زیست نانوکامپوزیت بر پایه نشاسته نرم‌شده شامل نانوتاربلورسلولوز و نانوذرات تیتانیم دی‌اکسید: مطالعه ساختار و نفوذپذیری بخار آب

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده کشاورزی، گروه مهندسی علوم و صنایع غذایی، کد پستی۱۶۴۷۱-۵۱۶۶۶

2 تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده شیمی، گروه شیمی پلیمر، کد پستی۱۶۴۷۱-۵۱۶۶۶

چکیده

فیلم خالص نشاسته معایبی مانند خاصیت آبدوستی شدید و خواص مکانیکی نسبتاً ضعیف دارد که استفاده از آن را برای تولید فیلم­‌های مصرفی در صنایع بسته‌­بندی محدود می­‌سازد. در این پژوهش براساس مطالعات پیشین، برای بهبود خواص فیلم نشاسته نرم شده (PS) از مقدار ثابت %۱۰ سیتریک­ اسید و %۱۰ پلی­‌وینیل­‌الکل (PVA) و نیز مقادیر مختلف نرم­‌کننده گلیسرول (GLY)، نانوویسکرسلولوز (CNW) و ­تیتانیم دی‌­اکسید (TiO2)  استفاده شد. آثار این ترکیبات روی نفوذپذیری نسبت به بخارآب (WVP) فیلم­‌های زیست ­نانوکامپوزیت نشاسته بررسی و مقادیر بهینه آنها با طرح مرکب مرکزی به روش پاسخ رویه معین شد. نتایج آزمون پراش پرتو X نشان داد، در مقادیر کم TiO2 و CNW، به دلیل پراکنش یکنواخت نانوذرات در ماتریس زیست‌­پلیمر، پیکی در  الگوی پراش مشاهده نمی‌­شود. اما با افزودن مقادیر زیادی TiO2 و  CNW پیکی ظاهر می‌شود که ممکن است مربوط به افزایش نواحی بلوری  یا احتمالاً تجمع نانوذرات باشد. طیف­‌سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه نشان داد، افزودن CNW و TiO2 موجب تشکیل و افزایش تعداد پیوند هیدروژنی بین گروه­‌های عاملی پرکننده و ماتریس پلیمری زیست‌نانوکامپوزیت می‌­شود. آثار غلظت TiO2 و CNW به شکل درجه دوم، غلظت GLY خطی و درجه دوم و اثر متقابل CNW و GLY برWVP معنی‌­دار و مشاهده شد، مقادیر بهینه TiO2 ،CNW و GLY برای دستیابی به WVP  کمینه به ترتیب برابر 0.118 و 0.3 گرم  و 1.06 میلی لیتر است.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Plasticized Starch Based Bionanocomposites Containing Cellulose Nanowhiskers and Titanium Dioxide Nanoparticles: Study of Structure and Water Vapor Permeability

نویسندگان [English]

  • Nasrin Jamshidi Kaljahi 1
  • Babak Ghanbarzadeh 1
  • Jalal Dehghannya 1
  • Ali Akbar Entezami 2
  • Mahmoud Sowti khiyabani 1
1 Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture,University of Tabriz, Postal Code: 51666-16471, Tabriz, Iran
2 Department of Polymer Chemistry, Faculty of Chemistry; University of Tabriz, Postal Code: 51666-16471, Tabriz, Iran
چکیده [English]

The starch-based films have some disadvantages such as weak mechanical and poor water barrier properties that restrict their applications in food packaging. In the present research, to improve the properties of the starch films, a constant level of citric acid and polyvinyl alcohol (PVA) (10%) with different amounts of glycerol (GLY) as a lubricating agent, crystal nanowhiskers (CNW) and titanium dioxide (TiO2) nanoparticles were used together. Finally, the effects of these compounds on permeability properties of the obtained starch-based bionanocomposites were studied and their optimum values were determined by central composite design of response surface methodology (RSM). The results of X-Ray diffraction (XRD) test showed that at low levels of TiO2 and CNW there was no diffractogram peak obtained. However, at high levels of TiO2 and CNW there emerged distinct and sharp peak which was attributed to greater crystalline region and probably non-homogeneity in particle distribution. The Fourier transmission infrared (FTIR) data showed that addition of CNW and TiO2 increased hydrogen binding between the nanofillers and biopolymer matrix. The effects of TiO2 and CNW concentrations as quadratic and glycerol concentration as linear and quadratic were significant on water vapor permeability (WVP). The optimum levels of TiO2, CNW and GLY for obtaining minimum WVP corresponded to 0.118, 0.3 g and 1.06 mL, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • starch
  • cellulose nanowhisker
  • Titanium dioxide
  • FTIR
  • XRD
  • water vapor permeability