ساخت فیلم‌های نانوکامپوزیت آلیاژی بر پایه نشاسته/ ژلاتین/ نانورس به روش ریخته‌گری و تحلیل ویژگی‌های آن‌ها با روش سطح پاسخ

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده نفت و مهندسی شیمی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش فیلم‌های نانوکامپوزیتی تشکیل شده از نشاسته/ژلاتین/نانورس با استفاده از طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ (RSM) با کمک نرم‌افزار Design Expert 7.0 به روش ریخته‌گری محولی ساخته شدند و ویژگی­ های فیزیکی مکانیکی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفتند. بدین منظور نسبت وزنی ژلاتین/ نشاسته و درصد وزنی نانورس به عنوان متغیرهای مستقل و استحکام کششی، مدول کششی، درصد ازدیاد طول و زاویه تماس آب به عنوان متغیرهای وابسته در نظر گرفته شدند و رابطه­ های ریاضی حاکم بر این متغیرها توسط نرم‌افزار استخراج شد. نتیجه­ ها نشان داد که استحکام و مدول کششی با افزایش میزان نانوذره و نیز کاهش سهم ژلاتین در نانوکامپوزیت، افزایش می‌یابند؛ در حالی که درصد افزایش طولی رفتار وارون نشان می‌دهد. همچنین میزان آب‌گریزی سطح در حضور نانوذره و مقدارهای کم ­تر ژلاتینافزایش می‌یابد. در ادامه بهینه‌سازی فرایند تولید انجام شد و مقدارهای نسبت وزنی ژلاتین/ نشاسته و درصد نانوذره برای داشتن بهینه مقدار استحکام کششی و آب‌دوستی سطح توسط نرم‌افزار معرفی شد. نانوکامپوزیت پایانی با مشخصه­ های بهینه ساخته شدند و با آزمون‌های FT-IR، SEM، XRD، زاویه تماس آب و زیست‌تخریب‌پذیری مورد بررسی قرار گرفتند. نتیجه ­ها نشان داد که لایه‌های رسی به خوبی درون بستر پلیمری متورم شده‌اند و ساختار میان‌افزوده (Intercalated) و نیز توزیع خوب و مناسب نانوذره درون بستر پلیمری به دست آمده است. فیلم‌های نانوکامپوزیتی تخریب‌پذیری خوبی از خود نشان دادند به طوری‌که طی 6 هفته %40 کاهش وزن دیده شد. می‌توان نتیجه گرفت فیلم‌های ساخته شده پتانسیل کاربرد در بسته بندی‌های زیست تخریب پذیر مواد غذایی را دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Tang X., Alavi S., Herald T.J., Barrier and Mechanical Properties of Starch-Clay Nanocomposite Films, Cereal Chem. 85 (3): 433–439 (2008).
[2] Wu Y., Luo X., Li W., Song R., Li J., Li Y., Li B., Liu S., Green and Biodegradable Composite Films with Novel Antimicrobial Performance Based on Cellulose, Food Chem. 15 (197): 250-256 (2016).
[3] Malinconico M., Cerruti P., Santagata G., Immirzi B., Natural Polymers and Additives in Commodity and Specialty Applications: A Challenge for the Chemistry of Future, Macromol. Symp. 337 (1): 124-133 (2014).
[4] حجتی، هادی؛ مزیدی، محمد؛ خواجه، سلمان؛ "مطالعه پلیمرهای زیست تخریب پذیر به منظور حذف مشکلات زیست محیطی پلیمرهای سنتزی غیر قابل تجزیهپنجمین همایش تخصصی مهندسی محیط زیست، دانشگاه تهران، دانشکده محیط زیست (1390).
[5] Ghanbarzadeh B., Musavi M., Oromiehie A.R., Rezayi K., Razmi Rad E., Milani J., Effect of Plasticizing Sugars on Water Vapor Permeability, Surface Energy and Microstructure Properties of Zein Films, LWT - Food Sci. Technol., 40 (7): 1191–1197 (2007).
[6] Sessini V., Arrieta M.P., Kenny J.M., Peponi L., Processing of Edible Films Based on Nanoreinforced Gelatinized Starch, Polym. Degrad. Stab., 132: 157-168 (2016).
[7] Heydari A., Alemzadeh I., Vossoughi M., Functional Properties of Biodegradable Corn Starch Nanocomposites for Food Packaging Applications, Mater. Design., 50: 954–961 (2013).
[8] Baniasadi H, Ramazani A., Mashayekhan S., Fabrication and Characterization of Conductive  Chitosan/Gelatin-Based Scaffolds for Nerve Tissue Engineering, Int. J. Biol. Macromol., 74: 360–366 (2015).
[9] Tongdeesoontorn W., Mauer L.J., Wongruong S., Sriburi  P., Rachtanapun P., Mechanical and Physical Properties of Cassava Starch-Gelatin Composite Films, Int. J. Polym. Mater., 61:778–792 (2012).
[10] Santos T.M., Sa M., Filho M.S., Caceres C.A., Rosa M.F., Morais J.P.S., Pinto A.M.B., Azeredo H.M.C., Fish Gelatin films as Affected by Cellulose Whiskers and Sonication, Food Hydrocoll., 41: 113-118 (2014).
[11] وزیری، اسماء سادات؛ عالم زاده، ایران؛ وثوقی، منوچهر، ریزپوشانی دوکوزاهگزاانوئیک اسید (DHA) در زیست‌کامپوزیت آلژینات، پکتین و ژلاتین و بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی آن، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران،(3)38: 105 تا 115(1398).
[12] Bayandori Moghaddam A., Hosseini S., Badraghi J., Banaei A., Hybrid Nanocomposite Based on Cofe2o4 Magnetic Nanoparticles and Polyaniline, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 29 (4): 173-179 (2010).
[13] Ahmadi, M., Jahanmardi R., Mohammadizade M., Preparation of PMMA/Mwnts Nanocomposite Microcellular Foams by In-Situ Generation of Supercritical Carbon Dioxide, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 35 (2): 63-72 (2016).
[14] Tajeddin B., Ramedani N., Preparation and Characterization (Mechanical and Water Absorption Properties) of CMC/PVA/Clay Nanocomposite Films, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 35 (3): 9-15 (2016).
[15] Kumar, P., Sandeep, K.P., Alavi, S., Truong V.D., Gorga R.E., Preparation and Characterization of Bio-Nanocomposite Films Based on Soy Protein Isolate and Montmorillonite Using Melt Extrusion, J. Food Eng., 100 (3): 480-489 (2010).
[16] Staroszczyk H., Malinowska-Pańczyk E., Gottfried K., Kołodziejska I., Fish Gelatin-Nanoclay Films. Part I: Effect of a Kind of Nanoclays and Glycerol Concentration on Mechanical and Water Barrier Properties of Nanocomposites, J. Food Process. Preserv., 41(5): E13211 (2017).
[17] Noshirvani N., Ghanbarzadeh B., Entezami A.A., Morphology, Contact Angle and Color Properties of Starch-Polyvinyl Alcohol-Cellulose Nanocrystal Bionanocomposite Films, Iran. Food Sci. Technol. Res. J. 21 (2): 141-154 (2011).
[18] خوشحال، عباس؛ محمدیان گزاز، سمیه؛ مالک، امیرحسین، بررسی رفتار زیست تخریب پذیری آمیخته های پلی آمید 6/ نشاسته گرمانرم به روش پاسخ رویه سطح، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)37: 237 تا 250 (1396).
[19] Baniasadi H., Ramazani A., Javan Nikkhah S., Investigation of In Situ Prepared Polypropylene/Clay Nanocomposites Properties and Comparing to Melt Blending Method, Mater. Design., 31 (1): 76-84 (2010).
[20] Hejri Z, Seifkordi A.A., Ahmadpour A, Zebarjad S.M., Maskooki A., Biodegradable Starch/Poly (Vinyl Alcohol) Film Reinforced with TiO2 Nanoparticles, Int. J. Miner. Metall. Mater., 20(10): 1001-1011 (2013).
[21] Karimian M., Mashayekhan S., Baniasadi H., Fabrication of Porous Gelatin-Chitosan Microcarriers and Modeling of Process Parameters Via The RSM Method, Int. J. Biol. Macromol., 88: 288-295 (2016).
[23] Farahnaky A., Dadfar S.M.M, Shahbazi M., Physical and Mechanical Properties of Gelatin–Clay Nanocomposite, J. Food Eng., 122: 78–83 (2014).
[25] Honarkar H., Barikani M., Nanoclay Dispersion and Its Effect on Properties of Waterborne Polyurethanes, Iran. J. Polym. Sci. Technol.  26: 393-401 (2014).
[26] Torres F.G, Troncoso O.P., Torres C., Díaz D.A, Amaya, E., Biodegradability and Mechanical Properties of Starch Films from Andean Crops, Int. J. Biol. Macromol. 48 (4): 603-606 (2011).
[27] Nur Hanani Z.A., Roos Y.H., Kerry J.P., Use and Application of Gelatin as Potential Biodegradable Packaging Materials for Food Products, Int. J. Biol. Macromol. 71: 94-102 (2014).