فهرست مطالب

علوم و تکنولوژی پلیمر - سال سی و پنجم شماره 6 (پیاپی 182، بهمن و اسفند 1401)

دو ماهنامه علوم و تکنولوژی پلیمر
سال سی و پنجم شماره 6 (پیاپی 182، بهمن و اسفند 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/04/27
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید علی حسن زاده تبریزی* صفحات 519-527

    فرضیه:

     با توجه به خواص ویژه نانومواد، ساخت نانوذرات در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته و تاکنون روش های مختلفی برای تولید این مواد به کار گرفته شده است. یکی از این روش ها، استفاده از ساختار های پلیمری برای کنترل نانوساختارهاست. بنابراین می توان انتظار داشت، تولید نانوذرات کبالت کرومات با ابعاد معین با استفاده از شبکه پلیمری با اندازه حفره های قابل کنترل، امکان پذیر است.

    روش ها

    در این پژوهش از ژل پلی آکریل آمید به عنوان قالبی برای به دام انداختن یون های فلزی استفاده شد تا نانوذرات در این قالب پلیمری تشکیل شوند و سپس شبکه پلیمری به کمک عملیات گرمایی حذف شد تا نانوذرات نهایی تولید شوند. بر این اساس، نانوذرات کبالت کرومات با این روش ساخته شد و برخی از پارامتر های تولید مانند دمای تشکیل شبکه پلیمری و دمای تکلیس محصولات بررسی شدند. محصول تولیدی با روش های مختلف مشخصه یابی شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد، با افزایش دما، سرعت تشکیل ژل سریع تر می شود. نتایج پراش پرتو X نشان داد، اگر چه محصول اولیه بی شکل است، اما اسپینل بلوری کبالت کرومات پس از عملیات گرمایی در 800 درجه سانتی گراد تولید شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی تشکیل ذرات با ابعادی در محدوده 50nm  تا 150nm  را نشان می دهد. نتایج تجزیه گرمایی نشان داد، ژل پلیمری تشکیل شده پس از عملیات گرمایی تا دمای 650 درجه تخریب می شود. براساس تصاویر میکروسکوپ الکترونی،  اکثر ذرات دارای ابعاد بین 50nm  تا 150nm هستند. نمونه های تولیدی به عنوان نورکاتالیزگر برای تخریب رنگینه آبی متیلن استفاده شدند. نتایج تخریب نشان داد، نانوذرات تولیدی با این روش به خوبی رنگینه را به عنوان آلاینده آب حذف می کنند. همچنین، اثر مقدار نورکاتالیزگر بر ظرفیت حذف بررسی شد و نتایج نشان داد، با افزایش پودر تا 3mg  بازده تخریب افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: فتوکاتالیست، ژل پلی اکریل آمید، کرومات کبالت، نانومواد، پلیمر
  • فرزین سقندلی، مهسا باغبان صالحی*، وحید تقی خانی صفحات 529-540

    فرضیه: 

    تولید ماسه از مخازن نفت موجب ایجاد مشکلات متعددی از قبیل کاهش بهره دهی چاه، خوردگی تجهیزات عملیاتی و افزایش هزینه های تولید می شود، بنابراین کنترل تولید ماسه در مخازن غیرمستحکم اهمیت زیادی برای شرکت های بهره بردار دارد. تزریق سیال شیمیایی به سازند به منظور استحکام بخشی و کاهش تولید ماسه یکی از مهم ترین روش های کنترل تولید ماسه است. 

    روش ها

    در این پژوهش، نانوکامپوزیت هیدروژلی (Co[AM-AMPS-AAC]/PEI-MBA (CO طراحی و کارایی آن در کنترل تولید ماسه بررسی شد. نانوکامپوزیت طراحی شده پایه آکریل آمیدی است و وجود اتصال های عرضی دوگانه به همراه نانوذرات در آن موجب افزایش استحکام ساختاری و پایداری گرمایی در آن می شود. به منظور بررسی ساختار و مطالعه کارایی نانوکامپوزیت آزمون های ساختارشناسی، شکل شناسی، گرمایی، ریولوژیکی، استحکام فشاری و سیلاب زنی انجام شد. 

    یافته ها

    طبق نتایج آزمون پراش پرتو X نانوذرات به صورت کامل درون ساختار پخش شده اند. آزمون های شکل شناسی با تایید وجود نانوذرات درون ساختار، ایجاد ساختار چگال، همگن و متخلخل را نشان داد. براساس آزمون گرماوزن سنجی افزودن نانوذره موجب افزایش دمای شروع تخریب از 80 به 195درجه سلسیوس شد. با آزمون های ریولوژیکی جاروب کرنش و بسامد رفتار ماده تحت کرنش و تنش های مختلف بررسی و حفظ ساختار مستحکم و رفتا گران روکشسانی خطی در دمای 90 ، کرنش های بین 0.1 تا %20 و بسامد های بین 0.1 تا  10Hzتایید شد. آزمون استحکام فشاری حاکی از افزایش %730 استحکام بستر شنی در اثر تزریق %1 وزنی نانوکامپوزیت به مقدار (pore volume) و PV 0.5 بود. این در حالی است که آزمون سیلاب زنی شیمیایی در بستر شنی کاهش %90 ماسه تولیدی را پس از تزریق نانوکامپوزیت در بستر شنی تایید کرد. با توجه به پایداری و کارایی مناسب در شرایط سخت مخزن، دارابودن خواص گران روکشسان خطی، افزایش استحکام فشاری و کاهش تولید ماسه نانوکامپوزیت هیدروژلی طراحی شده در این پژوهش به عنوان محصولی جدید و بهینه برای کنترل تولید و مهاجرت ماسه پیشنهاد می شود.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، هیدروژل، تولید ماسه، سیلابزنی شیمیایی، ویسکوالاستیک خطی
  • حسین نجفی، کیومرث جلیلی*، شاهین ولیزاده صفحات 541-554

    فرضیه: 

    از لاستیک سیلیکونی آب گریز به عنوان پوششی استفاده می شود که خاصیت آب گریزی را در سطوح مختلف ایجاد می کند. لاستیک های سیلیکونی، پایداری شیمیایی و فیزیکی زیادی دارند. خاصیت آب گریزی و مقاومت در برابر جریان خزشی از جمله ویژگی های منحصربه فرد پوشش های سیلیکونی است. هدف این پژوهش، سنتز لاستیک سیلکونی و تغییر خواص ترشوندگی سطح آن با ایجاد زبری و اصلاح شیمیایی با به کارگیری موادی با انرژی سطحی کم است.

    روش ها

    در این پژوهش، ابتدا لاستیک سیلیکونی با روش هیدروسیلیل دارکردن بر پایه کاتالیزگر پلاتین تهیه شد و سپس از آن برای پوشش دهی ورقه پلی تترافلویورواتیلن (PTFE) به عنوان زیرآیند با انرژی سطحی کم استفاده شد. به منظور ایجاد زبری سطح و افزایش زاویه تماس ایستا از سنباده های صنعتی با اندازه های زبری 220،120 و 400 استفاده شد. در مرحله بعد، از رشد نانورشته های سیلیکونی (SNF) با انرژی سطحی کم به کمک بخارنشانی برای اصلاح سطح استفاده شد.

    یافته ها

    طبق نتایج تصاویر میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) تراکم زبری ایجادشده روی سطح نمونه با سنباده 400 بیشتر از سنباده 220 و تراکم زبری سنباده220 بیشتر از سنباده 120 بود. افزایش تراکم زبری باعث می شود، زاویه تماس ایستای آب (WCA) افزایش یابد. زیرا، در این حالت مدل Wenzel غالب نیست و سازوکار آب گریزی از نظریه Cassie-Baxter پیروی می کند. با توجه به بیشترین مقدار تراکم زبری ایجادشده روی سطح، زیرآیند PTFE عمل آوری شده با کاغذ سنباده 400 برای مرحله بعدی پوشش لاستیکی سیلیکونی و در نهایت برای رشد نانورشته های سیلیکونی روی لایه رویی سیلیکون استفاده شد. افزایش شایان توجه زاویه تماس ایستای آب پس از پوشش دهی با نانورشته های سیلیکونی (°159~ WCA) را می توان به کم بودن انرژی سطحی پوشش این نانورشته ها و افزایش زبری ناشی از رشد تصادفی آن ها نسبت داد.

    کلیدواژگان: پوشش های ابرآب گریز، پلی دی متیل سیلوکسان، نانورشته سیلیکونی، بخارنشانی شیمیایی، زبری سطح
  • میرحمیدرضا قریشی*، فرود عباسی سورکی صفحات 555-564

    فرضیه : 

    معمولا برای تعیین پارامترهای مدل های مکانیکی در آمیزه های لاستیکی از برازش داده های تجربی به دست آمده از آزمون های ساده (مانند کشش تک محوری) استفاده می شود. با توجه به پیچیدگی رفتار مکانیکی این مواد که از معادله های چندجزیی ابرگران روکشسان همراه با معادله نرم شدگی تنش تشکیل شده اند، ضروری است تا کارآمدی این معادله ها در پیش بینی درست و کامل نتایج برای قطعاتی که با شیوه های گوناگون زیر بار کشش، فشار و برش قرار می گیرند، بررسی و راستی آزمایی شوند.

    روش ها

    سه آمیزه لاستیکی بر پایه کایوچوی SBR با مقادیر مختلف دوده ساخته شده و روی آن ها آزمون کشش تک محوری چرخه ای با دو سرعت بارگذاری-باربرداری و تراکم پذیری حجمی انجام شد. داده های به دست آمده برازش شده روی سه مدل مکانیکی که در آن ها رفتارهای ابرکشسان، گران رو و نرم شدگی تنش لحاظ شده بود، قرارگرفته و پارامترهای هر مدل به دست آمدند. انتخاب این مدل ها بر اساس پژوهش های پیشین انجام شد. به دنبال آن ابتدا تک محوری بودن آزمون کشش استفاده شده راستی آزمایی شد و سپس این پارامترها برای شبیه سازی قطعه استوانه ای ساخته شده از آمیزه های مزبور به کمک روش جزء محدود زیر بار فشاری-تماسی قرارگرفتند. نتایج حاصل از شبیه سازی با داده های تجربی به دست آمده از آزمون انجام شده روی این نمونه ها، مقایسه شدند.

    یافته ها

    نتایج نشان داد، اثربخشی یک مدل در پیش بینی رفتار تنش-کرنش یا تنش-زمان در یک حالت یا شیوه بارگذاری تضمینی برای رسیدن به همان دقت در سایر شیوه های بارگذاری نیست. طبق نتیجه این مطالعه، برای پیش بینی دقیق تر باید از معادله پیچیده غیرخطی استفاده کرد. در این مدل ها باید افزون بر درنظرگرفتن رفتارهای ابرگران روکشسان و نرم شدگی تنش، از مدلی که رفتار شبکه پرکننده-پرکننده را نیز درنظر بگیرد، به ویژه برای آمیزه های دارای مقادیر زیاد دوده استفاده شود. به طور مشخص در این کار نشان داده شد، بیشترین دقت به مدلی مربوط است که در آن رفتار گران رو کشسان پرکننده-پرکننده به صورت جداگانه از رفتار گران روکشسان آمیزه پلیمر درنظر گرفته شده باشد.

    کلیدواژگان: لاستیک، رفتار مکانیکی، شیوه بارگذاری، روش جزء محدود، ابرگران روکشسان
  • عادله قلی پور کنعانی*، آزاده آصف نژاد، کیمیا آزادبخت صفحات 565-580

    فرضیه :

     جادادن انواع مختلف نانوذرات به ویژه نانوذرات فلز اکسید در زیرآیند نانوالیاف پلیمری سبب افزایش خواص لایه نانولیفی می شود. در این پژوهش از سیتریک اسید به عنوان عامل ایجاد اتصال عرضی دوست دار محیط زیست برای کاهش خاصیت آب دوستی لایه کیتوسان-پلی (وینیل الکل) استفاده شد. از نانوذرات سریم اکسید (نانوسریا) به عنوان عامل ضد اکسنده و ضدباکتری به منظور افزایش قابلیت های زیستی لایه در کاربردهای ترمیم زخم استفاده شد.

    روش ها

    بدین منظور محلول های ترکیبی کیتوسان (CS)-پلی (وینیل الکل) (PVA)-سیتریک اسید (CA) با نسبت های وزنی 0.5:1:1 و 2:3:1 (CS:PVA:CA) تهیه و پس از الکتروریسی و تعیین نمونه بهینه، نانوسریا (CeO2) در محلول بهینه بارگذاری و الکتروریسی شدند. سپس، خواص شکل شناسی فیزیکی، زاویه تماس، یاخته سازگاری، نبود سمیت یاخته ای و خاصیت ضدباکتریایی لایه های حاصل بررسی شد. 

    یافته ها

    بررسی های فیزیکی-شکل شناسی نشان می دهد، نمونه CS:PVA:CA با نسبت 2:3:1 الکتروریسی شده  در ولتاژ 15kV  و فاصله 18cmبا قطر متوسط  29±175nm بهینه بوده و زاویه تماس حدود °42 نشان دهنده کاهش مناسب خاصیت آب دوستی و امکان حفظ تمامیت فیزیکی لایه است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی شکل شناسی بدون دانه تسبیحی با قطر متوسط38±274nm برای لایه نانولیفی CS:PVA:CA دارای %5/1 از NCeO2 را نشان داد. وجود نانوسریا در نمودار EDS و برهم کنش های بین گروه های عاملی در طیف های FTIR دیده شد. نتایج آزمون کشت یاخته ای حاکی از رشد و تکثیر مناسب یاخته های فیبروبلاست روی نمونه های بدون نانوسریا و دارای نانوسریاست. نتیجه آزمون MTT تاییدکننده نبود سمیت در هر دو نمونه است. بررسی های ضدباکتری نشان دهنده بهبود فعالیت ضدباکتری نانوالیاف دارای سریم اکسید در برابر هر دو سویه باکتری گرم مثبت و گرم منفی است. به طور کلی نتایج نشان داد، وجود نانوسریا در نانوالیاف الکتروریسی شده کیتوسان-پلی (وینیل الکل)-سیتریک اسید به وضوح سبب بهبود خواص زیستی به ویژه رفتار ضدباکتریایی لایه نانولیفی به دست آمده شده است که می تواند به عنوان زخم پوش مناسب برای کاربرد در ترمیم زخم استفاده شود.

    کلیدواژگان: کیتوسان، پلی (وینیل الکل)، سیتریک اسید، نانوذرات سریم اکسید، فعالیت ضدباکتریایی
  • احسان شرقی، پروین احسانی نمین، مهسا جاوید، اسماعیل قاسمی* صفحات 581-594

    فرضیه: 

    برای افزایش خواص سدی پلی اتیلن پرچگالی می توان از لایه نانوکامپوزیتی شامل نانوذرات صفحه ای گرافن و روش هم گذاری لایه به لایه استفاده کرد. نانوذرات صفحه ای به دلیل ایجاد مسیر پیچ در پیچ موجب کاهش نفوذ گازها از زیرآیند پلی اتیلن می شوند. 

    روش ها

    در این پژوهش از دو روش برای افزایش خواص سدی استفاده شده و نتایج با یکدیگر مقایسه شدند. در روش اول، لایه نازک نانوکامپوزیتی متشکل از نانوذرات گرافن اکسید و پلی (وینیل الکل) روی سطح فیلم پلی اتیلنی به وسیله فیلم کش پوشش داده شد. متغیرهای موثر در این روش درصد جرمی ذرات گرافن اکسید در پلی (وینیل الکل) و نیز ضخامت لایه نانوکامپوزیتی بود. در روش دوم، هم گذاری لایه به لایه به کار گرفته شد. از محلول کیتوسان به دلیل بار مثبت و سامانه تعلیقی گرافن اکسید داخل آب به عنوان بار منفی استفاده شد.

    یافته ها

    در نمونه های با پوشش نانوکامپوزیت از پلی (وینیل الکل) (10µm) مقدار عبور اکسیژن به شدت کاهش یافت و به cm3m2bar 3 رسید. این کاهش با توجه به ساختار پلی (وینیل الکل) و سدگری ذاتی آن مورد انتظار بود. با اضافه کردن گرافن اکسید به پلی (وینیل الکل)، مقادیر تراوایی کمی کاهش را نشان داده و به حدود 0.8cm3m2bar رسید. تحلیل های آماری بر اساس پاسخ سطح برای روش لایه گذاری نشان داد که تراوایی تابع pH، تعداد دولایه ها و غلظت گرافن است. در pHهای زیاد صفحه های گرافن اکسید شکل صاف و کشیده تری به خود گرفته و احتمال کلوخگی بیشتر است که این موضوع موجب افزایش تراوایی می شود.

    کلیدواژگان: پلی اتیلن پرچگالی، هم گذاری لایه به لایه، نانوصفحه های گرافن، کیتوسان، مقدار عبور اکسیژن
|
  • Hassanzadeh-Tabrizi S.A. * Pages 519-527

    Hypothesis: 

    Due to the special properties of nanomaterials, the production of nanoparticles has received much attention in recent years and various methods have been used to produce these materials. One of the methods is to use polymer structures to control nanostructures. Therefore, it is possible to produce cobalt chromate nanoparticles with certain dimensions using a polymer network with controllable pore size.

    Method

    Polyacrylamide gel was used as a template to trap metal ions to form nanoparticles in this polymer template, and the polymer network was removed with the aid of heat treatment to produce the final nanoparticles. Therefore, cobalt chromate nanoparticles were fabricated by polyacrylamide gel method. The synthetic parameters like the temperature of polymer network formation and calcination temperature on the products were investigated. The manufactured product was characterized by different methods of analysis.

    Findings

    The results showed that the gel formation rate becomes faster with increasing temperature. X-Ray diffraction results showed that although the initial product is amorphous, a cobalt chromate crystalline spinel was produced after heat treatment at 800°C. Scanning electron microscope images showed the formation of particles with dimensions in the range of 50 to 150 nm. The thermal analysis results revealed that the polymer gel formation is destroyed after heat treatment up to 650°C. Electron microscope images showed that most of the particles have dimensions between 50 and 150 nm. The produced samples were used as photocatalysts for the degradation of methylene blue dye. The degradation results showed that the nanoparticles produced by this method effectively degrade the dye as a water pollutant. Also, the effect of the amount of photocatalyst on photodegradation yield was investigated and the results showed that by increasing the powder to maximum 3 mg, the degradation efficiency increases.

    Keywords: Photocatalyst, Polyacrylamide gel, Cobalt chromate, nanomaterials, Polymer
  • Farzin Saghandali, Mahsa Baghban Salehi *, Vahid Taghikhani Pages 529-540

    Hypothesis: 

    Sand production from oil reservoirs is marked by many problems, such as well productivity reduction, operating equipment corrosion, and an increase in production costs; therefore, sand control in unconsolidated reservoirs is crucial for operating companies. Chemical injection into the production vessel, in order to strengthen and reduce sand formation, would be one of the most important methods of sand control.

    Methods

    In this study the effectiveness of a Co[AM-AMPS-AAC]/PEI-MBA(CO) hydrogel nanocomposite in sand control was investigated. The acrylamide-based nanocomposite is strengthened structurally and thermally by the addition of double crosslinkers and nanoparticles. Structural, morphological, thermal, rheological, compressive strength and flooding tests were carried out to define and assess its efficacy.

    Findings

    According to X-ray diffraction test findings, nanoparticles are evenly distributed throughout the structure. Morphological tests demonstrated the production of a dense, homogenous, and porous structure and validated the presence of nanoparticles in the structure. According to the thermal gravimetric test, adding nanoparticles increased the starting temperature of degradation from 80 to 195°C. The strain and frequency sweep rheological tests investigated the behavior of the material under different strains and stresses; they confirmed the preservation of the strong structure and linear viscoelastic behavior at a temperature of 90°C, strains between 0.1 and 20%, and frequencies between 0.1 and 10 Hz. The injection of 0.5 PV (pore volume) of 1% (by wt) nanocomposite to the sand pack resulted in a 730% increase in the axial strength of the sand pack according to the compressive strength test and 90% reduction in sand production measured by the chemical flooding test. Considering the stability and proper efficiency in the reservoir's harsh conditions, having linear viscoelastic properties, increasing compressive strength, and reducing sand production, the hydrogel nanocomposite designed in this research is proposed as a new and optimal product to control sand production and migration.

    Keywords: Nanocomposite, Hydrogel, Sand production, Chemical flooding, Linear viscoelastic
  • Hossein Najafi, Kiyumars Jalili *, Shahin Valizadeh Pages 541-554

    Hypothesis: 

    Hydrophobic silicone rubber is used as coatings that create hydrophobic properties for different surfaces. Silicone rubbers have high chemical and physical stability. Hydrophobic properties and resistance to creeping flow are unique features of silicone rubber coatings. The purpose of this research is to synthesize and assess silicone rubber and alter its surface wettability by roughening and modifying the surface using materials with low surface energies.

    Methods

    Silicone rubber was first synthesized by hydrosilylation method in presence of a platinum catalyst, and subsequently coated onto polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet as an example of a low surface energy substrate. In order to create roughness on the surface, industrial sandpapers were used of having grit sizes of 120, 220, and 400. In the next step, low surface energy silicon nanofilaments (SNF) were used to modify the desired surface, which were decorated on the surface of the sample through vapor deposition method. 

    Findings

    The SEM images show that the roughness density on the surface of the samples created by a 400-grit sandpaper is higher than that of a 220-grit sandpaper, and this sandpaper is also higher than that of a 120-grit sandpaper. Increasing the roughness density increases the static water contact angle (WCA) because in this case the Wenzel model is no longer dominant, and the hydrophobic mechanism follows Cassie Baxter theory. Due to the highest degree of roughness density created on the surface, the PTFE substrate treated with a 400 grit sandpaper was used for the next stage of silicone rubber coating and finally for the growth of SNF on top of the silicone layer. Applying SNF coating on the sample surface leads to a significant increase in the WCA (~159°). This hydrophobicity enhancement after SNF coating can be attributed to the low surface energy of the coating and the increase in roughness caused by the random growth of nanofilaments.

    Keywords: Superhydrophobic coatings, polydimethylsiloxane, silicone nanofilaments, chemical vapor deposition, surface roughness
  • MirHamidReza Ghoreishy *, Foroud Abbassi-Sourki Pages 555-564

    Hypothesis:

     Determination of the parameters of the material models for rubber compounds is usually carried out under simple modes such as uniaxial tension. These models are typically consisted of hyper-viscoelastic and stress-softening equations. However, due to the complicated behaviors of rubbery materials, the effectiveness and accuracy of such models under combined loads of tension, compression, and shear should be verified.

    Methods

    Three rubber compounds were prepared based on SBR reinforced by three different amounts of carbon blacks and underwent uniaxial cyclic under two loading/unloading rates and volumetric tests. The experimental data were used for the determination of parameters of three complex material models using a nonlinear curve fitting method. These models were selected based on the results of our previous findings. We have verified the uniaxial condition of the chosen test method and sample size using finite element method. The computed parameters were employed to simulate cylindrical rubber samples prepared from the same compounds through the finite element method using Abaqus code under compressive-contact loads. The predicted results were next compared with their experimentally measured data.

    Findings

    The results showed that the effectiveness of a material model in the prediction of stress-strain or stress-time behavior of a rubber compound under a simple load case does not necessarily guarantee that the same level of accuracy is obtained for the other loading modes, especially for highly filled compounds.  It is shown here that to obtain accurate results in such cases, in addition to hyper-viscoelastic and stress softening equations, the material model should include proper terms to consider the effect of the filler-filler interactions into account, especially for highly carbon black-loaded compounds. It is found that the best model is the one in which the viscoelastic behavior of the filler-filler structure is independently included.

    Keywords: rubber, mechanical behavior, Loading modes, finite element method, hyper-viscoelastic
  • Adeleh Gholipour-Kanani *, Azadeh Asefnejad, Kimiya Azadbakht Pages 565-580

    Hypothesis: 

    Incorporating different types of nanoparticles, especially metal oxide nanoparticles, into the polymeric nanofiber substrate improves different properties of the web. In this research, citric acid is used as an environmentally friendly cross-linking agent to reduce the hydrophilic property of chitosan-polyvinyl alcohol web. Cerium oxide nanoparticles (nanoceria) as an antioxidant and antibacterial agent are used to increase the biological capabilities of the web for healing applications.

    Methods

    Chitosan (CS)/poly(vinyl alcohol) (PVA)/citric acid (CA) nanofibers with the mass ratios of 1:1:0.5 and 2:3:1 (CS:PVA:CA) were prepared and electrospun. Nanoceria was loaded into the optimal blend prepared for electrospinning. In continuation, the physical-morphological properties, cell compatibility, non-cytotoxicity, and antibacterial activity of the resulting webs were investigated.

    Findings

    Physical-morphological investigations show that the CS:PVA:CA (2:3:1) nanofiber which was electrospun under 15 kV and 18 cm is the optimal nanofiber with an average diameter of 175±29 nm. The contact angle is about 42 degrees, indicating a suitable decrease in hydrophilicity and maintaining the physical integrity of the web. The SEM images show a bead-less morphology with an average diameter of 274±38 nm for nanofibrous web containing 1.5% (by wt) CeO2. The presence of nanoceria and interactions of the functional groups in the components were evident in their EDS and FTIR spectra, respectively. The results of the cell-culturing demonstrate the proper growth and proliferation of fibroblast cells on both with and without-nanoceria webs. The result of the MTT test confirms the non-toxicity of both scaffolds. The antibacterial investigations show improvements in antibacterial activities of the nanofibers containing cerium-oxide against both gram-positive and gram-negative bacteria. In general, the results determined that the presence of nanoceria in chitosan-polyvinyl-alcohol-citric acid electrospun nanofibers has clearly improved the biological properties, especially the antibacterial behavior of the obtained web, so it can be used as a suitable dressing for wound healing application.

    Keywords: Chitosan, polyvinyl alcohol, citric acid, cerium oxide nanoparticles, antibacterial activity
  • Ehsan Sharghi, Parvin Ehsani Namin, Mahsa Javid, Ismaeil Ghasemi * Pages 581-594

    Hypothesis:

     A nanocomposite layer including graphene nanosheets could be used to enhance the barrier properties of high density polyethylene through a layer-by-layer assembly method. Planar graphene nanoparticles help to decrease the gas permeability of polyethylene substrates by making a tortuous pathway for gas molecules transmittance.

    Methods

    Two different methods were used to increase the barrier properties of high density polyethylene and the results were compared with each other. In the first method, a thin film of polymer nanocomposite including graphene oxide nanoparticles and polyvinyl alcohol was coated on the surface of high density polyethylene film using a film applicator. The effective variables in this method were the weight fraction of graphene oxide particles in polyvinyl alcohol and thickness of the nanocomposite layer. In the second method, a layer-by-layer assembly was used. Chitosan solution acted as a positive charge and graphene oxide suspension in water was utilized as a negative charge.

    Findings

    In high density polyethylene samples coated by polyvinyl alcohol nanocomposite (10 micrometers), the oxygen transmittance rate decreased drastically to 3 cm3m2 bar. This decrease was expected due to the structure of polyvinyl alcohol and its inherent barrier properties. By adding graphene oxide into polyvinyl alcohol, the permeability values showed a slight decrease and reached 0.8 cm3 m2 bar.Statistical analysis based on the surface response method for the layer-by-layer method showed that permeability depends on pH, number of bilayers and graphene concentration. At high pH, the graphene oxide sheets take on a smoother and more stretched shape and are more likely to aggregate, which increases permeability.

    Keywords: High Density Polyethylene, layer-by-layer assembly, graphene nanosheets, Chitosan, Oxygen transmittance rate