مدل‌سازی نفوذپذیری بخار آب و جذب رطوبت در فیلم‌های نانوکامپوزیت نشاسته- مونت‌موریلونیت (MMT)

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده کشاورزی، گروه علوم و صنایع غذایی، کد پستی ۱۶۴۷۱-۵۱۶۶۶

چکیده

در این پژوهش، بررسی مقدار نفوذپذیری نسبت به بخار آب (WVP) و جذب رطوبت در فیلم­‌های نانوکامپوزیت نشاسته - مونت موریلونیت (MMT) بررسی شد. فیلم‌های نانوکامپوزیت به روش ریخته‌گری و با استفاده از گلیسرول به عنوان نرم­‌کننده تهیه شدند. اثر غلظت گلیسرول بر مقدار نفوذپذیری فیلم­‌ها نسبت به بخار آب، در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و رطوبت نسبی %۹۹-۰ (داخل و خارج ویال) بررسی شد. نتایج نشان داد، WVP با افزایش محتوای گلیسرول در نمونه‌­های نانوکامپوزیت، افزایش می‌­یابد و رابطه نمایی میان تغییرات غلظت نرم­‌کننده و نفوذپذیری نسبت به بخار آب در فیلم­‌های نانوکامپوزیت وجود دارد. همچنین، سینتیک جذب رطوبت نمونه‌­های نانوکامپوزیت، در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و رطوبت نسبی %۷۵ بررسی شد. با افزایش غلظت نانوخاک‌رس از صفر تا %۹، مقدار رطوبت تعادلی فیلم‌­ها از ۳/۳۰ تا %۳۹/۱۷ کاهش یافت. افزون بر این، برای پیش­‌بینی رفتار فیلم­‌ها در جذب رطوبت، از قانون دوم فیک و چهار معادله تجربی، استفاده شد. نتایج مدل­‌سازی نشان داد، مراحل ابتدایی جذب رطوبت به­ خوبی به کمک قانون فیک توصیف می­‌شود، اما با سست­ شدن تدریجی پلیمر، رفتار آن از قانون فیک منحرف می­‌شود. این مسئله نشانگر این است که گرادیان غلظت تنها سازوکار حاکم بر انتقال جرم نیست. همچنین، با افزایش غلظت نانوخاک‌­رس، ضریب انتشار مؤثر رطوبت افزایش یافت. این مسئله نیز می­‌تواند ناشی از نفوذ لایه­‌های رس در ماتریس پلیمر در نواحی بی­‌شکل و ایجاد فضاهایی در ساختار پلیمر باشد. وجود این فضاهای خالی در ساختار نانوکامپوزیت، باعث افزایش ضریب انتشار مؤثر رطوبت می­‌شود. وجود نرم­‌کننده هم می­‌تواند تحرک زنجیر­های پلیمر را تسهیل کند و ضریب انتشار مؤثر رطوبت را افزایش دهد.

عنوان مقاله [English]

Modeling Water Vapor Sorption and Permeability in Starch-Montmorillonite Nanocomposite Films

نویسندگان [English]

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

The aim of this study was to investigate the rate of water vapor permeability (WVP) and moisture sorption of starch-montmorillonite (MMT) nanocomposite films. The nanocomposite films were prepared using the casting method and
glycerol was used as a plasticizer. The effect of glycerol concentration on WVP of the films was determined at 25°C with a relative humidity of 0-99% (inside and outside of the vials). The results showed that WVP is increased with higher glycerol content in the nanocomposite samples and there is an exponential relationship between the plasticizer concentration and WVP of the nanocomposite films. Additionally, moisture sorption kinetics of nanocomposite samples was studied by placing the films in humid environments conditioned at 25°C and 75% relative humidity. In addition, the Fick's second law and four empirical equations were used to predict the films moisture sorption and the results of the modeling demonstrated that the initial stages of moisture sorption were fully supported by Fick's law. However, by the gradual relaxation of the polymer, its behavior deviated from the law. This result indicated that the concentration gradient was not the only dominant mechanism of mass transfer. The effective moisture diffusion coefficient (D) was increased with increasing MMT concentration. This was attributed to the penetration of clay layers into polymer matrix in the amorphous regions and creation of free spaces in polymer structure. The existence of free spaces in the nanocomposite structure increased the effective moisture diffusion coefficient. Additionally, plasticizer presence facilitated mobility of polymer chains and increased the effective moisture diffusion coefficient.

کلیدواژه‌ها [English]

  • modeling
  • mass transfer
  • starch
  • Nanocomposite
  • montmorillonite