‌هیدروژل کامپوزیتی کیتوسان-وانیلین-مونت‌موریلونیت: تهیه و خواص مکانیکی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسنده

رفسنجان، دانشگاه ولی‌عصر(عج)، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی شیمی، کد پستی 7718897111

چکیده

فرضیه: کیتوسان زیست‌پلیمری تجدیدپذیر است که امروزه به‌عنوان ماده‌ای مؤثر و پرکاربرد در صنایع مختلف به‌کار می‌رود. برای تولید هیدروژل‌های کیتوسان از عوامل اتصال عرضی مختلفی استفاده می‌شود که اغلب آن‌ها سمی و خطرآفرین هستند با توجه به کاربردهای فراوان کیتوسان در پزشکی، دارورسانی، مهندسی بافت و صنایع غذایی بهتر است که از عوامل اتصال عرضی ایمن و غیرسمی برای تولید زیست‌پلیمرها و هیدروژل‌های کیتوسانی استفاده شود. وانیلین، آلدهیدی طبیعی و غیر‌سمی است که می‌تواند به‌عنوان عامل اتصال عرضی برای تولید هیدروژل‌های کیتوسانی به‌کار گرفته شود. اتصال‌های ‌عرضی که وانیلین با کیتوسان برقرار می‌کند، از یک طرف پیوند نوع باز شیف و از طرف دیگر پیوند ‌هیدروژنی است که باعث می‌شود، هیدروژل کیتوسان-وانیلین (CV) نسبت به سایر هیدروژل‌های کیتوسان-دی‌آلدهیدها از نظر مکانیکی ضعیف‌تر باشد. در اغلب مطالعات، هیدروژل کیتوسان-وانیلین با مقیاس میکرو و نانو و نیز به‌شکل زیست‌لایه بررسی می‌شود. هدف در این مطالعه ساخت درشت‌هیدروژل‌های متخلخل CV و بررسی خواص مکانیکی آن‌هاست. همچنین، اثر استفاده از ‌پرکننده‌های مونت‌موریلونیت (MMT) بر بهبود خواص مکانیکی درشت‌هیدروژل‌های کیتوسان-وانیلین-مونت‌موریلونیت (CMV) بررسی شد. 
روش‌ها: هیدروژل‌های کیتوسان با عامل اتصال عرضی وانیلین و پرکننده‌های مونت‌موریلونیت ساخته شدند. طیف‌شناسی زیر‌‌قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و میکرو‌سکوپی الکترون پویشی (SEM) به‌ترتیب برای شناسایی پیوندهای تشکیل‌شده و بررسی شکل‌شناسی هیدروژل‌ها انجام‌ شد. سپس، مقدار ژل‌شدن، جذب آب، تخلخل و خواص مکانیکی هیدروژل‌ها بررسی شد. 
یافته‌ها: نتایج نشان داد، درشت‌هیدروژل‌های حاصل از کیتوسان و عامل اتصال عرضی وانیلین (CV,CMV) خواص مکانیکی مناسبی به‌لحاظ تخلخل (>90%)، محتوای ژل (> 86%)، تورم و استحکام مکانیکی دارند. وجود وانیلین سبب افزایش تخلخل و ایجاد تخلخل‌های منظم در هیدروژل کیتوسان شد. همچنین، افزودن پرکننده به هیدروژل‌های کیتوسان-وانیلین مقدار تخلخل و تورم در مخلوط آب و اتانول (%96 اتانول) را کاهش و خواص مکانیکی و تورم در آب را افزایش داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Chitosan-Vanillin-Montmorillonite Composite Hydrogel: Preparation and Mechanical Properties

نویسنده [English]

  • Hadis Eghbali
Department of Chemical Engineering, Vali-e-Asr University of Rafsanjan, Postal Code 7718897111, Rafsanjan , Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Chitosan is a biodegradable biopolymer used today as an effective and practical material in various industries. To produce chitosan hydrogels, different crosslinkers are utilized, most of which are toxic and, dangerous. Due to the many applications of chitosan in medicine, pharmaceuticals, tissue engineering and food industries, it is better to use safe and non-toxic crosslinkers to produce biopolymers and hydrogels. Vanillin is a natural and non-toxic aldehyde that can be used as a crosslinker to produce chitosan hydrogels. The cross-links that vanillin make with chitosan are, on the one hand, the Schiff base type bond, and on the other hand, the hydrogen bond, which makes the chitosan-vanillin (CV) hydrogel more mechanically weaker than other chitosan-dialdehyde hydrogels. Chitosan-vanillin hydrogels have been studied in micro- and nanoscale and biofilm shape. In this study, montmorillonite (MMT) fillers have been used to fabricate chitosan-vanillin-montmorillonite (CMV) macrohydrogels, and their effect on improving mechanical properties has been investigated.
Methods: In this study, chitosan hydrogels were fabricated with vanillin crosslinker and montmorillonite as fillers. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM) were performed to identify the bonds formed and to examine the morphology of the hydrogels, respectively. Then, the gel content, swelling, porosity, and mechanical properties of hydrogels were investigated.
Finding: The results showed that the presence of vanillin increased the porosity and caused regular porosity in the chitosan hydrogel. Chitosan and vanillin macrohydrogels have good mechanical properties with a porosity greater than 90%, gel content > 86%, swelling, and mechanical strength. The addition of filler to chitosan-vanillin hydrogels also reduces the porosity and swelling and increases the mechanical properties of this system

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chitosan
  • vanillin
  • crosslinker
  • montmorillonite
  • Hydrogel