SUPERVISOR
Keikhosro Karimi,Mahmood Masoomi
کیخسرو کریمی (استاد مشاور) محمود معصومی (استاد راهنما)
STUDENT
Masoud Tavangar
مسعود توانگر
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Preparation and Investigation of Mechanical and Antibacterial Properties of Poly (ethylene terephthalate)/Chitosan Blend
Chitosan, a polymer of glucosamine, is industrially produced by chemical deacetylation of chitin separted from shellfish. The chitosan is a polycationic polymer, therefore antimicrobial activity is one of the most important characteristics of this polymer. Poly(ethylene terephthalate) (PET) is widely used for barriers, fibers, sheets, packaging and films because of its excellent characteristics such as traarency and outstanding processability. It is light in weight, and has good impact resistance. It is one of the candidate matrice since it is inexpensive, inert, nontoxic, and readily available. The aim of this work was to evaluate the anti-bacterial and mechanical properties of chitosan based solvent-cast blends with synthetic PET. The use of packaging or coating films containing antimicrobial agents could be more efficient by sustainable release of the anti-bactericidal agents from the carrier film structure to the food surface, maintaining a high concentration. For the PET/Chitosan blend, the amount of chitosan loading was varied from 1% to 9% (W/W). Chitosan and PET were homogeneously dissolved in a ternary solvent system with different mass ratios in a triflouro acetic acid, chloroform, and acetic acid solution and processed into uniform films. Molecular interactions between chitosan and PET were investigated using Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) spectroscopy. Morphologies of these blend films were followed using SEM. Tensile strength (TS) and elongation percent at break (%E) of the films were determined using a Universal Testing Machine (Zwick1446-60). The antibacterial activity of the samples was evaluated utilizing the colony forming unit method against three typical human pathogenic microorganisms, Escherichia coli, Klebsiella pneumonia , and Staphylococcus aureus . The results indicated that the PET/chitosan films showed a significantly higher growth inhibition rate compared with the PET film. Chitosan release from a wide range of blends was studied using the Ninhydrin method. The reaction of chitosan with ninhydrin was rapid, sensitive, and reproducible, but non-stoichiometric. Since the results obtained using the ninhydrin assay would differ for different types of chitosan, the presented data involved construction of a calibration curve and evaluation of the performance of the ninhydrin assay with the particular chitosan used in the blends. The results indicated that the PET/Chitosan blends presented significant antimicrobial property, which increased with increase in the chitosan content of the films. The release tests revealed that dissolution of the biocide glucosamine groups, i.e. the chitosan water soluble fractions, also increased with increase in the amount of chitosan content. Results obtained from ATR-FTIR spectra suggested that there exist pronounced interactions that probably resulted from hydrogen bond formation between different components. SEM images showed that the compatibility of the two polymers was reduced when the fraction of chitosan was increased. Tensile strength and elongation at break of the blends decreased with the increase in chitosan content. With the increase in chitosan content from 1 to 9%, the tensile strength tends to decrease from 50.0 to 26.6 MPa and elongation at break decreases from 78.5% to 21.1%. These results indicated that the blends became brittle with increasing the chitosan content. Keywords: Chitosan, Poly (ethylene terephthalate), Antibacterial, mechanical properties, release
کیتوزان، کوپلیمری از مونومرهای 2-استامیدو-2-داکسی-بتا-دی گلوکوپیرانوز(GIcNAc) و2-آمینو-2-داکسی-بتا-دی گلوکوپیرانوز(GIcN) است که تولید صنعتی آن به روش دی استیلاسیون کیتین استخراج شده از پوست بدن سخت پوستان انجام می گیرد. در این پروژه آمیزه پلی( اتیلن ترفتالات) و کیتوزان بصورت فیلم پلیمری با استفاده از روش محلولی تهیه گردید. آمیزه مورد نظر دارای ترکیب درصدهای مختلف از پلیمر کیتوزان بود. حلال های بکار رفته برای این آمیزه شامل اسید استیک، کلروفرم و تری فلئورو اسید استیک در نظر گرفته شد. برای مشاهده و مطالعه ریز ساختار توده نمونه های پلیمری و بر همکنشهای ایجاد شده بین مولکول های دو پلیمر به ترتیب از دستگاه های SEM وATR-FTIR استفاده گردید. آزمون جذب آب برای بررسی و مطالعه تاثیر کیتوزان بر روی میزان جذب آب پلی (اتیلن ترفتالات) بر روی نمونه ها انجام شد. برای اندازه گیری میزان رهایش کیتوزان از فیلم های پلیمری از روش Ninhydrin استفاده گردید. اساس این روش مبتنی بر انجام برهمکنش بین گروههای گلکو پیرانوز کیتوزان و معرف Ninhydri می باشد. خواص ضد باکتری نمونه ها در برابر باکتری های اشرشیاکلی ، استافیلوآرئوس و پنومیاکلبسیا نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. برای بررسی خواص کششی، آزمون های استحکام کششی و ازدیاد طول در نقطه پارگی بر روی فیلم های پلیمری انجام شد. با مقایسه طیف های بدست آمده از آنالیز ATR-FTIR نمونه های پلی (اتیلن ترفتالات) خالص و پلی (اتیلن ترفتالات) حاوی کیتوزان می توان نظر داد که برهمکنش هایی بین گروه های آمینی، کربوکسیلی و هیدروکسیلی دو پلیمر در آمیزه هایشان ایجاد شده است. با افزایش درصد وزنی کیتوزان در ساختار پلی (اتیلن ترفتالات)، ناهمگونی و جدایی فازی بین این دو پلیمر تا حدودی افزایش یافت. با افزایش درصد وزنی کیتوزان در زمینه آمیزه های پلیمری و همچنین با گذشت زمان، میزان رهایش این ماده ضدباکتری از زمینه پلیمری بیشتر شد، بطوریکه بعد از گذشت 90 روز مقدار کیتوزان رهایش یافته برای آمیزه های حاوی 3،6 و 9 درصد وزنی از کیتوزان به ترتیب برابر باppm 309، 421 و 543 بود. با افزایش درصد وزنی کیتوزان خواص کششی آمیزه ها کاهش یافت. در آمیزه های حاوی 9% وزنی کیتوزان استحکام کششی و ازدیاد طول تا نقطه پارگی به ترتیب در مقایسه با فیلم پلی(اتیلن ترفتالات) خالص، 47 و73 درصد کاهش یافت. روند کاهش جمعیت باکتری ها با گذشت زمان بیشتر گردید بطوریکه بعد از گذشت 30 روز از انجام آزمون، هیچ گونه باکتری در نمونه های حاوی کیتوزان دیده نشد. انجام آزمون های ضد باکتری بر روی گونه های باکتری گرم مثبت و گرم منفی نشان داد که کیتوزان خواص ضد باکتری نسبتاً قویتری نسبت به باکتری گرم مثبت در مقایسه با باکتری گرم منفی از خود نشان داده است. با توجه به نتایج ذکر شده، امکان استفاده از آمیزه پلی(اتیلن ترفتالات)/کیتوزان در صنایع بسته بندی وجود دارد. کلمات کلیدی: 1- کیتوزان 2-پلی (اتیلن ترفتالات)- 3-ضدباکتری 4-خواص مکانیکی 5-رهایش