بررسی خواص فیزیکی نانوکامپوزیت های بر پایه نشاسته سیب زمینی- نانوبلور سلولز (NCC) استخراج شده از پنبه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه تبریز

2 دانشیار گروه علوم و صنایع غذایی دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز

3 استادیار گروه علوم و صنایع غذایی دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز

4 استاد دانشکده شیمی دانشگاه تبریز

5 دانشجوی دکتری علوم و صنایع غذایی دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز

چکیده

هدف از این تحقیق بررسی تأثیر افزودن غلظت­های مختلف نانوبلورهای ­سلولز بر خواص فیزیکی نانوکامپوزیت نشاسته حاوی نانوبلور ­سلولز است.  برای بررسی نحوه پخش نانوذرات در ماتریکس پلیمر، از آزمون پراش اشعه­X استفاده شد.  مقاومت حرارتی و خواص مکانیکی فیلم­های نانوکامپوزیت به ترتیب با آزمون گرماسنجی پویشی تفاضلیو آزمون کشش بررسی شد.  بررسی خواص فیزیکی نمونه­های نانوکامپوزیت نشان می­دهد که افزودن نانوبلورهای سلولز به فیلم نشاسته، مقاومت به رطوبت فیلم­ها را بهبود می­بخشد.  با افزودن نانوبلورهای سلولز از صفر تا 9 درصد، استحکام کششی  از 9/5 تا 64/7 مگاپاسکال افزایش می­یابد و کرنش تا نقطه پاره شدن از 82/34 درصد به 66/20 درصد می­رسد؛ اما روند کاهشی مشاهده شده در تغییرات کرنش در نقطه پاره شدن، در نانوکامپوزیت­های حاوی غلظت­های بالای نانوبلور ­سلولز (5، 7 و 9 درصد)، معنی­دار نیست.  بروز این ویژگی­ها را می­توان به ساختار منظم بلوری و استحکام کششی بالای نانوالیاف سلولز و برهم­کنش­های هیدروژنی بین نانوالیاف سلولز و زنجیره­های پلیمر نسبت داد.  بررسی مقاومت حرارتی نمونه­های نانوکامپوزیت نشان می­دهد که دمای ذوب فیلم نشاسته­ خالص 218 درجه سلسیوس است که با افزایش غلظت نانوذرات تا 9 درصد، به 5/251 درجه سلسیوس می­رسد؛ اما با افزایش غلظت نانوذرات، دمای انتقال شیشه­ای نمونه­های نانوکامپوزیت کاهش پیدا می­کند.  این نتایج نشان می­دهند که عملکرد نانوبلور ­سلولز در نواحی بی­شکل (آمورف) و بلوری نشاسته، متفاوت است.  نتایج آزمون پراش اشعه Xنشان می دهد در ساختار کامپوزیت نانوذرات خواص بلوری خود را حفظ می­کنند ولی موجب تغییر الگوی پراش نشاسته نمی­شوند.

Anon. 1995. Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Material. E96-95. Annual book of ASTM, Philadelphia, PA: American Society for Testing and Materials.

Anon.1996. Standard Test Methods for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting. D882-91. Annual book of ASTM, Philadelphia, PA: American Society for Testing and Materials.

Arvanitoyannis, I., Biliaderis, C. G., Ogawa, H. and Kawaski, N. 1998. Biodegradable films made from low density polyethylene (LDPE), rice starch and potato starch for food packaging applications. Carbohyd. Polym. 36, 89-104.

Aulin, Ch., Ahola, S., Josefsson, P., Nishino, T., Hirose, Y., Osterberg, M. and Wagberg, L. 2009. Nanoscale cellulose films with different crystallinties and mesostructures their surface properties and interaction with water. Langmuir. 25, 7675-7685.

Bhattacharya, M. 1990. Stress relaxation of starch/synthetic polymer blends. J. Mater. Sci. 33, 4131-4139.

Chen, G., Dufresne, A., Huang J. and Chang, P. R. 2009. A novel thermoformable bionanocomposite based on cellulose nanocrystal-graft-poly (ecaprolactone). Macromol. Mater. Eng. 294, 59-67.

Das, K. D., Banerjee, C., Bandyopadhyay, N. R., Sahoo, S., Mohanty, A. K. and Misra, M. 2010. Physicomechanical and thermal properties of jute nanofiber reinforced biocopolyester composites. Ind. Eng. Chem. Res. 49, 2775-2782.

De Jesus Silva, D. and Luiza otero dalmedia, M. 2009. Cellulose whiskers. Peer reviewed article.
O PAPEL. 70, 34-52.

Filson, P. B. and Dawson Andoh, B. E. 2009. Sono chemical preparation of cellulose nanocrystals from lignocelluloses derived materials. Bioresource Technol. 100, 2259-2264.

Kevin, I., Sugiyama, J., Votrubec, M. and Oksmanbec, K. 2007. Characterization of starch based nanocomposites. J. Mater. Sci. 42, 8163-8171.

Liu, D., Zhong, T., Chang, P. R. and Li Wu, Q. 2010. Starch composites reinforced by bamboo cellulose crystals. Bioresource Technol. 101, 2529-2536.

Lu, Y., Weng, L. and Cao, X. 2005. Biocomposites of plasticizes starch reinforced with cellulose crystallites from cottonseed linter. Macromol. Biosci. 5, 1101-1107.

Mao, L., Imam, S., Gordon, S., Cinelli, P. and Chiellini, E. 2000. Extruded cornstarch glycerol polyvinyl alcohol blends: mechanical properties, morphology and biodegradability. J. Polym. Eng. 8, 205-216.

Muller, M. O., Yamashita, F. and Laurindo, J. B. 2008. Evaluation of the effect of glycerol and sorbitol concentration and water activity on the water barrier properties of cassava starch films through a solubility approach. Carbohyd. Polym. 72, 82-87. 

Nooshirvani, N., Ghanbarzadeh, B. and Entezami, A. A. 2012. Comparison of tensile, permeability and colour properties of starch-based bionanocomposites containing two typesof fillers: sodium montmorillonite and cellulose crystal. Iranian J.  Polym. Sci. Technol. 24, 391-402.

Oya, A., Kurokawa, Y. and Yasuda, H. 2000. Factors controlling mechanical properties of clay mineral/polypropylene nanocomposites. J. Mater. Sci. 35, 1045-1050.

Paralikar, Sh. A., Simonsen, J. and Lombardi, J. 2008. Poly vinyl alcohol cellulose nanocrystal barrier membranes. J. Membrane Sci. 320, 248-28.

Psomiadou, E., Arvanitoyannis, I., Biliaderis, C. G., Ogawa, H. and Kawasaki, N. 1997. Biodegradable films made from low density polyethylene (LDPE), wheat starch and soluble starch for food packaging applicant: Part 2. Carbohyd. Polym. 33, 227-242.

Sanchez-Garcia, M. D., Gimenez, E. and Lagaron, J. M. 2008. Morphology and barrier properties of solvent cast composites of thermoplastic biopolymers and purified cellulose fibers. Carbohyd. Polym. 71, 235-244.

Svagan, A. J., Hedenqvist, M. S. and Berglund, L. 2009. Reduced water vapor sorption in cellulose nanocomposites with starch matrix. Compos. Sci. Technol. 69, 500-506.