عنوان

تولیدو مقایسه ویژگی های فیزیکی نانوبیوکامپوزیت های نشاسته حاوی نانورس و نانوذرات تیتانیم دی اکسید

‭۹۰۶۲پ‬

per

تولیدو مقایسه ویژگی های فیزیکی نانوبیوکامپوزیت های نشاسته حاوی نانورس و نانوذرات تیتانیم دی اکسید

/سید امیر اولیایی

تبریز :دانشگاه تبریز ،دانشکده ی کشاورزی

چاپی

کارشناسی ارشد

مهندسی علوم و صنایع غذایی

‮‭۱۳۹۱/۰۶/۱۳‬

تبریز :دانشگاه تبریز ،دانشکده ی کشاورزی

سالانه در جهان بیش از ‮‭۵‬ میلیارد تن زبال‍ حاصل از مواد بسته بندی تولید می شود که ‮‭۳۰‬ از این زباله‌صها مربوط به مواد پلاستیکی می‌صباشد .مواد پلاستیکی سنتزی حاصل از مشتقات نفتی به‌صدلیل غیرقطبی بودن، زیست‌صتخریب‌صپذیر نمی-باشند، بنابراین مشکلات زیست‌صمحیطی جدی را بوجود می‌صآورند که اصطلاحا به آن آلودگی سفید می‌صگویند .همچنین، مشکلات ناشی از روش‌های مختلف آلودگی زدایی) مانند دفن کردن، سوزاندن و بازیافت آنها (توجه پژوهشگران را در طی سال‌های اخیر به یافتن جایگزین‌های مناسب برای این نوع مواد بسته بندی معطوف کرده است .فیلم‌صهای خوراکی با زیست‌صتخریب‌صپذیری بالا و سازگار با محیطصزیست که از منابع تجدیدصپذیر کشاورزی حاصل می‌صشوند، گزینه‌صای مناسب برای این امر به‌صحساب می‌صآیند .نشاسته یکی از این ترکیبات به شمار می‌صرود که به دلیل دارا بودن قیمت ارزان، تجدیدپذیری و فراوانی در طبیعت مورد توجه زیادی قرار دارد .هر چند فیلم خالص نشاسته دارای معایبی مانند خاصیت آبدوستی شدید نشاسته و دارابودن خواص مکانیکی نسبتا ضعیف، می-باشد که استفاده از آن را از آن را در تولید فیلم‌صهای مورد استفاده در بسته‌صبندی محدود می‌صسازد .روش‌صهای مختلفی برای بهبود ویژگی‌صهای فیلم نشاسته وجود دارد که از آن جمله می‌صتوان به استفاده از نرم‌صکننده‌صها، ترکیب با پلیمرهای سنتزی، ترکیب با نانوپرکننده‌صها و تولید نانوکامپوزیت‌صها را می‌صتوان نام بر.در این پژوهش برای بهبود ویژگی‌صهای فیلم نشاسته از دو نانوذره ‮‭MMT‬ و ‮‭TiO۲‬ و همچنین مخلوط آنها استفاده و اثرات این ترکیبات بر روی ویژگی‌صهای مختلف فیلم‌صهای نانوبیوکامپوزیت حاصل مورد بررسی قرار گرفت .نتایج حاصل از آزمون‌صهای مختلف نشان داد که بدلیل وجود عوامل‮‭OH‬ در ساختا نانورس، افزودن ‮‭MMT‬ به نشاسته موجب تشکیل باندهای هیدروژنی بین آنها و بالطبع باعث بهبود ویژگی‌صهای کاربردی فیلم نشاسته می‌صشود.استفاده از نانورس، حلالیت، جذب آب، ‮‭WVP‬ را کاهش و زاویه تماس را افزایش داد .افزایش غلظت‮‭MMT‬ ، باعث افزایش ‮‭UTS‬ و کاهش ‮‭SB‬ شد .نتایج آزمون ‮‭DSC‬ نشان داد، افزودن غلظت ‮‭MMT‬ باعث افزایش دمای ذوب و دمای انتقال شیشه‌صای می‌صشود .نتایج آزمون‮‭XRD‬ ، وجود ساختار ورقه-ای یا ‮‭Exfoliated‬ را در تمام نانوبیوکامپوزیت‌صهای نشاسته حاوی مقادیر مختلف ‮‭MMT‬ نشان می‌صده‍.به منظور بهبود ویژگی‌صهای کاربردی فیلم نشاسته از نانوذرات‮‭TiO۲‬ استفاده شد .نانوبیوکامپوزیت‌صهای نشاسته حاوی مقادیر مختلفی از‮‭TiO۲‬ ، بهبود در میزان جذب رطوبت،‮‭WVP‬ ، خواص نوری، حلالیت و زاویه تماس را نشان دادند .تمام این نتایج، بهبود ویژگی‌صهای بازدارندگی فیلم نشاسته در اثر افزودن ‮‭TiO۲‬ را تأیید می‌صکنند .همچنین با افزودن وافزایش غلظت ‮‭TiO۲‬ به نشاسته میزان ‮‭UTS‬ افزایش یافته و بالاترین مقدار ‮‭UTS‬ در غلظت ‮‭TiO۲‬ ‮‭۱‬ بدست آمد .غلظت‌صهای بالاتر ( ‮‭TiO۲ (۲‬ باعث کاهش میزان ‮‭UTS‬ شد که دلیل آن ممکن است مربوط به توده شدن ‮‭TiO۲‬ در غلظت‌صهای زیاد باشد .با افزایش غلظت ‮‭TiO۲‬ مقدار ‮‭SB‬ کاهش می‌صیابد که دلیل آن به کاهش انعطاف پذیری زنجیرهای پلیمری با افزایش استحکام شبکه می‌صباشد .افزودن ‮‭TiO۲‬ به نشاسته ویژگی‌صهای حرارتی فیلم‌صهای بدست‌صآمده را تحت تاثیر قرار داده و باعث افزایش دمای ذوب و دمای انتقال شیشه‌صای شد .این امر ممکن است، بدلیل افزایش نواحی کریستالی در ماتریس پلیمری نانوبیوکامپوزیت باش‍.در مرحله بعد، میزان نانورس در سطوح ‮‭۳‬ و ‮‭۵‬ ثابت نگه‌ص‍ داشته شد و تأثیر سطوح مختلف نانوذرات ‮‭TiO۲‬ بر ویژگی‌صهای فیزیکی فیلم نشاسته مورد بررسی قرار گرفت .افزودن ‮‭TiO۲‬ به ماتریس فیلم نشاسته موجب بهبود خصوصیات مقاومت در برابر آب، مکانیکی، حرارتی و نوری نانوبیوکامپوزیت در حضور ‮‭۳‬ نانورس گردید .دلیل این پدیده، به بروز اثر هم‌صافزایی منحصربه‌صفرد بین صفحات دوبعدی نانورس و نانوذرات سه‌صبعدی‮‭TiO۲‬ نسبت داده می‌صشود .بررسی ساختار فیلم‌ها با استفاده از آزمون‌صهای ‮‭XRD‬ و ‮‭AFM‬ نشان داد که لایه‌های نانورس و نانوذرات‮‭TiO۲‬ به‌صورت کاملا یکنواخت در ماتریس بیوپلیمر پخش می‌شون‍.افزودن نانوذرات‮‭TiO۲‬ به ماتریس نانوکامپوزیتی حاوی ‮‭۵‬ نانورس، نتایج مشابه فرمولاسیون قبلی را نشان نمی‌صدهد .در این‌صحالت از سیستم نانوکامپوزیت سه‌صجزئی‮‭TiO۲/MMT/PS‬ ، مشاهده می‌صشود که افزایش میزان حضور نانوذرات‮‭TiO۲‬ به‌صصورت قابل توجهی بر روی مورفولوژی پخش‮‭MMT‬ اثر گذاشته است .

Over 5 billion tons of packing-related solid wastes are discarded every year, and 30 of the wastes are plastics. Due to their inertness, synthetic petroleum based plastics and related products are not biodegradable, causing a serious environmental problem "white pollution." Also, problems resulted from different methods of solving of this subject (such as land fill, incineration and recovering) caused researchers to consider possibility of using natural biodegradable polymers in packaging. Eco-friendly edible films produced from natural resource with high biodegradation potential are suitable options to achieve this purpose.tarch is one of these biopolymers due to have low price, renewability, and abundance in the nature have been attention. However pure starch film, have some disadvantages such as high hydrophilicity, low resistance to moisture, breaking in absence of plasticizer and low mechanical properties, that restricted its application in film packaging. There are different methods for improve its properties such as use of plasticizers, blending it with synthetic polymers, blending it with nanofillers and production of nanocomposites.n this research, we use two nanofillers of nanoclay and TiO2 nanoparticle and mix of them. Thenstudy the effects of these materials on the different properties of starch films have been investigated esults showed that blending starch with MMT improved the mechanical and barrier properties of starch films. Due to presence of OH groups, MMT tends to make hydrogen interaction with starch and these interactions induce the improvement in different functional properties of starch films. Use of nanoclay decreased the moisture absorption, solubility, WVP and increased the contact angle. With increase in MMT content UTS increased and SB decrease. Results from DSC showed that increase in MMT content, increased the melting point and Tg of starch films. Results from XRD showed that the structures of nanocomposites are exfoliated and this is due to good dispersion of MMT on starch matrix and this induce to improvement in different propertieso improve the different functional properties of starch we also use TiO2 nanoparticles. Starch nanocomposites contain TiO2 nanoparticles showed improvement in moisture absorption, solubility, water vapor permeability, optical properties and contact angle. All these results showed that adding of TiO2 nanoparticles to starch matrix improve the barrier properties of starch film.With increase in TiO2 nanoparticles content UTS increased and the optimum content was 1 TiO2 nanoparticles. Higher contents of TiO2 nanoparticles (2 ) decrease the UTSand it can be attributed to aggregation of cellulose nanocrystal in high contents. Also with increase in TiO2 nanoparticles content the SB decreased and this is due to decrease in flexibility of starch films with increase in its rigidity.With adding TiO2 nanoparticles to starch films melting point and Tg increased too. This may attributed to increase in extensibility of crystalline regions and limit in mobility of starch chains due to interaction between starch and nanofillers. In the final step, MMT contents fixed at 3 and 5 W/W, and the effects ofTiO2 nanoparticleson the physical properties of the starch edible films were investigated. The introduction of TiO2 nanoparticles improved the moisture resistance, mechanical, thermal and optical properties at presence of 3 MMT, due to the unique synergistic effect of two-dimensional (2D) clay platelets and three-dimensional (3D) TiO2 on the functional properties. Structural studies by XRD and AFM analysis confirmed the good and uniform dispersion of nanoclay layers and TiO2 nanoparticles in starch matrix. At high concentration of MMT (5 ), adding TiO2 nanoparticles to nanocomposite matrix, did not show results like as seen as previous formula. In this case of the starch/MMT/TiO2 ternary system, it can be seen that the incorporation of TiO2 into the starch/MMT nanocomposites seems greatly affect the morphology of MMT dispersion. This can be attributed to collapsedlayers (partially aggregated). It should noted that the collapsed peak is more intense for composites containing TiO2 in XRD diffraction spectrum. This may be attributed to the compressive effect of TiO2 aggregates onMMT layers. Another possible reason could be that there are some interactions between MMT and TiO2 that ultimately lead to aggregation of MMT layers. Resulted nanobiocomposite film, did not exhibited significant improvement in functional properties.

Potato Starch

Montmorillonite

Titanium Dioxide

Nanobiocomposite

اولیایی، سیدامیر

قنبر زاده،بابک، استاد راهنما

عباسی، فرهنگ، استاد راهنما

خاتمیان اسکویی، معصومه، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی