خواص مکانیکی، ممانعتی و حرارتی فیلم های نانوکامپوزیت زئین حاوی مونت موریلونیت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشیار گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

3 استادیار گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

4 استاد گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

5 استادیار دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

استفاده از نانوپرکننده­ها راه­کاری مناسب به منظور بهبود خواص فیلم­های بسته­بندی از جنس بیوپلیمرها است.  در این پژوهش، فیلم نانوکامپوزیت زئین- مونت موریلونیت به روش قالب­گیری محلول تهیه و خواص ساختاری مکانیکی، ممانعتی و حرارتی آن بررسی شد.  نتایج به دست آمده نشان می­دهد که مطابق الگوهای پراش پرتو ایکس، ساختار کامپوزیت­های حاصل به صورت ورقه ورقه است.  مقدار مونت موریلونیت تأثیر معناداری بر خواص مکانیکی، ممانعتی و حرارتی فیلم
زئین دارد.  بیشترین مقدار مقاومت کششی (62/22 مگاپاسکال) و ازدیاد طول (65/9 درصد) به ترتیب مربوط به نانوکامپوزیت­های زئین حاوی 10 و صفر درصد مونت موریلونیت است.  با افزایش میزان مونت موریلونیت ازصفر تا 5 درصد، جذب رطوبت به میزان 28 درصد کاهشمی­یابد؛ در حالی که نفوذپذیری نسبت به بخار آب در مورد فیلم­های حاوی
10 درصد مونت موریلونیت به طور معناداری افزایش می­یابد.  همچنین، با افزایش میزان مونت موریلونیت از صفر به
10 درصد، دمای تخریب حرارتی فیلم زئین در نقطة مربوط به افت وزن 50 درصد از 353 به 373 درجه سلسیوس می­رسد.  نتایج حاصل حاکی از بهبود خصوصیات مکانیکی، ممانعتی و حرارتی فیلم زئین در حضور درصدهای مختلف مونت موریلونیت است؛ البته پراکندگی یکنواخت مونت موریلونیت در شبکة فیلم زئینی عامل بسیار مهمی در بهبود خصوصیات فیلم­های حاصل به شمار می­رود.

کلیدواژه‌ها


Almasi, H., Ghanbarzadeh, B. and Entezami, A. A. 2010. Physicochemical properties of starch–CMC–nanoclay biodegradable films. Int. J. Biol. Macromol. 46, 1-5. 
Avella, M. De Vlieger, J. and Fischer, S. 2004. Biodegradable starch/clay nanocomposite films for food packaging applications. Food Chem. 93, 467-474.
Bharadwaj, R. K. 2001. Modeling the Barrier Properties of Polymer-Layered Silicate Nanocomposites. Macromol. 34, 9189-9192.
Bradley, E. L., Castle, L. and Chaudhry, Q. 2011. Applications of nanomaterials in food packaging with a consideration of opportunities for developing countries. Trends Food Sci. Tech.22, 604-610.
Cabedo, L., Lagaron, J. M. and Saura, J. J. 2005. Development of amorphous PLA-montmorillonite nanocomposites. J. Mater. Sci. 40, 1785-1788.
Chang, P. R., Jian, R., Yu, J. and Ma, X. 2010. Starch-based composites reinforced with novel chitin nanoparticles. Carbohyd. Polym. 80, 420-425.
Chen, G., Liu, S., Chen, S. and Qi, Z. 2001. FTIR spectra, thermal properties, and dispersibility of a polystyrene/montmorillonite nanocomposite. Macromol. Chem. physics. 202, 1189-1193.
Dangaran, K., Tomasula, P. M. and Qi, P. 2009. Structure and function of protein-based edible films and coatings. In: Embuscado M. E. and Huber K. C. (Eds) Edible films and coatings for food applications, Speringer, USA, 25-57.
Farhoodi, M., Mousavi, S. M., Sotudeh-Gharebagh, R., Emam-Djomeh, Z. and Oromiehie, A. 2013. Migration of aluminum and silicon from PET/clay nanocomposite bottles into acidic food stimulant. Packag. Technol. Sci. 27, 161-168.
Ghanbarzadeh, B. and Oromiehie A. 2008. Biodegradable biocomposite films based on whey protein and zein: Barrier, mechanical properties and AFM analysis. Int. J. Biol. Macromol.43, 203-215.
Henriette, M. C. 2009. Nanocomposites for food packaging applications. Food Res. Int. 42, 1240-1253.
Kumar, P. 2009. Development of bio-nanocomposite films with enhanced mechanical and barrier properties using extrusion processing. A dissertation submitted to the graduate faculty of North Carolina State University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy, 1-280.
Kumar, P., Sandeep, K. P., Alavi, S. V., Truong, D. and Gorga, R. E. 2010. Preparation and characterization of bio-nanocomposite films based on soy protein isolate and montmorillonite using melt extrusion. J. Food Eng. 100, 480-489.
Lagaron, L. M. 2010. Natural micro and nanobiocomposites with enhanced barrier properties and novel functionalities for food biopackaging applications. Trends Food Sci. Tech. 21, 528-536.
Lagaron, L. M. and Lopez-Rubio, A. 2011. Nanotechnology for bioplastics: opportunities, challenges and strategies. Trends Food Sci. Tech.22, 611-617.
Ma, X., Chang, P. R., Yang, J. and Yu, J. 2009. Preparation and properties of glycerol plasticized-peastarch/zinc oxide-starch bionanocomposites. Carbohyd. Polym. 75, 472-478.
Majdzadeh, K. and Nazari, B. 2010. Improving the mechanical properties of thermoplastic starch/poly (vinyl alcohol)/clay nanocomposites. Compos. Sci. Technol. 70, 1557-1563.
Malekpour, S. and Dinari, M. 2012. Polymer/organosilica nanocomposites based on polyimide with benzimidazole linkages and reactive organoclay containing isoleucine amino acid: Synthesis, characterization and morphology properties. Mater. Res. Bull. 47, 2336-2343.
Maria, B. 2012. Protein-based films and coatings. In: Elizabeth A. B., Hagenmaier, R. and Bai, J. (Eds) Edible coatingsand films to improve food quality. CRC Press. N. Y. USA. 13-79.
Marlene, R., Christopher, J. G. and La´szlo´, G. 2004. Hyper branched polymer/ montmorillonite clay nanocomposites. Polym. 45, 949–960.
Moura, M. R. and Aouada, F. A. 2009. Improved barrier and mechanical properties of novel hydroxyl propyl methyl cellulose edible films with chitosan/tripolyphosphate nanoparticles. J. Food Eng.
92, 448-453.
Mauricio-Iglesias, M., Peyron, S., Guillard, V. and Gontard, N. 2010. Wheat gluten nanocomposite films as food-contact materials: migration tests and impact of a novel food stabilization technology (high pressure). J. Appl. Polym. Sci. 116, 2526-2535.
Nguyen, Q. T. and Baird, D. G. 2007. An improved technique for exfoliating and dispersing nanoclayparticles into polymer matrices using supercritical carbon dioxide. Polym. 48, 6923-6933.
Ozcalik, O. and Tihminlioglu, F. 2013. Barrier properties of corn zein nanocomposite coated polypropylene films for food packaging applications. J. Food Eng. 114, 505-513.
Padua, G. W. and Qin W. 2002. Formation and properties of corn zein films and coatings. In: Gennadios, A. (Ed) Protein-based films and coatings. CRC Press. N. Y. USA. 43-69.
Ray, S. Quek, S.Y., Easteal, A. and Chen X. D. 2006. The potential use of polymer-clay nanocomposites in food packaging. Int. J. Food Eng. 2(4): 1-13.
Rhim, J. W. 2007. Natural biopolymer-based nanocomposite films for packaging applications. Crit. Rev. Food Sci.47, 411-433.
Rhim, J. W., Hong, S. I. and Park, H. M. 2006. Preparation and characterization of chitosan-based nanocomposite films with antimicrobial activity. J. Agric. Food Chem.54, 5814-5822.
Robinson, D. K. R. and Morrison, M. J. 2010. Nanotechnologies for food Packaging. Rep. Sci. tech. res. Trends.1-14.
Schmidt, B., Katiyar, V., Plackett, D., Larsen, E. H., Gerds, N., Bender Koch, C and Petersen, J. H. 2011. Migration of nanosized layered double hydroxide platelets from polylactide nanocomposite films.Food Addit. Contam.28(7): 956-966.
Singh, A., Kojimo, L. and Gilaro, J. 2000. High-temperature polymer/inorganic nanocomposites. US Pat. 6, 057,035.
Smolander, M. and Chaudhry, Q. 2010. Nanotechnologies in Food Packaging. In: Chaudhry, Q., Castle, L. and Watkins, R. (Eds) Nanotechnologies in Food. RSC Press. UK. 86-99.
 Song, N. B., Song, H. Y., Jo, W. S. and Song, K. B. 2013. Physical properties of a composite film containing sunflower seed meal protein and its application in packaging smoked duck meat. J. Food Eng. 116, 789-795.
Sorrentino, A. Gorrasi, G. and Vittoria, V. 2007. Potential perspectives of bio-nanocomposites for food packaging applications. Trends Food Sci. Tech. 18, 84-95.
Sothornvit, R. Rhim, J. W. and Hong, S. I. 2009. Effect of nanoclay type on the physical and antimicrobial properties of whey protein isolate/clay composite films. J. Food Eng. 91, 468-473.
Tang, X., Alavi, S. and Herald, H. J. 2008. Barrier and mechanical properties of starch–clay nanocomposite films. Cereal Chem. 85(3): 433-439.
Wang, T., Colver, P. G., Bon, S. A. F. and Keddie, J. L. 2009. Soft polymer and nano-clay supracolloidal particles in adhesives: synergistic effects on mechanical properties. Soft Mater. 5, 3842-3849.