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

سالانه در جهان بیش از 5 میلیارد تن زبال? حاصل از مواد بسته بندی تولید می شود که %30 از این زباله ها مربوط به مواد پلاستیکی می باشد. مواد پلاستیکی سنتزی حاصل از مشتقات نفتی به دلیل غیرقطبی بودن، زیست تخریب پذیر نمی باشند، بنابراین مشکلات زیست محیطی جدی را بوجود می-آورند که اصطلاحاً به آن آلودگی سفید می گویند. همچنین، مشکلات ناشی از روش های مختلف آلودگی زدایی (مانند دفن کردن، سوزاندن و بازیافت آنها) توجه پژوهشگران را در طی سال های اخیر به یافتن جایگزین های مناسب برای این نوع مواد بسته بندی معطوف کرده است. فیلم های خوراکی با زیست تخریب پذیری بالا و سازگار با محیط زیست که از منابع تجدید پذیر کشاورزی حاصل می شوند، گزینه ای مناسب برای این امر به حساب می آیند. نشاسته یکی از این ترکیبات به شمار می رود 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 نسبتاً ضعیف، می باشد که استفاده از آن را از آن را در تولید فیلم های مورد استفاده در بسته بندی محدود می سازد. روش های مختلفی برای بهبود ویژگی های فیلم نشاسته وجود دارد که از آن جمله می توان به استفاده از نرم کننده ها، ترکیب با پلیمرهای سنتزی، ترکیب با نانوپرکننده ها و تولید نانوکامپوزیت ها را می توان نام برد. در این پژوهش برای بهبود ویژگی های فیلم نشاسته از دو نانوذره mmt و tio2 و همچنین مخلوط آنها استفاده و اثرات این ترکیبات بر روی ویژگی های مختلف فیلم های نانوبیوکامپوزیت حاصل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمون های مختلف نشان داد که بدلیل وجود عوامل ohدر ساختار نانورس، افزودن mmt به نشاسته موجب تشکیل باندهای هیدروژنی بین آنها و بالطبع باعث بهبود ویژگی های کاربردی فیلم نشاسته می شود.استفاده از نانورس، حلالیت، جذب آب، wvp را کاهش و زاویه تماس را افزایش داد. افزایش غلظت mmt، باعث افزایش uts و کاهش sb شد. نتایج آزمون dsc نشان داد، افزودن غلظت mmt باعث افزایش دمای ذوب و دمای انتقال شیشه ای می شود. نتایج آزمون xrd، وجود ساختار ورقه ای یا exfoliated را در تمام نانوبیوکامپوزیت های نشاسته حاوی مقادیر مختلف mmt نشان می دهد. به منظور بهبود ویژگی های کاربردی فیلم نشاسته از نانوذرات tio2استفاده شد. نانوبیوکامپوزیت های نشاسته حاوی مقادیر مختلفی از tio2، بهبود در میزان جذب رطوبت، wvp، خواص نوری، حلالیت و زاویه تماس را نشان دادند. تمام این نتایج، بهبود ویژگی های بازدارندگی فیلم نشاسته در اثر افزودن tio2 را تأیید می کنند. همچنین با افزودن وافزایش غلظت tio2 به نشاسته میزان uts افزایش یافته و بالاترین مقدار uts در غلظت 1% tio2 بدست آمد. غلظت های بالاتر tio2 (2%) باعث کاهش میزان uts شد که دلیل آن ممکن است مربوط به توده شدن tio2 در غلظت های زیاد باشد. با افزایش غلظت tio2 مقدار sb کاهش می یابد که دلیل آن به کاهش انعطاف پذیری زنجیرهای پلیمری با افزایش استحکام شبکه می باشد. افزودن tio2 به نشاسته ویژگی های حرارتی فیلم های بدست آمده را تحت تاثیر قرار داده و باعث افزایش دمای ذوب و دمای انتقال شیشه ای شد. این امر ممکن است، بدلیل افزایش نواحی کریستالی در ماتریس پلیمری نانوبیوکامپوزیت باشد. در مرحله بعد، میزان نانورس در سطوح 3 و 5% ثابت نگه داشته شد و تأثیر سطوح مختلف نانوذرات tio2 بر ویژگی های فیزیکی فیلم نشاسته مورد بررسی قرار گرفت. افزودن tio2 به ماتریس فیلم نشاسته موجب بهبود خصوصیات مقاومت در برابر آب، مکانیکی، حرارتی و نوری نانوبیوکامپوزیت در حضور 3% نانورس گردید. دلیل این پدیده، به بروز اثر هم افزایی منحصربه فرد بین صفحات دوبُعدی نانورس و نانوذرات سه بُعدی tio2نسبت داده می شود. بررسی ساختار فیلم ها با استفاده از آزمون های xrd و afm نشان داد که لایه های نانورس و نانوذرات tio2به صورت کاملاً یکنواخت در ماتریس بیوپلیمر پخش می شوند. افزودن نانوذرات tio2به ماتریس نانوکامپوزیتی حاوی 5% نانورس، نتایج مشابه فرمولاسیون قبلی را نشان نمی دهد. در این حالت از سیستم نانوکامپوزیت سه جزئی tio2/mmt/ps، مشاهده می شود که افزایش میزان حضور نانوذرات tio2به صورت قابل توجهی بر روی مورفولوژی پخش mmtاثر گذاشته است. این پدیده به فرو ریزش صفحات نانورس روی هم و انبوهه شدن جزئی آنها در حضور نانوذرات tio2 نسبت داده می شود. بروز پیک های با شدت قابل توجه در ناحیه مربوط نانولایه های رس در طیف xrd و تصاویر بدست آمده توسط afmاین نکته را تأیید می نمایند. دلیل این امر، تأثیر نیروی تراکمی توده های نانوذرات tio2 بر صفحات نانورس می باشد. دلیل قابل ذکر دیگر؛ وجود برهمکنش های احتمالی بین نانورس و نانوذرات tio2 می باشد که در نهایت موجب توده و انبوهه شدن صفحات mmt شده است. در نتیجه، بهبود قابل توجهی در خصوصیات بازدارندگی نسبت به بخار آب، مکانیکی و حرارتی فیلم های نانوبیوکامپوزیت حاصل مشاهده نمی گردد.