Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages: 92 -123.

The growing threat of antibiotic-resistant bacteria requires the
development of innovative antimicrobial materials. In the present work, xanthan
gum (XG) was chemically modified via free radical graft copolymerization with
butyl acrylate (BA) to improve its functional properties. The impact of different
reaction parameters on grafting yield (G), grafting efficiency (GE), and the
percentage of the homopolymer formation (H%) was systematically studied.
Optimal grafting conditions 0.6 M BA, 8×10⁻² M KPS, 60 °C, and 120 min
produced a graft copolymer with up to 500% grafting yield. Zinc oxide
nanoparticles (ZnO NPs) were synthesized in situ and integrated into the grafted
copolymer matrix, resulting in the formation of the XG-g-BA/ZnO
nanocomposite. Structural, morphological, and thermal characterizations were
conducted using FTIR, TGA, SEM/EDX/Mapp, TEM, and XRD analyses,
confirming successful grafting and nanoparticle integration. Thermal studies
indicated that the grafted XG exhibited improved thermal stability compared to
its unmodified counterpart, with thermal resistance increasing as the BA content
rose. Antibacterial assays against Escherichia coli and Staphylococcus aureus
demonstrated significant inhibition, with the nanocomposite achieving up to
85.7% and 87.6% reduction in bacterial growth, respectively. These findings
indicate that the synthesized biopolymer-nanocomposite offers a promising,
biodegradable alternative for applications in antimicrobial packaging and
biomedical devices.

An eco-friendly approach was utilized to fabricate sodium alginate-
graft-butyl acrylate (SA-g-BA) copolymers via free radical polymerization
using potassium persulfate (KPS) as an initiator. Key reaction variables,
including initiator concentration, monomer dosage, temperature, and time,
were systematically optimized to achieve a maximum grafting percentage of
450%. The structural and thermal properties of the grafted copolymers were
characterized using FTIR, TGA, XRD, SEM/EDX/MAP, and TEM analyses,
confirming successful grafting and improved thermal stability. The results
revealed that grafting with butyl acrylate significantly enhanced the thermal
stability of the alginate backbone, with higher grafting ratios correlating with
increased decomposition temperatures and residual mass. This improvement is
attributed to the presence of thermally stable. ester groups in the poly(butyl
acrylate) chains. The grafted copolymer was then employed as a sustainable
matrix for the green synthesis of silver nanoparticles (AgNPs), using ascorbic
acid and sodium citrate as reducing agents. The resulting SA-g-BA/Ag
nanocomposite exhibited uniformly distributed Ag NPs (14–38 nm), as
confirmed by TEM and EDX/MAP analyses. Antibacterial testing against
Staphylococcus aureus and Escherichia coli demonstrated potent inhibition,
with the SA-g-BA/Ag composite achieving 94.38% and 75.5%, respectively.
This dual-functional nanocomposite, combining improved thermal stability,
hydrophobic grafting, and silver-based antibacterial activity, offers promising
potential for applications in biomedical devices, food packaging, and
antimicrobial coatings.

تقدم هذه الرسالة تخليقًا فعالًا لبوليمرات تطعيم مبتكرة من أكريلات البيوتيل على ألجينات الصوديوم ومركبها النانوي باستخدام جسيمات نانوية من الفضة. اختبرنا عوامل مختلفة، مثل كمية البادئ وأكريلات البيوتيل المستخدمة، ودرجة الحرارة، ومدة التفاعل، في ظل ظروف مختلفة. لوحظ أن نسبة التطعيم تختلف باختلاف ظروف التفاعل، حيث بلغت أقصى نسبة تطعيم 450% باستخدام تركيز أكريلات البيوتيل 1.4 مولار وتركيز البادئ 6 × 10⁻² مولار عند درجة حرارة 60 درجة مئوية لمدة ساعتين. وقد تم إثبات فعالية عملية التطعيم من خلال الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه، والتحليل الوزني الحراري، وأنماط حيود الأشعة السينية. استُخدم كوبوليمر التطعيم لإنتاج جسيمات نانوية من الفضة بطريقة صديقة للبيئة، باستخدام نترات الفضة كمادة أولية. فُحص ألجينات الصوديوم المُصنّعة والممزوجة بمركب نانوي من أكريلات البيوتيل والفضة باستخدام تقنية تحويل فورييه تحت الحمراء، والتحليل الوزني الحراري، وأنماط حيود الأشعة السينية، والمجهر الإلكتروني الماسح، والمجهر الإلكتروني النافذ. أظهرت البوليمرات المُطعّمة المصنوعة من ألجينات الصوديوم وأكريلات البيوتيل قدرة عالية على قتل البكتيريا، وتحديدًا المكورات العنقودية الذهبية والإشريكية القولونية. ويُظهر هذا البوليمر خصائص مضادة للبكتيريا فعالة ضد المكورات العنقودية الذهبية والإشريكية القولونية. ويُظهر ألجينات الصوديوم المُطعّم بمركب نانوي من أكريلات البيوتيل والفضة أعلى تأثير تثبيطي ضد المكورات العنقودية الذهبية والإشريكية القولونية، محققًا نسبة تثبيط 94.38% و75.5% على التوالي. تُظهر هذه الدراسة بنجاح تخليق وتوصيف كوبوليمر جديد من صمغ الزانثان-ج-بوتيل أكريلات ومركبه النانوي باستخدام جسيمات نانوية من أكسيد الزنك، مما يُبرز إمكاناتهما كمواد مضادة للبكتيريا من الجيل التالي. نتج عن بلمرة التطعيم المُحسّنة نسبة تطعيم تصل إلى 500%، مما حسّن بشكل كبير بنية صمغ الزانثان العادي ومقاومته للحرارة وخصائص سطحه. كما عززت إضافة جسيمات أكسيد الزنك النانوية مباشرةً إلى مزيج الكوبوليمر قدرته على مكافحة البكتيريا، مما أدى إلى معدلات تثبيط مذهلة بلغت 87.6% ضد المكورات العنقودية الذهبية و85.7% ضد الإشريكية القولونية. تم التوصيف الشامل باستخدام مطيافية تحويل فورييه بالأشعة تحت الحمراء، والتحليل الوزني الحراري، وأنماط حيود الأشعة السينية، والمجهر الإلكتروني الماسح، والمجهر الإلكتروني النافذ. وأكد هذا التوصيف نجاح عملية التطعيم وفعالية دمج الجسيمات النانوية. حسّنت التأثيرات التآزرية بين السلاسل المطعمة الكارهة للماء وجسيمات أكسيد الزنك النانوية الأداء المضاد للميكروبات، وساهمت في تطوير خصائص فيزيائية وكيميائية قابلة للضبط، ومناسبة للتطبيقات العملية.ونظرًا لتفاقم مشكلة مقاومة مضادات الميكروبات عالميًا، تُعدّ هذه المادة النانوية المركبة الآمنة والصديقة للبيئة والفعالة للغاية خيارًا مثاليًا للاستخدام في الأجهزة الطبية، وأغطية الجروح، وتغليف المواد الغذائية

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.