خواص فیزیکی، مکانیکی و ضدباکتری فیلم‌های نانوزیست‌کامپوزیت برپایه کربوکسی‌متیل سلولوز-نانوخاک‌رس

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 اهر، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد اهر، دانشکده فنی و مهندسی، مهندسی شیمی، کد پستی 6714-5411

2 تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، کد پستی 16471-57666

چکیده

کربوکسی‌متیل سلولوز یکی از پلیمرهای پلی‌ساکاریدی با قابلیت تولید فیلم‌های شفاف و خواص بازدارندگی و مکانیکی نسبتاً خوب بوده که در سطح گسترده‌ای از پژوهش‌ها در زمینه بسته‌بندی مواد غذایی استفاده شده است. در این پژوهش، نانوذرات خاک‌‌رس نوع مونت‌موریلونت و کلویزیت 30B به حالت خالص و اصلاح‌شده با فلزات نقره و مس برای بهبود خواص عملکردی فیلم نانوزیست‌کامپوزیتی کربوکسی متیل سلولوز استفاده شدند. مشاهده شد، وجود این نانوذرات باعث افزایش جذب نور UV در فیلم‌ها، کاهش نفوذپذیری بخار آب و افزایش استحکام مکانیکی فیلم‌ها می‌شود. نتایج آزمون XRD نشان داد، نقره به‌طور مؤثری در فضای بین‌لایه‌ای مونت‌موریلونیت قرار گرفته است، زیرا فاصله بین‌لایه‌ای از 1.841nm برای خاک‌رس نوع کلویزیت 30B به 1.855nm در خاک‌رس نوع کلویزیت 30B اصلاح‌شده با نقره افزایش یافته است. نتایج حاصل از تصاویر SEM نشان داد، در حالت کلی نانوذرات خاک‌رس نوع کلویزیت 30B نسبت به خاک‌رس سدیم مونت‌موریلونیت سازگاری بهتری با فیلم کربوکسی متیل سلولوز دارند. همچنین نتیجه گرفته شد، نانوذرات خاک‌رس اصلاح‌شده با مس در تهیه فیلم‌های نانوزیست‌کامپوزیت سازگارتر از خاک‌رس اصلاح‌شده با نقره هستند. خاصیت ضدمیکروبی نانوذرات نامبرده نیز در برابر دو باکتری استافیلوکوکوس اورئوس و اشرشیاکلی بررسی شد. از نتایج آزمون میکروبی مربوط به نمونه‌های فیلمی کربوکسی متیل سلولوز دارای انواع نانوذرات خاک‌رس مشخص شد، فیلم دارای %4 وزنی کلویزیت 30B اصلاح‌شده با نقره بیشترین اثر ضد‌میکروبی را علیه باکتری‌های استافیلوکوکوس ‌اورئوس و اشرشیاکلی نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Physical, Mechanical and Antibacterial Properties of Nanobiocomposite Films Bosed on Carboxymethyl Cellulose/Nanoclay

نویسندگان [English]

  • Sirous Zahed Karkaj 1
  • Seyed Jamaleddin Peighambardoust 2
1 Faculty of Engineering, Ahar Branch, Islamic Azad University, Postal Code: 5411-6714, Ahar, Iran
2 Faculty of Chemical and Petroleum Engineering, University of Tabriz, Postal Code: 57666-16471 , Tabriz, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: In order to achieve safe and high-quality food products, the use of suitable packaging materials with excellent physical and chemical properties is a key requirement. Pollution resulting from packaging materials made of oil-based plastics and the problems associated with burning, disposal and recycling of these plastic products have attracted the attention of researchers to find appropriate solutions in recent years. Carboxymethyl cellulose (CMC) is one of the important polysaccharide polymers with capability of producing transparent films with relatively good mechanical and inhibition properties that have been used broadly in studies concerning the food stuff packaging.
Methods: Nanocomposite films have been prepared by solution casting method in the presence of clay nanoparticles. Pure and modified montmorillonite noanoparticles and Cloisite 30B along with silver and copper were used for improving the functional properties of carboxymethyl cellulose nanobiocomposite films.
Findings: It was observed that the clay nanoparticles incorporated into the nanocomposite films increased the UV absorption and mechanical properties and reduced the vapor permeability of the films. The XRD results showed that the silver was successfully inserted into the gallery space of the nanoclay, because the basal spacing of Ag-modified Cloisite 30B increased from 1.841 nm to 1.855 nm. Also, the compatibility of the nanoparticles with carboxymethyl cellulose was examined by SEM images. The SEM micrographs showed that the Cloisite 30B nanoparticles displayed better interface compatibility with CMC films than Na-montmorillonite. The results of antimicrobial tests showed that the nanobiocomposite film containing
4 wt% of Ag-modified Cloisite 30B exhibited maximum antimicrobial property against Staphylococcus aureus and Escherichia coli bacteria.

کلیدواژه‌ها [English]

  • carboxymethyl cellulose
  • clay nanoparticles
  • nanobiocomposite
  • mechanical properties
  • antimicrobial property

Magana S.M., Quintana P., Aguilar D.H., Toledo J.A., Angeles-Chavez C., Cortes M.A., Leon L., Freile-Pelegrin Y., Lopez T., and Torres Sanchez R.M., Antibacterial Activity of Montmorillonites Modified with Silver, J. Molecul. Catal. A: Chem., 281, 192-199, 2008.
Dadfar A., Alemzadeh I., Dadfar R., and Vosoughi M., Studies on the Oxygen Barrier and Mechanical Properties of Low Density Polyethylene/Organoclay Nanocomposite Films in the Presence of Ethylene Vinyl Acetate Copolymer as a New Type of Compatibilizer, Mater. Des. 32, 1806-1813, 2011.
Praus P., Turicova M., and Valaskova M., Study of Silver Adsorption on Montmorillointe, J. Braz. Chem. Soc., 19, 549-556, 2008.
Emamifar A., Kadivar M., Shahedi M., and Soleimanian-Zad S., Evaluation of Nanocomposite Packaging Containing Ag and ZnO on Shelf Life of Fresh Orange Juice, Innov. Food Sci. Emerg. Technol., 11, 742-748, 2010.
Kirwan R. and Coles M.J., Food and Beverage Packaging Technology, Wiley-Blackwell, 189-295, 2011.
Goda K., Sreekala M.S., Malhotra S.K., Joseph K., and Thomas S., Advances in Polymer Composites: Biocomposites–State of the Art, New Challenges, and Opportunities, Polym. Compos., 1-10, 2013.
Wu C.S., Handbook of Size Exclusion Chromatography and Related Techniques: Revised and Expanded, Chromatographic Science Series, 2nd ed., 91, CRC, 465-612, 2003.
Azeredo H.M., Nanocomposites for Food Packaging Applications, Food Res. Int., 42, 1240-1253, 2009.
Panda H., The Complete Book on Water Soluble Gums and Resins, Asia Pacific Business, 435-518, 2011.
Heinze T., Liebert T., and Koschella A., Esterification of Polysaccharides, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 175-190, 2006.
Rhim J.W., Park H.M., and Ha C.S., Bio-nanocomposites for Food Packaging Applications, Prog. Polym. Sci., 38, 1629-1652, 2013.
Yadollahi M., Gholamali I., Namazi H., and Aghazadeh M., Synthesis and Characterization of Antibacterial Carboxymethyl Cellulose/ZnO Nanocomposite Hydrogels, Int. J. Biolog. Macromol., 74, 136-141, 2015.
Muppalla S.R., Kanatt S.R., Chawla S.P., and Sharma A., Carboxymethyl Cellulose–Polyvinyl Alcohol Films with Clove Oil for Active Packaging of Ground Chicken Meat, Food Packag. Shelf  Life, 2, 51-58, ‌2014.
Yadollahi M., Namazi H., and Barkhordari S., Preparation and Properties of Carboxymethyl Cellulose/Layered Double Hydroxide Bionanocomposite Films, Carbohydr. Polym., 108, 83-90, 2014.
Cyras V.M.T., Physical and Mechanicalproperties of Thermoplastic Starch/Montmorillonite Nanocomposite Films, Carbohydr. Polym., 73, 55-63, 2008.
Valipoor Motlagh N., Hamed Mosavian M.T., and Mortazavi S.A., The Comparison Effect of Nanosilver Packages on the Quality and Shelf Time of Barberry with Polyethylene Packaging, Iran. Food Sci. Technol. Res. J., 5, 75-87, 2009.
Ghosh S.K., Antimicrobial Activity of Highly Stable Silver Nanoparticles Embedded in Agar-Agar Matrix as a Thin Film, Carbohydr. Res., 345, 2220-2227, 2010.
Wang B.L., Fast and Long-Acting Antibacterial Properties of Chitosan-Ag/Polyvinylpyrrolidone Nanocomposite Films, Carbohydr. Polym., 12, 1-29, 2012.
Smadpour Hendvari S., Investigating Physical, Mechanical and Anti-Microbial Properties of Nanocomopsite Active Polyethylene Films Containing Montmorillonite Modified With Ag and Cu Nanoparticles, MSc Thesis, University of Tabriz, September 2013.