مدل‌سازی نفوذپذیری بخار آب و جذب رطوبت در فیلم‌های نانوکامپوزیت نشاسته- مونت‌موریلونیت (MMT)

در این پژوهش، بررسی مقدار نفوذپذیری نسبت به بخار آب (WVP) و جذب رطوبت در فیلم­‌های نانوکامپوزیت نشاسته - مونت موریلونیت (MMT) بررسی شد. فیلم‌های نانوکامپوزیت به روش ریخته‌گری و با استفاده از گلیسرول به عنوان نرم­‌کننده تهیه شدند. اثر غلظت گلیسرول بر مقدار نفوذپذیری فیلم­‌ها نسبت به بخار آب، در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و رطوبت نسبی %۹۹-۰ (داخل و خارج ویال) بررسی شد. نتایج نشان داد، WVP با افزایش محتوای گلیسرول در نمونه‌­های نانوکامپوزیت، افزایش می‌­یابد و رابطه نمایی میان تغییرات غلظت نرم­‌کننده و نفوذپذیری نسبت به بخار آب در فیلم­‌های نانوکامپوزیت وجود دارد. همچنین، سینتیک جذب رطوبت نمونه‌­های نانوکامپوزیت، در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و رطوبت نسبی %۷۵ بررسی شد. با افزایش غلظت نانوخاک‌رس از صفر تا %۹، مقدار رطوبت تعادلی فیلم‌­ها از ۳/۳۰ تا %۳۹/۱۷ کاهش یافت. افزون بر این، برای پیش­‌بینی رفتار فیلم­‌ها در جذب رطوبت، از قانون دوم فیک و چهار معادله تجربی، استفاده شد. نتایج مدل­‌سازی نشان داد، مراحل ابتدایی جذب رطوبت به­ خوبی به کمک قانون فیک توصیف می­‌شود، اما با سست­ شدن تدریجی پلیمر، رفتار آن از قانون فیک منحرف می­‌شود. این مسئله نشانگر این است که گرادیان غلظت تنها سازوکار حاکم بر انتقال جرم نیست. همچنین، با افزایش غلظت نانوخاک‌­رس، ضریب انتشار مؤثر رطوبت افزایش یافت. این مسئله نیز می­‌تواند ناشی از نفوذ لایه­‌های رس در ماتریس پلیمر در نواحی بی­‌شکل و ایجاد فضاهایی در ساختار پلیمر باشد. وجود این فضاهای خالی در ساختار نانوکامپوزیت، باعث افزایش ضریب انتشار مؤثر رطوبت می­‌شود. وجود نرم­‌کننده هم می­‌تواند تحرک زنجیر­های پلیمر را تسهیل کند و ضریب انتشار مؤثر رطوبت را افزایش دهد.