اخبار و مطالب روز نساجی: الیاف،پارچه

نانوکامپوزیت‌های سلولزی بر پایه پنبه: سنتز و کاربردهای آن‌ها

Cotton Based Cellulose Nanocomposites: Synthesis and Application

 چکیده
نانو سلولز یک ماده زیستی طبیعی تجدیدپذیر است که به دلیل تجزیه‌پذیری زیستی و خواص فیزیکوشیمیایی آن به یک ماده امیدوارکننده برای جایگزین‌شدن با الیاف مصنوعی غیرقابل‌تجزیه، تبدیل شده است. نانو سلولز استخراج شده از الیاف پنبه باتوجه‌ به ویژگی‌های ویژه آن، دارای پتانسیل کاربرد فوق‌العاده‌ای است. این ماده به‌ویژه در تولید نانوپرکننده‌ها و به‌عنوان اجزای تقویت‌کننده در ماتریس‌های پلیمری مورد مطالعه قرار گرفته است. رسوب نانوذرات معدنی بر روی پارچه پنبه‌ای منجر به تولید منسوجات ضدمیکروبی با کاربرد چند منظوره به‌ ویژه در ساخت PPE و به‌عنوان دستگاه‌های تصفیه در برابر آلاینده‌های محیطی و عوامل بیماری‌زا شده است. این گزارش سه بخش اصلی را بیان می‌کند. بخش اول یک نمای کلی را از میزان کار انجام شده در ایجاد و کاربرد پتانسیل نانوکامپوزیت‌های بر پایه پنبه ارائه می‌دهد. در بخش دوم روش‌های درجا و خارج از محل(In situ and ex-situ methods)  رسوب نانوذرات و خود مونتاژ آن‌ها بر روی پارچه‌های پنبه‌ای برای تولید نانوکامپوزیت‌های چندمنظوره مبتنی بر پنبه با پتانسیل ضدمیکروبی بررسی می‌شود. در بخش پایانی نیز ترکیب نانوالیاف پنبه در ماتریس‌های پلیمری و همچنین خواص تقویت‌کنندگی به‌عنوان اصلاح سطح برای کمک به ادغام آنها توضیح داده می‌شود. در پایان نیز، خلاصه‌ای از چالش‌ها و پیشرفت‌های به‌روز ارائه می‌شود که عرصه‌های کشف نشده و تعهدات آینده این سرمایه‌گذاری را نشان می‌کند.

1. معرفی
با طلوع عصر فناوری نانو، جست‌وجوی بسیاری در حوزه نانومواد با خواص منحصربه‌فرد و آرایش‌های مولکولی خاص وجود داشته است که به آن اجازه می‌دهد در جایگاه‌های خاص غیرقابل‌دسترس برای اشکال جایگزین کاربرد پیدا کنند. مواد نانوساختار، خواص فیزیکوشیمیایی منحصربه‌فردی مانند هدایت الکتریکی و حرارتی عالی، حلالیت، تخلخل، بر همکنش‌‌های سطحی، چگالی، شکاف نواری و بار الکترونیکی سطحی را نشان می‌دهند که منجر به فعالیت کاتالیزوری و نوری استثنایی و عملکرد بهبودیافته در مقایسه با همتایان خود می‌شود. در حال حاضر، دستگاه‌های نانومقیاس کاربرد گسترده‌ای در تحویل درمانی هدف‌مند سلولی، تصویربرداری بافت با وضوح‌بالا و جایگزینی برای بافت آسیب‌دیده را دارند. در صنعت کشاورزی، از نانومواد برای افزایش تولید محصولات کشاورزی به‌عنوان نانو کود و برای حفاظت از محصولات به‌عنوان نانو آفت‌کش‌ها و نانوبیوسنسورها(Nanobiosensors)استفاده می‌شود. این مواد فعال در نانو کپسول‌ها، میسل‌ها(Micelles)، ژل‌ها، لیپوزوم‌ها(Liposomes)، نانوذرات سیلیکا مزوپور(Mesoporous silica nanoparticles) یا نانوذرات توخالی محصور می‌شوند تا از رهایش کنترل‌شده، حلالیت بهتر و پایداری فعال در درازمدت اطمینان حاصل شود. همچنین برای جبران انتشارات خطرناک مواد فعال در محیط‌زیست، نانومواد برای حذف آلاینده‌ها از طریق جذب، بی‌حرکتی، تخریب فتوکاتالیستی و نانوپالایی الکترونی(Electro-nanoremediation)عامل دار شده‌اند؛ بنابراین غیرقابل‌انکار است که کشف مواد جدید چندکاره در ابعاد نانو، شامل یک‌سری نتایج امیدوارکننده است، اما این مورد نگرانی‌هایی را به دنبال دارد که نیازمند توجه به چالش‌ها و میزان توسعه این مواد است.
یکی از نگرانی‌های اولیه فناوری نانو، انتشار بی‌رویه نانو زباله‌های خطرناک است که در طول ساخت و پردازش نانومواد مهندسی شده تولید شده که به‌ناچار در محیط انباشته شده و منجر به ایجاد مشکلاتی در زنجیره غذایی انسان می‌شوند. این امر باعث افزایش بیش از حد در جستجوی نانومواد پایدار از منابع زیستی تجدیدپذیر مانند سلولز، نشاسته، کیتوزان، ژلاتین، آلژینات و کیتین شده است. نانومواد پایدار دارای خواص ویژه‌ای از جمله زیست‌تخریب‌پذیری، وجود حداقل پیامد منفی بر سلامت انسان و محیط‌زیست و همچنین  کاربرد نانومواد پایدار به‌عنوان ضایعات ارزش‌افزوده در تولید نسل جدید نانومواد سبز هستند.
سلولز یک ماده اولیه تجدیدپذیر با خواص جالبی مانند زیست‌سازگاری و زیست‌تخریب‌پذیری است. سلولز، از نظر شیمیایی خنثی بوده و دارای خواصی نظیر سفتی عالی، استحکام و پایداری ابعادی بالا، چگالی کم و شیمی سطحی عالی است. زیست‌توده لیگنوسلولزی(Lignocellulosic biomass) مانند چوب و بقایای کشاورزی مانند تنه درختان، کاه برنج، باگاس نیشکر، پوسته نارگیل، محصولات انرژی‌زا و چمن، مواد اولیه عالی برای نانومواد سبز مشتق شده از سلولز یا نانو سلولز هستند. این پلیمر زیستی طبیعی به‌وفور در دسترس است و می‌تواند به‌عنوان ماده اولیه تجدیدپذیر در تولید نانومواد پایدار استفاده شود. بازیافت پسماندهای زیست‌توده لیگنوسلولزی منجر به تولید محصولاتی باارزش افزوده بالا مانند نانوساختارها می‌شود.
پنبه یک محصول نساجی بوده که به‌وفور در دسترس است و برای تولید تجاری جهانی با بیش از 95 درصد سلولز و به روش کشاورزی و کاشت محصول تولید می‌شود. ساقه پنبه که جزو بقایای زراعی کشاورزی است در کشورهای تولیدکننده پنبه مانند هند، ایالات متحده آمریکا، چین، برزیل و پاکستان تولید می شود. این محصول یک ماده خام نیمه چوبی است که از سلولز، همی سلولز و لیگنین تشکیل شده است که می تواند برای تولید نانو سلولز باارزش افزوده بالا استفاده شود و راهی عالی برای به حداکثر رساندن استفاده از ضایعات باشد. نانو سلولز دارای خواص استثنایی مانند استحکام کششی بالا، مدول یانگ بالا، وزن کم، استحکام مکانیکی، ضریب انبساط حرارتی پایین، زیست‌تخریب‌پذیری، عملکرد سطح و آب دوستی، زیست‌سازگاری و عدم سمیت است. در زمان‌های اخیر تا اکنون، نانو سلولز در ذخیره‌سازی انرژی به‌عنوان آئروژل‌ها(Aerogels)، تثبیت‌کننده‌های امولسیونی، بسترهای بی‌حرکتی آنزیم، افزودنی‌های غذایی کم‌کالری، پرکننده‌های تقویت‌کننده، چسب کننده دارویی، مواد بیومیمتیک(Biomimetic materials) و حسگرهای زیستی استفاده می‌شوند. نانو سلولز مشتق شده از مواد اولیه پنبه را می‌توان به‌طورکلی به‌عنوان نانوبلورهای سلولز(Cellulose nanocrystals)و سلولز نانوفیبریل(Nanofibrillated cellulose (NFC)) شده  طبقه‌بندی کرد. نانوبلورهای سلولز (همان‌طور که در شکل 1 نشان‌داده‌شده است) نیز به‌عنوان نانوسابک‌های سلولزی(Cellulose nanowhiskers) یا نانو میله‌ها نیز شناخته می‌شوند. این مواد با کاربرد فوق‌العاده‌ای دارای ساختارهای کریستالی سفت و محکم میله‌ای شکل و کوتاه (کمتر از 500 نانومتر) و باریک (کمتر از 40 نانومتر) با قطرهای بین 1 تا 100 نانومتر هستند. از کاربردهای این مواد می‌توان به کاربرد پزشکی، اپتوالکترونیک(Optoelectronics)، پلیمرهای خودرو و مواد کامپوزیتی اشاره کرد. همچنین این مواد با ازبین‌بردن نواحی آمورف در الیاف سلولزی با استفاده از هیدرولیز اسیدی تولید می‌شود. نانوبلورهای سلولز از الیاف پنبه، پنبه فراوری شده و الیاف پنبه که محصول جانبی فراوری پنبه است، استخراج می‌شوند. نانوالیاف سلولز نانو فیبریل شده یا سلولز (همان‌طور که در شکل 2 نشان‌داده‌شده است) الیاف طولانی‌تر (کمتر از 3000 نانومتر) و پهن‌تر (کمتر از 100 نانومتر) با کریستالینیتی(Crystallinity)  کم هستند که توسط تجزیه مکانیکی زیست‌توده‌های پنبه با استفاده از یک آسیاب توپی سرعت بالا، دستگاه اولترا سونیکاتور(Ultrasonicator)  و یا همگن‌سازی با فشار بالا به دست می‌آیند.
 

شکل 1 تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از نانوبلورهای سلولز

شکل 2 تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری گسیل میدانی از نانوکامپوزیت‌های الیاف پنبه

نانوکامپوزیت‌ها موادی هستند که از دو یا چند فاز تشکیل‌دهنده با حداقل یک‌فاز ذرات نانومتری (کمتر از 100 نانومتر) تشکیل شده‌اند که یک‌فاز ناپیوسته را روی یک ماتریس از مواد استاندارد ایجاد می‌کنند. این ساختار چند فازی منحصربه‌فرد که توسط یک جزء قوی‌تر مانند پرکننده‌هایی با اندازه نانو تقویت می‌شود، استحکام مکانیکی و کششی بیشتر و ظرفیت بالاتری را برای انبساط و هدایت حرارتی را نشان می‌دهند. نانوبلورهای سلولز مواد جالبی هستند که به دلیل فراوانی گروه‌های هیدروکسیل، واکنش‌پذیری بالا، مساحت سطح بالا و خواص مکانیکی، حرارتی و نوری بالایی را حتی در غلظت‌های پایین دارا بوده و می‌توانند به‌عنوان نانو پرکننده استفاده شوند. در این حالت، این مواد سبب ایجاد خواص استحکام کششی بالا و یا کاهش کشش به دلیل استحکام بالا می‌شوند. استحکام کششی بالا در این مواد ناشی از وجود پیوندهای بین‌مولکولی مانند پیوندهای کووالانسی، نیروهای واندروالس، درهم‌تنیدگی مکانیکی و درهم‌تنیدگی مولکولی بین پرکننده‌ها و ماتریس پلیمری آن است. روش‌های مختلفی برای تولید نانوکامپوزیت‌های سلولزی توسعه یافته‌اند که شامل اکستروژن مذاب، آسیاب گلوله‌ای، قالب‌گیری تزریقی، قالب‌گیری فشرده، چاپ سه‌بعدی، مونتاژ لایه‌ای، الکتروریسی و غیره هستند. نانوکامپوزیت‌های سلولزی به‌عنوان مواد بسته‌بندی، رنگ‌ها، پوشش‌های خودرو، هوافضا، چسب‌ها، هیدروژل‌ها، نانو موانع، بازدارنده‌های آتش، مصالح ساختمانی، دفاع نظامی و به‌عنوان هیبریدهای هوشمند نوظهور، کاربرد وسیعی پیدا کرده‌اند. این مواد دارای ویژگی‌های برجسته‌ای مانند قابلیت کشش، استحکام مکانیکی بالا، شفافیت نوری، رسانایی الکتریکی و حرارتی، تخلخل و جذب بالا هستند. نانوکامپوزیت‌های سلولزی بر پایه پنبه که با فلزات، اکسیدهای فلزی و عناصر غیرفلزی ساخته شده‌اند، ویژگی‌های نوآورانه‌ای را به دلیل وجود اثرات هم‌افزایی به نمایش گذاشته‌اند که به هنگام استفاده از نانومواد خالص، رسیدن به این خواص دست‌نیافتنی است. نانوکامپوزیت‌های بارگذاری شده با نانوساختارهای فلزی دارای خواص ضدباکتریایی هستند و در زیست‌پزشکی، تثبیت آنزیم‌ها، کاتالیز و به‌عنوان حسگرهای زیستی استفاده می‌شوند. رومی(Rumi) و همکاران در سال 2021 مشاهده کردند که نانوبلورهای سلولز بر پایه پنبه دارای کریستالیتی، استحکام کششی و سختی بالایی هستند. آن‌ها این مواد را به یک نانومواد مهندسی جذاب برای تقویت کامپوزیت تبدیل می‌کنند. در یک مطالعه دیگر، آراجو  و همکاران، در سال 2018 دریافتند که نانوکامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با سلولز نانو فیبریل شده یا همان پنبه هیدرولیز شده و استخراج شده از ضایعات پنبه‌ای، منجر به تولید یک ماده کامپوزیت با مقاومت کششی و ظرفیت حرارتی بیشتر در مقایسه با پلیمر زیستی خالص می‌شود. رافائلا  و همکاران نیز در سال 2019 نانوکامپوزیت NFC/کیتوسان پنبه‌ای   را با خواص شبیه کلاژن تولید کردند که نشان‌دهنده افزایش زبری سطح، بهبود چسبندگی سلولی و همچنین گسترش و تکثیر در هنگام استفاده به‌عنوان داربست در مهندسی بافت بود؛ بنابراین، اصلاح سطح مواد پلیمری با NFC پنبه برای زیرلایه‌های مورداستفاده به‌عنوان داربست در مهندسی بافت، منجر به تولید و ساخت نانوکامپوزیت‌های عامل دار با ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی جدید و مساحت سطح بزرگ می‌شود که تماس متعدد بین سلول‌ها و سطوح نانوکامپوزیت برای زنده‌مانی و رشد سلول‌ها را ایجاد می‌کند. در یک مطالعه دیگر، لی  و همکاران (2013) نانوبلورهای سلولز را از طریق الکتروریسی تولید کردند و با پوشش سطحی با نانوذرات CeO2 با استفاده از واکنش هیدروترمال (Hydrothermal)، آن را به یک کامپوزیت تبدیل کردند. این نانوکامپوزیت سلولزی تولید، محافظت عالی در برابر اشعه ماورای‌بنفش و خواص فوتوکاتالیستی افزایش‌یافته را نشان داد که استفاده از آن را در صنعت پزشکی، عملیات نظامی و اپتوالکترونیک(Optoelectronics) کاربردی کرده است.
نانومواد چندمنظوره مبتنی بر پنبه به طور ناخواسته با همه‌گیری کووید-19 از طریق طراحی دستگاه‌های مختلف نانوحسگر، برای تشخیص ویروس، ضدعفونی‌کننده‌های سطحی، ترکیبات ضدویروسی و پارچه‌های نانوکامپوزیتی که برای جلوگیری یا ازبین‌بردن SARS-CoV-2 استفاده می‌شد، موردتوجه قرار گرفتند. بدین منظور، نانوکامپوزیت‌های پنبه به‌عنوان نانوحسگر در تشخیص ویروس و به‌عنوان منسوجات ضدمیکروبی برای PPE پزشکی (تجهیزات حفاظت شخصی) ساخته شده‌اند. عیسی و زوروب  در سال 2021 یک ایمونوسنسور الکتروشیمیایی(Electrochemical immunosensor)  با نوک CNF پنبه‌ای به‌عنوان یک ابزار تشخیصی یک‌مرحله‌ای برای تشخیص آنتی ژن ویروسی SARS-CoV-2 ساختند. منسوجات حاوی نانوذرات ضدمیکروبی مانند نقره، اکسید روی و اکسید مس به‌عنوان یک اقدام محافظتی در PPE برای کسانی که در خط مقدم دفاع در برابر SARS-CoV-2 بودند، طراحی شد. همچنین یک تحقیق گسترده که منجر به طراحی و ساخت ماسک صورت مبتنی بر پنبه ضدباکتری تعبیه شده با نانوذرات اکسید مس بود، نشان داد که پنبه می‌تواند به‌عنوان یک نانوکامپوزیت ضدمیکروبی تکمیل شود و به‌عنوان پارچه PPV برای محافظت از پرسنل پزشکی استفاده شود. در این پژوهش، پرلشتاین  و همکاران در سال 2016، پارچه پنبه‌ای را با نانوذرات اکسید مس با استفاده از رسوب‌دهی به کمک اولتراسوند  توسط فرایند پوشش در محل، بر روی سطح پارچه پوشش دادند. مواد نانوکامپوزیتی حاصل پس از 65 دوره شستشو در دمای 75 تا 92 درجه سانتیگراد خواص ضدباکتریایی عالی خود را حفظ کردند و نتایج نشان داد که این محصول را می‌توان به یک ماده عالی به‌عنوان یک PPE پزشکی قابل استفاده مجدد تبدیل کرد. در یک مطالعه دیگر، آدیکاری  و همکاران (2021) یک پارچه کامپوزیت پنبه‌ای نانوسئوتیکال(nanoceutical) را با استفاده از روش هیدروترمال برای فیلترکردن ذرات ویروسی بدون آسیب رساندن به مکانیسم تنفس کاربر سنتز کردند. طراحی این پارچه نانوسئوتیکال برای کاربردی شدن به‌عنوان دریچه یک‌طرفه در ماسک صورت ساخته شد که تنفس را تسهیل می‌کند و درعین‌حال پاتوژن‌های(Pathogens) ویروسی موجود در هوا را به دام می‌اندازد و فیلتر می‌کند و انتقال ویروس‌ها از طریق قطرات را کاهش می‌دهد؛ بنابراین غیرقابل‌انکار است که پارچه‌های نانوکامپوزیت پنبه‌ای، می‌توانند به‌عنوان منسوجات آینده برای ایجاد سپر حفاظتی در جنگ در برابر عوامل بیماری‌زا شناخته شوند.

2- سنتز نانوکامپوزیت‌های سلولزی بر پایه پنبه با استفاده از روش‌های in situ و ex situ
منسوجات پنبه‌ای به دلیل خواص استثنایی مانند قابلیت تنفس، ضد حساسیت، جذب رطوبت و کم‌هزینه‌بودن، به طور گسترده در کاربردهای متعدد و صنایع مختلف به‌ویژه به‌عنوان پوشاک ورزشی و منسوجات پزشکی استفاده می‌شوند. برخی از معایب پنبه شامل استحکام کششی کم، آسیب‌پذیری در برابر اشعه ماورای‌بنفش، افزایش ظرفیت رشد میکروبی و مقاومت کم در برابر چین‌وچروک است. قراردادن نانوذرات در منسوجات پنبه‌ای به‌عنوان عوامل ضدمیکروبی برای تشکیل نانوکامپوزیت‌ها راهی برای تولید منسوجات عامل دار باارزش افزوده بالا است. این نانوکامپوزیت‌ها که از طریق رسوب درجا یا خارج از محل نانوذرات در منسوجات تشکیل می‌شوند، قابلیت‌های چندگانه‌ای مانند خودتمیزشوندگی، محافظت در برابر اشعه ماورای‌بنفش و هدایت الکتریکی را به پارچه‌های پنبه‌ای اعطا کرده‌اند. منسوجات بر پایه پنبه در واقع می‌توانند با ویژگی‌های خودتمیزشونده طراحی شوند و این ویژگی زمانی رخ می‌دهد که سطوح آب‌گریز روی این منسوجات پوشش داده شود تا منسوجات را دافع آب کند. زمانی که منسوجات دافع آی می‌شوند، قطرات کروی آب می‌توانند لکه‌ها را از طریق مکانیزمی به نام رول کردن آسان (حمل آلودگی‌ها توسط قطره آب کروی شکل موجود بر روی منسوج) پاک کنند. وو  و همکاران، (2016) نشان دادند که رسوب متوالی پلی (اتیلنیمین)Poly(ethylenimine))، نانوذرات نقره(AgNp) و سیلسسکویوکسان الیگومریک دسیل چندوجهی فلوئوردارFluorinated decylpolyhedral oligomeric silsesquioxane (F-POSS)  بر روی پارچه‌های پنبه‌ای منجر به ایجاد یک سطح فوق آب‌گریز با یک سطح تماس 9 درجه با آب و زاویه لغزش 3 درجه می‌شود. نانوکامپوزیت‌های پنبه‌ای تهیه شده با اکسیدهای ZnO، TiO2 و گرافن اکساید کاهش‌یافته  نیز در حفاظت از اشعه ماورای‌بنفش و تداخل الکترومغناطیسی(Electromagnetic interference (EMI))خواص محافظتی ویژه‌ای نشان داده‌اند.

منسوجاتی با خواص ضدمیکروبی برای تولید منسوجات بهداشتی به‌ویژه به‌عنوان مواد بسته‌بندی داروها، سرنگ‌ها یا ابزارهای پزشکی، تجهیزات محافظ شخصی پرسنل پزشکی، پانسمان زخم، پیش‌بند جراحی و بسترهای بیمارستانی موردتوجه قرار می‌گیرند. درحالی‌که پنبه در صنعت نساجی بسیار محبوب است، اما الیاف آن بسیار آب‌دوست و دارای تمایل بالایی به جذب آب و حفظ اکسیژن با سطح وسیعی هستند که این مورد سبب می‌شود تا این منسوجات به محلی برای رشد باکتری‌ها و قارچ‌ها تبدیل شوند. نانوکامپوزیت‌های پنبه با ترکیب نانوذرات فلزی برای نشان‌دادن فعالیت ضدمیکروبی طراحی شده‌اند. ادغام نانوذرات فلزی ضدمیکروبی در پنبه برای تولید نانوکامپوزیت‌ها می‌تواند از طریق روش‌های خارج از محل یا درجا انجام شود. درک بر همکنش نیروهای درون‌مولکولی در ساختار نانوکامپوزیت پنبه در انتخاب روش‌هایی که عملکرد آن را مناسب می‌کند، حیاتی و ضروری است.

1-2 سنتز درجا نانوکامپوزیت‌های سلولزی بر پایه پنبه
سنتز درجا نانوکامپوزیت‌های مبتنی بر پنبه یک رویکرد کلیدی برای تولید کامپوزیت‌هایی با پراکندگی یکنواخت با استفاده از روش‌های سل - ژل یا هیدروترمال(Sol-gel or hydrothermal) است. در این روش نانوذراتی مانند نقره، TiO2، CuO یا ZnO در محل با استفاده از یک پیش‌ماده مانند محلول نمک آبی فلز و یک عامل کاهنده که می‌تواند به شکل کاتالیزور یا عصاره گیاهی باشد؛ مانند سنتز سبز، سنتز می‌شود. این امر منجر به خودآرایی نانوذرات در مکانیزم سنتز می‌شود. مزیت استفاده از این روش این است که یک مونتاژ منحصربه‌فرد از نانوساختارها را با کنترل پیشرفته اندازه ذرات، مورفولوژی و تجمع، می‌توان به دست آورد. بااین‌حال، فرایندهای مصنوعی باید بادقت طراحی شوند تا مونتاژ مناسب نانوذرات در ساختار کامپوزیت بهینه شود و بتوان از عملکرد نانوکامپوزیت حاصل اطمینان حاصل کرد.
ساختار سلولزی الیاف پنبه، ترکیبات زنجیره‌ای پیچیده‌ای را بر اساس کایرالیته(Chirality)، طول و مورفولوژی آن تشکیل می‌دهد که به طور مداوم بر اساس درجه پلیمریزاسیون بالای زنجیره‌های سلولزی در فیبر آن که حدود 15000 است، متفاوت است. یکی از چالش‌های اصلی در سنتز نانوکامپوزیت‌های پنبه، اطمینان از پراکندگی یکنواخت نانوذرات بدون تجمع ذرات است. نانوذرات به دلیل مساحت سطح بالا، انرژی سطح بالا و جاذبه‌های بین‌ذره‌ای قوی که منجر به کاهش انرژی آزاد گیبس  می‌شود و برای عملکرد مواد مضر است تجمع می‌یابد. در درجه اول توزیع فضایی و مجموعه نانوذرات در یک نانوکامپوزیت به تعادل میان نیروهای بین‌مولکولی بین نانوذرات در یک ماتریس پلیمری وابسته است. به جهت ایجاد پراکندگی مناسب ذرات، امتزاج‌پذیری ترمودینامیکی باید حاصل شود. پراکندگی نانوذرات به‌شدت به ظرفیت پیوند هیدروژنی شبکه سلولزی پنبه وابسته است. زمانی که نحوه چیدمان نانوذرات به‌صورت استراتژیک  در یک ماتریس پلیمری دست‌کاری می‌شود، عملکرد جدیدی از نانوکامپوزیت ظاهر شده و به همین دلیل نیز ویژگی‌های جدید این مواد مانند مقاومت در برابر آب، مدولاسیون نوررسانایی الکتریکی و مقاومت ضدباکتریایی، افق‌های کاربردی آن را گسترش می‌دهد. لازم به ذکر است که عملکرد نهایی نانوکامپوزیت به بر همکنش نانوذرات معرفی شده و ماتریس پنبه بستگی دارد که بر روی ساختار نانوکامپوزیت اثر می‌گذارد. الیاف پنبه دارای ساختار ستون فقراتی هستند که عمدتاً از گروه‌های هیدروکسی تشکیل شده‌اند که میل ترکیبی قوی به مولکول‌های آب ایجاد می‌کنند و باعث رشد میکروبی و افزایش خطر آلودگی می‌شوند. بااین‌حال، ادغام مجموعه‌ای از نانوذرات، سطح کامپوزیت را آب‌گریز می‌کند. پیوند هیدروژنی عامل تعیین‌کننده اصلی در آرایش فضایی و مکانیسم خودآرایی مولکول‌ها در نانوکامپوزیت‌های پنبه است که توسط گروه‌های هیدروکسیل موجود در ستون فقرات گلیکوزید(Glycoside backbones)الیاف سلولزی پنبه ایجاد می‌شود. فعل‌وانفعالات آب‌گریز در نانوکامپوزیت‌های پنبه رایج است که قرارگیری و تجمع نانوذرات سبب ایجاد چنین خاصیتی در نانوکامپوزیت‌های پنبه‌ای حاوی نانوذرات شده است. نیروی دیگری که در خودآرایی و چیدمان نانوذرات در بیوپلیمرها در طی سنتز درجا نانوکامپوزیت‌های پنبه شرکت می‌کند، نیروی واندروالس  است. نیروی واندروالس(Van der Waals force) دارای برد کوتاه و نسبتاً ضعیف‌تر از پیوند هیدروژنی است. این نیرو توسط یک گشتاور دوقطبی گذرا برای نزدیکی نانوذرات به یکدیگر ایجاد می‌شود.
وجا  و همکاران، (2017) مواد نانوکامپوزیت پنبه را از طریق تولید درجا نانوذرات مس با استفاده از یک روش هیدروترمال یک‌مرحله‌ای که فعالیت ضدباکتریایی عالی را نشان دادند، تولید کردند. نانوذرات اکسید تیتانیوم  روی پارچه‌های پنبه‌ای با روش تولید سنتز درجا، پوشش‌دهی شدند. نانوکامپوزیت به‌دست‌آمده کاهش میکروبی بیش از 95 درصد را نشان داد کخ خواص ضدمیکروبی آن پس از 20 چرخه شستشو حفظ شد. در یک پژوهش دیگر، مارناتا  و همکاران (2018) نانوذرات دوفلزی نقره و مس را در ماتریس پلیمری پارچه پنبه‌ای با استفاده از عصاره برگ آلوئه‌ورا  تولید کردند و مشاهده کردند که علاوه بر نشان‌دادن فعالیت ضدمیکروبی قوی علیه باکتری اشریشیا کلی(Escherichia coli)، سودوموناس(Pseudomonas) ، کلبسیلا(Klebsiella) ، استافیلوکوس(Staphylococcus)  و باسیلوس(Bacillus)، از تجمع این نانوذرات نیز از طریق روش سنتز درجا جلوگیری شد. نانوذرات اکسید روی آب‌گریز، بی‌اثر و مقرون‌به‌صرفه هستند و به دلیل فعالیت فوتوکاتالیستی، پایداری حرارتی، جذب طیف وسیعی از اشعه ماورای‌بنفش و خواص ضد شعله شناخته شده‌اند. پوشش نانوذرات روی، بر روی منسوجات پنبه‌ای خواص محافظتی، ضدمیکروبی و محافظت در برابر اشعه ماورای‌بنفش را بهبود می‌بخشد. بااین‌حال، بیشتر نانوکامپوزیت‌های اکسید روی پنبه با چسب‌های پلیمری با استفاده از روش پد - خشک - پخت(Pad-dry-cure) تهیه می‌شوند. نانوکامپوزیت تولید شده با استفاده از این روش، منجر به تولید پارچه‌هایی با سفتی بالا، دوام شستشوی ضعیف و نفوذپذیری کم در برابر عبور هوا می‌شود. ازآنجایی‌که نانوذرات اکسید روی بر روی سطح پارچه رسوب می‌کنند، هیچ پیوند شیمیایی ایجاد نمی‌کنند، زیرا اکسید روی هیچ بر همکنش یونی با گروه‌های هیدروکسیل سلولز نداشته و باعث می‌شود که فقط یک پیوند ازدست‌رفته با سطح پارچه داشته باشد. منسوجاتی که به‌عنوان بسترهای بیمارستانی و PPV مورداستفاده قرار می‌گیرند، دائماً نیاز به شستشوی مکرر دارند، بنابراین رسوب سطحی اکسید روی روش مناسبی برای تولید نانوکامپوزیت‌های پنبه‌ای که به فرکانس شستشوی بالا نیاز دارند، نخواهد بود. می‌توان نتیجه گرفت که تولید درجا نانوذرات در این منسوجات، گزینه بهتری است. وربیک  و همکاران، در سال 2021 سنتز درجا اکسید روی را بر روی پارچه پنبه‌ای با استفاده از عصاره پوست انار به‌عنوان یک عامل کاهنده و از خاکستر چوب به‌عنوان عامل قلیایی با خواص محافظتی عالی در برابر اشعه ماورای‌بنفش و همچنین ایجاد پراکندگی یکنواخت نانوذرات اکسید روی بررسی کردند. در تحقیق دیگری، سنتز درجا نانوکامپوزیت‌های پنبه اکسید روی با استفاده از روش هیدروترمال یک گلدانی(One pot hydrothermal method) برخی از خواص را نظیر عملکرد ضدباکتریایی عالی، محافظت در برابر اشعه ماورای‌بنفش و عملکرد فوتوکاتالیستی نشان داد.

2-2 سنتز خارج از محل نانوکامپوزیت‌های سلولزی بر پایه پنبه
سنتز خارج از محل نانوکامپوزیت‌های سلولزی بر پایه پنبه از طریق یک فرایند دومرحله‌ای انجام می‌شود. در مرحله اول، اکسید فلزی یا نانوذرات فلزی از طریق روش‌های بارش همگن، شیمیایی مرطوب و هیدروترمال تهیه می‌شوند. در مرحله دوم، نانوذرات آماده شده مستقیماً بر روی پارچه پنبه‌ای پخش می‌شوند تا یک نانوکامپوزیت تشکیل شود. یکی از روش‌های پخش نانوذرات آماده شده در پارچه، استفاده از تکنیک مخلوط‌کردن است. در این روش، نانوذرات از پیش سنتز شده در پلیمرهای زیستی؛ مانند نشاسته یا پنبه از طریق مخلوط‌کردن یا ذوب‌شدن با حلال مخلوط می‌شوند. در مقایسه با روش درجا، پراکندگی کامل نانوذرات قبل از افزودن به پلیمر برای جلوگیری از تجمع نانوذرات به دلیل انرژی سطح بالا ضروری است. این روش تهیه نانوکامپوزیت در مقایسه با سنتز درجا انعطاف‌پذیرتر بوده و به دلیل هزینه سرمایه‌گذاری پایین آن می‌تواند برای مقیاس تجاری افزایش یابد. اشکال استفاده از این روش، تهیه نانوذرات پراکنده یکنواخت در پلیمرهای زیستی؛ مانند پنبه است که می‌توانند در طولانی‌مدت بدون تجمع پایدار باقی بمانند.
یک روش خارج از محل مورداستفاده برای تشکیل نانوکامپوزیت‌های پنبه باارزش افزوده، پوشش سطحی مواد با نانوذرات فلزی یا اکسید فلزی است. داوود  و همکاران (2004) رسوب آناتاز(Anatase) نانوذرات اکسید تیتانیوم را بر روی پنبه بررسی و مشاهده کرد که نانوکامپوزیت پنبه پوشش داده شده محافظت در برابر اشعه ماورای‌بنفش، پتانسیل ضدباکتریایی و خواص خودتمیزشوندگی را افزایش می‌دهد. الدین  و همکاران (2021) رسوب درجا نانوذرات اکسید تیتانیوم را روی پارچه پنبه‌ای با استفاده از روش سل - ژل نشان دادند که خواص مشابهی از آن نتیجه شد. یک نانوکامپوزیت نقره بارگیری شده با نانوذرات سیلیسیوم اکساید با استفاده از تکنیک سل - ژل تهیه شد که در آن نانوکامپوزیت نقره با استفاده از عصاره گیاه Ocimum lamiifolium و روش Stőber برای به‌دست‌آوردن نانوکامپوزیت نقره آغشته به سیلیسیوم اکساید تولید شد. هنگامی که این نانوکامپوزیت بر روی پارچه پنبه‌ای بارگذاری شد، فعالیت ضدمیکروبی قوی بدون ایجاد سمیت بر روی سلول‌های پستانداران نتیجه شد. در یک پژوهش دیگر، نانوذرات اکسید روی از طریق مونتاژ لایه به لایه بر روی سطح پارچه پنبه‌ای اعمال شد. این روش که به‌عنوان تجزیه چندلایه شناخته می‌شود به‌ندرت در پوشش‌دهی منسوجات استفاده می‌شود. در این پژوهش، پارچه پنبه‌ای ابتدا برای تولید بارهای مثبت روی سطح پارچه، کاتیونیزه شده و سپس به طور متناوب و به ترتیب در محلول اکسید روی آنیونی با 11=PH، آب دیونیزه، محلول اکسید روی کاتیونی با 3=PH و آب دیونیزه شده، به طور مکرر خیس شد تا زمانی که 10-16 لایه از نانوذرات اکسید روی به دست آمد. در نهایت، ماده نانوکامپوزیت در دمای 60 درجه سانتی‌گراد خشک و به مدت 3 دقیقه در دمای 130 درجه سانتی‌گراد پخت شد.
سنتز درجا نانوکامپوزیت‌های پنبه با استفاده از نانوذرات نقره برای ایجاد فعالیت ضدمیکروبی از طریق ترکیب نمک‌های نقره و مجتمع‌های ترکیبی آلی نقره انجام شده است. بااین‌حال، این روش مستلزم چسبندگی قوی این عامل ضدمیکروبی به پارچه پنبه‌ای است، زیرا نانوذرات نقره چسبندگی ضعیفی به منسوجات داشته و سبب آزادسازی سریع نانوذرات نقره با افزایش شستشو و در نتیجه کاهش دوام شستشو می‌شود. انتشار یون‌های نقره از نانوکامپوزیت‌های پنبه ضدمیکروبی نیز به دلیل سمیت قوی و ایجاد مشکلات زیست‌محیطی موردتوجه است. چسبندگی ضعیف نانوذرات نقره به پارچه‌های پنبه‌ای با استفاده از فرایند جذب یک نقص در تولید مواد نانوکامپوزیت پنبه ضدباکتری است و دراین مورد اصلاح سطح برای بهبود کارایی بارگذاری  نانوذرات نقره موردنیاز است. شهیدی  و همکاران در سال 2010، عملیات پلاسمایی پارچه پنبه را قبل از پوشش با نانوذرات نقره گزارش کردند که باعث افزایش جذب و افزایش مقدار نانوذرات نقره در سطح پنبه شد. این پارچه‌های نانوکامپوزیتی 95 تا 100 درصد کاهش جمعیت باکتریایی را نشان دادند که پس از 10 بار شستشوی متوالی ثابت باقی ماند.

3- نانوکامپوزیت‌های بر پایه پنبه ساخته شده از نانو سلولز استخراج شده از نانوالیاف سلولز پنبه
نانوالیاف پنبه الیاف طبیعی هستند که عمدتاً هولوسلولز(Holocellulose) (سلولز و همی سلولز) و لیگنین را تشکیل می‌دهند و دارای چندین مزیت از جمله چگالی کم، دردسترس‌بودن، زیست‌تخریب‌پذیری و خواص مکانیکی استثنایی هستند که آن را به‌عنوان یک نامزد ایده‌آل برای نانوکامپوزیت‌های پلیمری تبدیل می‌کند. ارزش‌گذاری بقایای کشاورزی پنبه منجر به تولید مواد جدیدی می‌شود که می‌تواند به‌عنوان پرکننده یا مواد تقویت‌کننده برای تشکیل نانوکامپوزیت‌هایی باارزش قوی استفاده شود. بر خلاف گیاهان دیگر مانند جوت، کتان و کنف که تنها از 25 درصد سلولز تشکیل شده‌اند و درختان چوبی که حاوی 40 تا 50 درصد سلولز هستند، الیاف پنبه از 90 درصد سلولز تشکیل شده‌اند. سلولز موجود در الیاف پنبه از نظر وزن مولکولی دارای بالاترین وزن مولکولی در بین تمام الیاف گیاهی و بیشترین کریستالیتی و فیبریلاسیون(Crystalline and fibrillated)  را دارد. الیاف پنبه شامل سلولز با واحدهای ساختاری 1،4-دی - گلوکوپیرانوز( 4و1-d-glucopyranose) است که به‌صورت میکروفیبریل‌هایی در الگوی منظم چیده شده‌اند. الیاف پنبه دارای خواص مکانیکی عالی مانند مدول یانگ و انبساط حرارتی کم هستند. نانوالیاف تولید شده از سلولز جدا شده از الیاف پنبه را می‌توان به‌عنوان نانوسیم با نسبت ابعادی فراتر از 1000، نانو میله با نسبت ابعاد بین 3 تا 5، نانوروبان و نانولوله با نسبت ابعاد بیش از 10 طبقه‌بندی کرد. الیاف پنبه خشک شده حاوی مقادیر زیادی سلولز و همی سلولز است که با حذف ناخالصی‌ها، استحکام کششی و دوام آن افزایش می‌یابد. این الیاف مبتنی بر سلولز معمولاً به‌عنوان ماده تقویت‌کننده برای تولید نانوکامپوزیت‌های موردنیاز در صنعت ساخت‌وساز، خودروسازی و الکترونیک، غشاهایی برای اولترافیلتراسیون(Ultrafiltration)، تبادل یونی و سلول‌های سوختی و به‌عنوان چسب در مواد دارویی و پرکننده‌های آرایشی استفاده می‌شوند. نانوفیبریل‌های سلولزی در مقایسه با الیاف طبیعی استحکام کششی بیشتری داشته و نسبت سطح به حجم فوق‌العاده‌ای نسبت به شکل حجیم خود دارند. استخراج نانو سلولز پنبه را می‌توان با استفاده از روش‌های مکانیکی مانند همگن‌سازی با فشار بالا، آسیاب توپ، فراصوت یا اختلاط با سرعت بالا و یا با استفاده از روش‌های شیمیایی مانند هیدرولیز اسیدی با اسیدهای قوی مانند اسیدسولفوریک یا اسید هیدروکلریک، اکسیداسیون با TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpyperidine-l-oxyl) یا ترکیبی از هر دو روش مکانیکی و شیمیایی انجام داد. مشخص شده است که هیدرولیز اسید، نواحی آمورف را در الیاف پنبه حذف می‌کند و منجر به تولید نانو سلولز با کریستالی بالا و توزیع اندازه یکنواخت می‌شود. اسیدسولفوریک سوسپانسیون کلوئیدی پایدارتری از نانوبلورهای سلولز تولید می‌کند و به اسید هیدروکلریک که باعث تجمع جرمی نانوبلورهای سلولز می‌شود، ترجیح داده می‌شود، زیرا حداقل بار سطحی باعث فقدان نیروی دافعه الکترواستاتیکی بین ذرات کریستال می‌شود. همچنین خطرات اسیدهای معدنی و ماهیت خورنده آنها برای محیط‌زیست مضر است. فرایندهای مکانیکی، نانوالیاف را با نرخ موفقیت بالایی تولید می‌کنند، اما نیروهای برشی مکانیکی قوی باعث ایجاد اختلال در الیاف، مصرف بیش از حد انرژی و انسداد هموژنایزر(Homogenizer)  پس از استفاده طولانی‌مدت می‌شود. برای اجتناب از کاستی‌های ارائه شده توسط فرایندهای مکانیکی و شیمیایی استخراج نانو سلولز، تکمیل مقدماتی با سلولاز یا هیدرولیز آنزیمی در نظر گرفته شده است. هیدرولیز آنزیمی یک روش تکمیل مقدماتی مناسب است که برای برهم‌زدن نیروهای چسبنده بین فیبریلار( Interfibrillar) و تسهیل تجزیه الیاف پنبه و درعین‌حال کاهش اندازه و درجه پلیمریزاسیون الیاف سلولزی مورداستفاده قرار می‌گیرد. مشخص شده است که این روش بسیار انتخابی بوده و در شرایطی با نیاز انرژی کمتر انجام می‌شود. علاوه بر این، حلال‌های مضر را با آنزیم‌های زیست‌تخریب‌پذیر مانند سلولازها جایگزین می‌کنند که انتشارات خطرناکی را برای محیط‌زیست منتشر نمی‌کنند. سلولز از نواحی کریستالی بسیار مرتب و پراکنده با نواحی آمورف نامرتب تشکیل شده است. نواحی آمورف سلولز در مقایسه با ناحیه کریستالی بیشتر مستعد تخریب آنزیمی هستند. آنزیم سلولاز، پتانسیل هیدرولیز انتخابی ناحیه آمورف را دارد و درعین‌حال منطقه کریستالی را حفظ می‌کند و آن را به یک فرایند انتخابی برای جداسازی نانوبلورهای سلولز تبدیل می‌کند؛ بنابراین، این مسیر به دلیل گزینش‌پذیری بالا، شرایط ملایم و تغییرات ضعیف در شیمی سطح، به‌عنوان یک روش پایدار برای تهیه نانوبلورهای سلولز محبوب شده است. علاوه بر این، این روش با اصول شیمی سبز مطابقت دارد، زیرا هیچ اثری از کربن باقی نمی‌گذارد، زباله‌های خطرناک تولید نمی‌کند و مصرف آب و انرژی کمتری را به همراه دارد.
افزودن نانو سلولز استخراج شده از پنبه به‌عنوان یک عامل تقویت‌کننده به یک سیستم پلیمری مانند پلاستیک، لاستیک یا بتن، سبب بهبودبخشیدن برخی از خواص نظیر خواص مکانیکی، ترمودینامیکی و جذبی کامپوزیت، بدون تغییر در کیفیت اصلی ماده اصلی می‌شود. الیاف پنبه با قطری در محدوده 10-30 نانومتر و نسبت ابعاد بالا برای بهبود خواص مکانیکی در یک کامپوزیت پلیمری برای کاربردهای بسته‌بندی غیر غذایی قابل‌استفاده هستند. فرض بر این است که این نانوکامپوزیت‌ها پتانسیل فوق‌العاده‌ای در زیست‌پزشکی به‌عنوان داربست در مهندسی بافت و برای کپسوله‌سازی در دارورسانی دارند. همچنین پیشرفت این فناوری در فناوری کشت سلولی پستانداران خیره‌کننده است. در این پژوهش، پلیمرهای زیستی نانوکامپوزیت به‌عنوان بسترهای بیو‌میمتیک(Biomimetic)برای چسبندگی و تکثیر سلولی عمل می‌کنند. نانو توپوگرافی بسترهای ساخته شده از مولکول‌های زیستی؛ مانند کلاژن که شامل زبری و تخلخل سطحی است، بر تعامل سلول‌ها یا بافت پستانداران تأثیر می‌گذارد که می‌تواند چسبندگی و تکثیر سلولی را بهبود بخشد. ادغام نانومواد در این ماتریس‌های پلیمری می‌تواند کامپوزیت‌هایی با خواص لازم برای کشت سلولی و بافتی ایجاد کند. نانوالیاف سلولزی بر پایه پنبه  پتانسیل فوق‌العاده‌ای برای مهندسی‌شدن جهت تقویت کامپوزیت پلیمری دارند؛ زیرا از ساختار کلاژن در جهت و عملکرد سطحی تقلید می‌کنند که برای چسبندگی، گسترش و تکثیر سلول‌ها بسیار مهم است.
تبدیل نانو سلولز بر پایه پنبه به نانوکامپوزیت‌های پلیمری را می‌توان با استفاده از روش الکتروریسی، خشک‌کردن ریخته‌گری، خشک‌کردن انجمادی، فیلتراسیون به کمک خلا، ریسندگی مرطوب، مونتاژ لایه به لایه، اختلاط مذاب، پلیمریزاسیون درونی، سل - ژل و تکنیک تبخیر حلال انجام داد. روش تبخیر حلال ساده‌ترین روش برای سنتز نانوکامپوزیت است که شامل پراکندگی نانو سلولز در محلول پلیمری از طریق هم‌زدن و به دنبال آن تبخیر کنترل‌شده حلال و ریخته‌گری فیلم کامپوزیت است. لی و همکاران (2014) یک نانوکامپوزیت از نانوالیاف پنبه را در پلی‌اتیلن با چگالی بالا(HDPE) و با استفاده از دو روش مختلف تکمیل مقدماتی تهیه کردند. اولین مورد، مخلوط‌کردن HDPE در یک سوسپانسیون CNF پنبه، آبگیری و خشک‌کردن انجماد مخلوط و سپس ترکیب و اکستروژن  بود. این یک روش سریع و سازگار با محیط‌زیست بود، زیرا هیچ حلال شیمیایی در این فرایند وجود نداشت. در روش دوم، پلی اکسی اتیلن(Polyoxyethylene (PEO)) به‌عنوان یک عامل پراکندگی برای پوشش CNF پنبه قبل از افزودن به گرانول HDPE و استخراج استفاده شد. نتایج حاصل از تصاویر FESEM نشان داد که هر دو روش CNF پراکنده خوبی در HDPE تولید کردند و ساختار شبکه‌ای عالی از کامپوزیت‌های CNF/HDPE پنبه ایجاد شد، اما نانوکامپوزیت تولید شده با استفاده از روش اختلاط ترجیح داده شد، زیرا مقاومت خمشی(MOR) و مدول خمشی(MOE) بیشتری را نشان داد.
نانوکامپوزیت‌ها نسبت به کامپوزیت‌های معمولی مزایای متعددی در استحکام کششی برتر، ظرفیت حرارتی و خواص مانع، زیست‌تخریب‌پذیری،بازیافت‌پذیری و وزن کم دارند. قراردادن نانو سلولز در پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر برای تشکیل نانوکامپوزیت‌های زیستی، ممکن است شکنندگی، خواص مانع ضعیف و پایداری حرارتی پایین پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر خالص را بهبود بخشد. در زمان‌های اخیر کارهای زیادی برای کشف و طراحی نانوکامپوزیت‌های زیستی در مسیر توسعه پلاستیک‌های زیستی باکیفیت بالاتر انجام شده است.
مشکلی که در تولید نانوکامپوزیت‌های سلولزی بر پایه پنبه با آن مواجه هستیم، پراکندگی محدود نانو سلولز در پلیمرها است. این را می‌توان با چسباندن یک گروه آب‌گریز به سطح ماتریکس سلولز از طریق استری کردن، استیلاسیون(Acetylation) یا سیلانیزاسیون(Silanization) که سازگاری با ماتریس را افزایش می‌دهد، بر طرف کرد. ریخته‌گری محلول معمولاً در تهیه فیلم‌های نانوکامپوزیتی استفاده می‌شود؛ اما برای تولید در مقیاس تجاری نامناسب است. روش دیگری که به‌عنوان اکستروژن با استفاده از پردازش مذاب شناخته می‌شود، برای تولید نانوکامپوزیت‌های سلولزی بر پایه پنبه در مقیاس بزرگ امیدوارکننده است. بااین‌حال، برای تبدیل تحقیقات به صنعت و تجاری‌سازی نانوکامپوزیت‌های سلولزی بر پایه پنبه، لازم است هزینه‌های تولید، انتشار زباله، مصرف انرژی، امکان‌سنجی فرایند و رعایت اصول اخلاقی زیست‌محیطی سنجیده شود. به‌طورکلی، چشم‌انداز کاربرد نانو سلولز بسیار خوش‌بینانه به نظر می‌رسد، اما تحقیقات بیشتری برای توسعه روش‌های قابل‌دوام از آزمایشگاه تا صنعتی‌شدن موردنیاز است.

4- نتیجه
نانوکامپوزیت‌ها به‌عنوان مواد چند عنصری با حداقل یک عنصر دارای ابعاد کمتر از 100 نانومتر تعریف می‌شوند. در این گزارش، نانوکامپوزیت‌های سلولزی مبتنی بر پنبه بررسی شد که با افزودن نانوذرات چندمنظوره به پارچه پنبه‌ای با استفاده از فرایندهای درجا یا خارج از محل یا با استخراج ساختارهای نانو سلولز از الیاف پنبه و ترکیب آن در ماتریس‌های پلیمری ساخته می‌شوند. این فرایندها منجر به تولید نانوکامپوزیت‌های جدید با افزایش فعالیت ضدمیکروبی، تقویت پلیمر و چسبندگی و جذب بیشتر در ماتریس‌های بی‌اثر می‌شود. معرفی نانوذرات فلزی به منسوجات پنبه‌ای منجر به تولید نانوکامپوزیت‌های پنبه چندمنظوره با کارایی بالا شده است که فعالیت ضدمیکروبی عالی، آب‌گریزی، محافظت در برابر اشعه ماورای‌بنفش و پوشش‌های ضد الکتریسیته ساکن را نشان می‌دهد. این نانوکامپوزیت‌ها به‌ویژه در تولید مواد ضدمیکروبی برای محافظت در برابر پاتوژن‌های نوظهور کاربرد دارند. پیش‌بینی می‌شود که تحقیقات بیشتر در فناوری نانوکامپوزیت جزئیات ویژگی‌های عملکردی و عملکرد نانوکامپوزیت‌های پنبه‌ای موجود و در حال ظهور را رمزگشایی کرده و سمیت و ایمنی پارچه‌های تولید شده را تعیین می‌کند. علاوه بر این، نیاز زیادی وجود دارد که اکتشافات و تحقیقات آزمایشگاهی باید از طریق طراحی فرایندهای ساخت که به نفع تولید مقرون‌به‌صرفه و در مقیاس بزرگ برای کاربردهای تجاری است، تبدیل شوند.
ادغام نانو سلولز پنبه در پلیمرها به‌عنوان پرکننده برای تشکیل نانوکامپوزیت‌های تقویت‌شده نیز به‌ویژه در ایجاد پلیمرهای شیمیایی و زیست‌تخریب‌پذیر با افزایش استحکام و مدول کششی و به‌عنوان داربست‌ها و بسترهای حمایتی در زیست‌پزشکی، نوید زیادی را نشان می‌دهد. بااین‌حال، مسائلی مانند تأثیر اندازه و مورفولوژی پرکننده‌های نانو سلولز پنبه در ماتریس پلیمری، سازگاری ساختاری پلیمر حاصل، زیست‌سازگاری نانوکامپوزیت‌ها در کاربردهای زیست‌پزشکی و پراکندگی ضعیف نانو سلولز پنبه در ساختار حوزه پلیمری وجود دارد که باید قبل از تبدیل آن‌ها به یک محصول تجاری موردتوجه قرار گیرد. اعتقاد بر این است که این مسائل در آینده نزدیک به‌شدت موردتوجه قرار خواهد گرفت تا راه را برای تولد نسل جدیدی از مواد نانوکامپوزیت با استفاده از نانوساختارهای پنبه هموار کند.

♦ منابع مرتبط :

►https://www.intechopen.com

♦ لینک اشتراک گذاری :

https://b2n.ir/nassajyar962►

♦ مطالب پیشنهادی :

-بیوپلیمرها در صنعت نساجی

-کامپوزیت های تقویت شده در نساجی برای کاربردهای پیشرفته

-مهندسی مواد پیشرفته در صنعت نساجی

.

.

لطفاً ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.