نانوکامپوزیت‌های بر پایه نشاسته سیب‌زمینی- مونت‌موریلونیت (MMT): حساسیت به آب، خواص مکانیکی و گرمایی و الگوی پراش پرتو X

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده کشاورزی، گروه علوم و صنایع غذایی

چکیده

 هدف از این پژوهش، مطالعه اثر افزودن درصدهای مختلف مونت­‌موریلونیت (3، 5، 7 و %9 وزن نشاسته)، بر خواص فیزیکی نانوکامپوزیت­‌های نشاسته سیب زمینی-MMT است. مقاومت گرمایی و خواص مکانیکی فیلم­‌های نانوکامپوزیت به ترتیب به وسیله­ آزمون گرماسنجی پویشی تفاضلی و آزمون کشش و نحوه پراکنش نانوذرات در ماتریس پلیمر با استفاده از آزمون پراش پرتو X بررسی شد. برای مطالعه اثر افزودن نانوذرات بر مقدار بازدارندگی فیلم­‌های حاصل در برابر رطوبت، مقدار جذب رطوبت و تراوایی نسبت به بخار آب (WVP) اندازه­‌گیری شد. نتایج نشان داد، نحوه پراکنش نانوذرات در ماتریس پلیمر به شکل ورقه­‌ای است. مقدار WVP برای نمونه شاهد، g/m.h.Pa 7-10 × 6/2 است که با افزایش غلظت نانوخاک­ رس تا %9، به­ طور معنی­ داری کاهش می‌یابد و به  g/m.h.Pa7-10 × 43/1 می ­رسد. همچنین، با افزودن نانوخاک­ رس از صفر تا %9، استحکام کششی نهایی نمونه­ های فیلم­ از MPa 9/5 تا  MPa63/6 افزایش و کرنش تا پارگی از %82/34 به %83/26 کاهش یافت. اما، روند افزایشی استحکام کششی در فیلم­ های حاوی غظت­ های کم نانوخاک­ رس (%7-0)، معنی ­دار نبود. مهم­ ترین دلیل برای تقویت مقاومت مکانیکی در اثر افزودن نانوخاک­ رس، برقراری پیوندهای بین­ سطحی قوی‌تر و بیشتر بین زنجیرهای نشاسته و لایه‌های نانوخاک ­رس، پرکردن فضاهای خالی و افزایش نواحی بلوری است. بررسی مقاومت گرمایی نمونه­ های نانوکامپوزیت نشان داد، فیلم­ های نانوکامپوزیت نسبت به فیلم نشاسته خالص مقاومت گرمایی و دمای ذوب بیشتری دارند. با افزایش محتوای نانوخاک­رس از صفر تا %­9، دمای ذوب نمونه­ های نانوکامپوزیت از 218 درجه تا 232 افزایش می ­یابد.. همچنین با افزایش محتوای نانوخاک رس، دمای انتقال شیشه­ ای افزایش می­‌یابد. این افزایش مربوط به کاهش حجم آزاد، کاهش تحرک قطعه‌­ای و در نتیجه تشکیل ساختار منسجم­‌تر به وسیله نانوخاک­ رس در نواحی بی­‌شکل است.
.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Potato Starch/Montmorillonite-Based Nanocomposites: Water Sensitivity, Mechanical and Thermal Properties and XRD Profile Study

نویسندگان [English]

  • Ronak Gholami
  • Babak Ghanbarzadeh
  • Jalal Dehghannia
Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Postal Code: 51666-16471, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Studies were carried out on the effect of adding different percentages of montmorillonite (3, 5, 7 and 9% of starch weight) on the physical properties of potato starch-MMT nanocomposites. Heat resistance and mechanical properties of films were measured by differential scanning calorimetry (DSC) and tensile test. Nanoparticles distribution in polymer matrix was investigated using X-ray diffraction test (XRD). For investigation of water vapor resistance of film samples, moisture sorption and water vapor permeability (WVP) were measured. The results showed that the distribution of nanoparticles in the polymer matrix was exfoliated. WVP in pure starch films was 2.62×10-7 g/mhPa and with the addition of 9% MMT it was reduced to 1.43×10-7 g/mhPa. With the addition of nanoclay from zero to 9%, the ultimate tensile strength of nanocomposite samples was increased from 5.9 to 6.63 MPa and strain-to-break was decreased from 34.82 to 26.83%. But the rising trend was not significant for nanocomposite samples containing low concentrations of nanoclay (0-7%). The main reasons for the enhancement of mechanical properties due to the addition of nanoclay were to establish hydrogen bonding between polymer chains and clay layers, filling the empty spaces and increase the crystalline domains. Investigation of thermal resistance of nanocomposite samples showed that they have higher thermal resistance and melting point in comparison with pure starch films. With the addition of nanoclay from zero to 9%, the melting point of film samples was increased from 218 to 232.1°C. With the addition of nanoclay, probably the mobility of amylopectin chains decreased and crystalline domains increased. Also, with increasing nanoclay content, the glass transition temperature of nanocomposite samples was increased. This result corresponded to shrinkage in free volume and thus reduction in the polymer chains mobility in amorphous regions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanocomposite
  • starch
  • montmorillonite
  • mechanical properties
  • Nanoclay