه، مواد نانوکامپوزیتی به دلیل داشتن نسبت سطح به حجم بالا، موجب ایجاد مساحت سطح بالا در تماس با میکروارگانیسم میشوند و همچنین به دلیل داشتن خواص شیمیایی و فیزیکی بهبود یافته در مقایسه با مواد بالک، و اثر همافزاییی چند جز موجود در ساختار آنها، عملکرد بسیار خوبی از نظر خواص ضد میکروبی از خود نشان می دهند. از جمله مواد نانوکامپوزیتی با خاصیت ضد میکروبی میتوان به مواد با محتوی نانوذرات فلزی نظیر نقره، طلا و پلاتین، ذرات اکسید فلزی نظیر دی اکسید تیتانیم و اکسید روی و نانورس های اصلاح شده با مواد آلی را اشاره کرد.[1]
خواص ضد میکروبی یونها و نانوذرات فلزی در کاربرد های مختلف از نظر صنعتی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته اند، از جمله این کاربردها میتوان به اصلاح منسوجات و لوازم آرایشی، صنایع غذایی، تصفیه آب و... اشاره کرد.[2] خواص ضد میکروبی این ذزات فلزی با ابعاد آن_ها رابطه وارونه دارد. زیرا با کاهش در ابعاد ذزه تعداد زیادی از اتمها با کئوردیناسیون پایین بر روی سطح ذره در دسترس خواهند بود تا بتوانند با غشای زیستی واکنش دهند. اخیرا نانوذرات مس بطور بدلیل قابلیت جایگزینی با نانوذرات فلزات نجیب و گران قیمتی همپون طلا و پلاتین، و همچنین خواص آنتی باکتریایی بیشتر مورد توجه قرار گرفتند. خاصیت ضد باکتریایی مس بدلیل قابلیتاکسیداتیو آن و همچنین بدلیل تمایل مس به تغییر بین حالت-های اکسایشی Cu - I - و Cu - II - می باشد که این خاصیت نانوذرات مس را از سایر نانوذرات فلزی متمایز میسازد.
هر دو مکانیسم شامل ایجاد اختلال در فرایند انتقال انرژی سلولی و ایجاد آسیب در نواحی مختلف سلولی می باشد.[3] با توجه به این که ذرات مس حساسیت بالایی به رطوبت هوا دارند و سریعا اکسید میشوند، کاربرد های پیشرفته آن ها نیازمند اصلاح شیمیایی مناسب آنها با استفاده از مولکول های آلی و یا بکارگیری آن ها درون ماتریس های پلیمری نظیر پلیمر های هادی میباشد. در این میان پلیآنیلین به دلیل پایداری محیطی مناسب، خواص ردوکس برگشتپذیر، شیمی آسان، هزینه پایین و خواص آنتی باکترییایی گزینه بسیار مناسبی میباشد. بنابراین بررسی خواص نانوکامپوزیت مس با پلیآنیلین از جمله خواص ضد باکتریایی آن بسیار جالب توجه خواهد بود. لذا در پژوهش حاضراز خواص متمایمز نانوذرات مس و پلی آنیلین جهت رسیدن به خواص هداینی و ضد باکتریایی بهینه و استفاده از آن جهت ساخت پوششهای ضد باکتریایی بر مبنای رزین اپوکسی بهره گرفته شده است.
بخش تجربی
جهت ساخت نانوکامپوزیت مس و پلی انیلن از نمک کلرید مس دو آبه، هیدروکلریک اسید، مونومر آنیلن دو بار تقطیر شده، آب تقطیر شده، رزین اپوکسی اپیران 6 و هاردنر F205 استفاده گردید. بدین منظور ابتدا محلول نمک مس با غلظت1/2× 10-1مولار تهیه گردیده و سپس pH محلول با استفاده از هیدروکلریک اسید در کمتر از 4 تنظیم گردید. سپس مونومر آنیلیین با نسبت مولی 1 به 3 نسبت به مس به محلول اضافه گردید. با افزایش آنیلین رنگ سبز فلورسانس محلول مس یه رنگ قهوه ای تیره و سپس به رنگ سبز قهوه ای تبدیل شد که نشاندهنده تشکیل نانوساختار مس با پلی-آنیلین می باشد. محلول به مدت 20 ساعت همزده شده و پس از صاف کردن در دمای 30 درجه سانتیگراد خشک گردید.[4]
جهت بررسی میزان هدایت کامپوزیت تهیه شده ازروش هدایت سنجی چهار نقطه بهره گرفته شد. جهت تهیه پوشش نهایی بر مبنای رزین اپوکسی مقدار 1/3 گرم از کامپوزیت تهیه شده با مقدار 10 گرم از رزین اپوکسی مخلوط شده و سپس مقدار 3 گرم از هاردنر F205 با مخلوط فوق مخلوط شده و 10 گرم از مخلوط نهایی بر روی سطحی به مساخت 100 سانتی متر مربع اعمال گردید. برای تصاویر SEM از دستگاه SEM مدل Tescan VEGA - چک - استفاده شد. برای ثبت طیف IR از دستگاه Tensor 27 ساخت شرکت Bruker آلمان استفاده گردید و برای ثبت طیف UV-Vis نمونه از دستگاه دستگاه طیف سنجی Perkin Elmer مدل Lambda 25 و سل پلاستیکی 1 سانتیمتری استفاده گردید.
نتایج و بحث
جهت بررسی و تایید تشکیل کامپوزیت مس با پلیآنیلین ابتدا از بررسی طیف جدبی محصول در ناحیه مرئی – فرابنفش بهره گرفته شد. همان گونه که در شکل 1a نشان داده شده است پیک جذبی نانوذرات مس که نشان دهنده وجود خاصیت رزونانس پلاسمون سطحی در نانوذرات مس است در حدود 580 نانومتر میباشد.مطابق با شکل1b طیف جذبی نانوکامپوزیت در ناحیه مرئی – فرابنفش حاوی پیک در ناحیه 500 نانومتر است، که در مقایسه با طیف جذبی نانوذرات مس، یک جابجایی باتوکرمیک در پیک پلاسمون ذرات مس در حضور پلی آنیلین دیده میشود که ناشی از برهمکنش بین زنجیر پلیآنیلین با ذرات مس میباشد. پیک دوم در ناحیه 880 نانومتر نشان دهنده انتقال -π پلارون در زنجیره پلی آنیلین می باشد.
مرئی- فرابفش
همان گونه که شکل 2 نیز نشان میدهد حضور پلیآنیلین در حالت نمک اسیدی امرالدین به واسطه پیکهای موچود درناحیه cm-1 600 تا 1700cm-1کاملا مشخص است. طیفa مادون قرمز نشان میدهد ساختار پلیآنیلین موجود در نانو کامپوزیت کاملا مشابه با پلیآنیلین سنتز شده با استفاده از روشهای متداول است. پیک مشاهده شده در ناحیه cm-11555 نشان دهنده کشش پیوند دو گانه کربن به کربن در حلقه کینونی و پیک در ناحیه 1475 cm-1 نشان دهنده کشش پیوند دوگانه کربن به کربن در حلقه بنزونینی میباشد. در مقایسه یا پلیآنیلین خالص یک جابجایی آبی نشان میدهد که می تواند ناشی از تغییر در دانسیته الکترونی در واحدهای کینونی و بنزونینی پلیآنیلین در حضور ذرات مس باشد.
علاوه بر این پیک در ناحیه 1354 cmنیز یه طول موج های بالاتر کشیده میشود که نشان دهنده تاثیر پذیری گروه های آمینی و ایمیتی زنجیر پلیمر از نانوذرات مس می باشد. پیک پهن مشاهده شده b در ناحیه1000 cm-1 الی1100 cm-1 می تواند ناشی از ارتعاشات کششی پیوند نیتروژن به هیدروژن در واحد های پلیمر دارای بار مثبت باشد. به طور کلی طیف سنجی مادون قرمز نشان دهنده آشفتگی در دانسیته الکترونی پیوند کربن بهنیتروژن در اثر حضور نانوذرات مس در ماتریس پلیمر می باشد.3
