Student Submissions

Permanent URI for this collection

https://dspace.alquds.edu/handle/20.500.12213/6660

Browse

Browsing Student Submissions by Author "Mohammad Jalal Mohammad Shihadeh Jabari"

Now showing 1 - 1 of 1
  • Thumbnail Image
    Item
    Improving the Mechanical and Thermal Performance of PVA with Arbutus andrachne leaf and Fruit Extract
    (Al-Quds Univeersity, 2026-01-12) Mohammad Jalal Mohammad Shihadeh Jabari; محمد جلال محمد شحاده جعبري
    This study aims to enhance the mechanical, thermal, and functional performance of polyvinyl alcohol (PVA) films through the incorporation of methanolic extracts derived from the leaves and fruits of Arbutus andrachne L., a Mediterranean plant rich in phenolic and flavonoid compounds. Despite its biodegradability and biocompatibility, neat PVA exhibits low mechanical strength, limited thermal stability, and poor ultraviolet (UV) and antimicrobial resistance. To overcome these limitations, A. andrachne extracts were incorporated into the PVA matrix at varying volumes (0–30 mL) using the solvent casting method to investigate the volume dependent effects on PVA composite properties. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), tensile testing, UV–Visible spectroscopy, and agar disc diffusion assays—was employed to evaluate the physicochemical, mechanical, thermal, optical, and antibacterial performance of the films. DSC analysis showed an increase in the glass transition temperature from ~50 °C for neat PVA to ~57–58 °C at higher extract loadings, accompanied by suppression of the melting peak and a reduction in melting enthalpy by ~25–40%, indicating inhibited crystallization and the formation of a more amorphous, hydrogen-bonded network. FTIR spectra confirmed strong molecular interactions, evidenced by the shift of the O–H stretching band from ~3398 cm⁻¹ to ~3375 cm⁻¹, demonstrating effective hydrogen bonding between PVA hydroxyl groups and phenolic constituents of the extract. Mechanical testing revealed a progressive increase in tensile strength from 3.62 ± 0.28 MPa (pure PVA) to 4.42 ± 0.39 MPa at 30 mL extract, and in Young’s modulus from 94.8 ± 3.8 MPa to 116.2 ± 8.6 MPa, while elongation at break decreased from 41.8% to 27.9%, reflecting enhanced film rigidity. UV–Vis analysis indicated excellent UV-blocking performance (~98–99% in both UVA and UVB regions) without significantly compromising visible light transparency. Antibacterial tests showed strong inhibition against Gram-positive Staphylococcus aureus and Streptococcus spp., and moderate inhibition against Gram-negative Escherichia coli, likely due to phenolic compounds disrupting bacterial cell walls. Overall, the findings confirm that Arbutus andrachne extracts act as multifunctional natural reinforcements, simultaneously improving the structural, thermal, optical, and antimicrobial performance of PVA based composite films without compromising biodegradability. While mechanical properties continued to improve up to 30 mL, the 15–20 mL range provided the most balanced combination of strength, stability, and functional performance. These eco friendly PVA–extract composites show strong potential for biomedical applications, food packaging, and UV protective coatings, offering a sustainable pathway toward high performance bio based materials. تهدف هذه الدراسة إلى تحسين الخصائص الميكانيكية والحرارية والوظيفية لأفلام كحول البولي فينيل (PVA) من خلال دمج مستخلصات الميثانول المستخرجة من أوراق وثمار نبات Arbutus andrachne L.، وهو نبات متوسطي غني بالمركبات الفينولية والفلافونويدات. على الرغم من قابلية PVA للتحلل البيولوجي والتوافق الحيوي، إلا أن PVA النقي يعاني من ضعف القوة الميكانيكية، وانخفاض الاستقرار الحراري، ومقاومة محدودة للأشعة فوق البنفسجية والميكروبات. لتجاوز هذه القيود، تم دمج مستخلصات A. andrachne في مصفوفة PVA بكميات متفاوتة (0–30 مل) باستخدام طريقة الصب بالمذيب لدراسة تأثير حجم المستخلص على خصائص الأفلام المركبة. تم تقييم الأداء الفيزيائي والكيميائي والميكانيكي والحراري والبصري والمضاد للبكتيريا للأفلام باستخدام مطياف الأشعة تحت الحمراء (FTIR)، اختبارات الشد، مطياف الأشعة فوق البنفسجية–المرئية، وفحص الانتشار على الأقراص Agar. أظهرت تحليلات DSC زيادة في درجة حرارة انتقال الزجاج (~50 °م للفيلم النقي إلى ~57–58 °م عند الأحمال الأعلى للمستخلص)، مع تثبيط ذروة الانصهار وانخفاض حرارة الانصهار بنسبة ~25–40%، مما يشير إلى تقليل التبلور وتشكيل شبكة أكثر أمورفية قائمة على الروابط الهيدروجينية. وأكدت أطياف FTIR وجود تفاعلات جزيئية قوية، حيث لوحظ انتقال شدة امتداد مجموعة O–H من ~3398 سم⁻¹ إلى ~3375 سم⁻¹، مما يدل على تكوين روابط هيدروجينية فعالة بين مجموعات الهيدروكسيل في PVA والمركبات الفينولية للمستخلص. أظهرت الاختبارات الميكانيكية زيادة تدريجية في قوة الشد من 3.62 ± 0.28 ميغاباسكال للفيلم النقي إلى 4.42 ± 0.39 ميغاباسكال عند إضافة 30 مل من المستخلص، وارتفاعًا في معامل يونغ من 94.8 ± 3.8 ميغاباسكال إلى 116.2 ± 8.6 ميغاباسكال، بينما انخفضت استطالة الكسر من 41.8٪ إلى 27.9٪، مما يعكس زيادة صلابة الفيلم وتقليل مرونته. كما أظهرت قياسات UV–Vis كفاءة عالية في حجب الأشعة فوق البنفسجية (~98–99٪ في نطاقي UVA وUVB) مع الحفاظ على شفافية مقبولة للضوء المرئي. وأظهرت الاختبارات المضادة للبكتيريا تثبيطًا قويًا ضد البكتيريا موجبة الغرام مثل Staphylococcus aureus وStreptococcus spp., وتثبيطًا متوسطًا ضد البكتيريا سالبة الغرام مثل Escherichia coli، وذلك نتيجة تأثير المركبات الفينولية على جدران الخلايا البكتيرية. تشير النتائج إلى أن مستخلصات Arbutus andrachne تعمل كمقويات طبيعية متعددة الوظائف، حيث تحسن بشكل متزامن الأداء الهيكلي والحراري والبصري والمضاد للبكتيريا لأفلام PVA المركبة دون التأثير على قابليتها للتحلل البيولوجي. وعلى الرغم من أن الخصائص الميكانيكية استمرت في التحسن حتى 30 مل، فإن نطاق 15–20 مل وفر أفضل توازن بين القوة والاستقرار والأداء الوظيفي. توضح هذه الأفلام المركبة الصديقة للبيئة إمكاناتها الكبيرة في التطبيقات الطبية، وتغليف الأغذية، والطلاءات الواقية من الأشعة فوق البنفسجية، مما يوفر مسارًا مستدامًا نحو مواد حيوية عالية الأداء