وبلاگ

شکل ۴- ۱: رنگ فیلم­های ترکیبی نشاسته کاساوا / SSPS، با غلظت­های متفاوت ( %۰، ۵%)، نانو دی اکسید تیتانیوم.

۴-۱-۲- بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر ضخامت فیلم­های ترکیبی نشاسته کاساوا / SSPS

برای اندازه ­گیری ضخامت فیلم­ها از ریزسنج دستی استفاده شد که ضخامت کلی فیلم­های ترکیبی نانو کامپوزیتی بدست آمده، با اضافه کردن نانو ذرات بدون تغییر باقی ماند. مقادیر میانگین ضخامت کلی برای فیلم­های ترکیبی نشاسته کاساوا /SSPS، حاوی نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم ( ۱۳/۰-۱۴/۰ ) میلی متر می­باشد. و در (جدول ۴-۱) نشان داده شده است.

جدول ۴- ۱: میانگین ضخامت فیلم­های شاهد ترکیبی نشاسته کاساوا /SSPS و نمونه­های حاوی نانو دی اکسید تیتانیوم.

داده ها بیانگر میانگین ± انحراف معیار می باشد. مشابه بودن حروف لاتین بیانگر عدم وجود اختلاف معنی دار بین میانگین ها در سطح احتمال ۵% می باشد.
۴-۲- بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر خواص ممانعتی فیلم­های ترکیبی نشاسته کاساوا / SSPS
۴-۲-۱- تعیین میزان نفوذ پذیری به بخار آب
یکی از مهمترین عملکرد­های بسته بندی غذا، جلوگیری و یا به حداقل رساندن انتقال رطوبت بین غذا و محیط اطراف است. سپس نفوذ پذیری بخار آب باید به کمترین حد ممکن برسد، تا محیط بسته بندی غذا بهینه سازی شده و عمر بالقوه محصول غذایی بر روی قفسه­ی مغازه­ها افزایش یابد. ( حسینی و همکاران، ۲۰۱۳). شکل­های ۴-۲، نشان دهنده نفوذ پذیری نسبت به بخار آب فیلم­های ترکیبی نشاسته کاساوا / SSPS، با درصدهای مختلف از نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم می­باشد. بعد از اضافه کردن نانو ذرات کاهش قابل توجه­ای در میزان نفوذ پذیری به بخار آب ایجاد شد. نفوذ پذیری نسبت به بخار آب فیلم­های ترکیبی از ۳۴/۶ تا ۹۸/۲ ، به صورت معنی داری (۰۵/۰>p) کاهش داشتند. که می­توان به مقاومت بیشتر از نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم در مقایسه با ماتریکس بایوکامپوزیت نسبت داد. بنابراین تلفیقی از نانو ذرات به ماتریکس یک مسیر غیر مستقیم برای عبور از میان مولکول­های آب را ایجاد می­ کند (یو^[۱۰۷] و همکاران، ۲۰۰۴). این کاهش نفوذ در فیلم­های ترکیبی نشاسته کاساوا / SSPS، ساپورت شده با نانو ذرات را می­توان بر اساس مدل نیلسن^[۱۰۸] (۱۹۶۷)، مسیرهای پیچشی و غیر مستقیم توضیح داد. بازدارندگی ضعیف نسبت به بخار آب از عیب­های اساسی فیلم­های پلی ساکاریدی به حساب می ­آید به علت ماهیت آبدوست پلی ساکارید­ها، فیلم­های حاصل از آن نفوذ پذیری بالایی نسبت به بخار آب دارد این حساسیت نسبت به رطوبت باعث ایجاد تغییر در خواص کاربردی فیلم پلی ساکاریدی در شرایط محیطی مختلف شده و در نتیجه کاربرد فیلم­های پلی ساکاریدی در شرایط مختلف (به ویژه در رطوبت­های نسبی بالاتر) را محدود می­سازد (قنبرزاده و همکاران، ۱۳۸۸). هنگامی که نانو ذره در ماتریکس پلیمری وجود دارد، یک ملکول آب باید مسیر پیچیده تری را نسبت به ترکیب خالص پلیمر طی کند تئوری که توسط ﺛلن بیان شد (ﺛلن^[۱۰۹]، ۲۰۰۵).
همان طور که در شکل­ ۴-۲، مشاهده می­کنیم خاصیت نفوذپذیری با افزایش غلظت نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم کاهش یافت و درغلظت ۵% کمترین مقدار را داشت. نانو ذرات به دلیل اندازه خیلی کوچکشان به آسانی می­توانند فضاهای خالی ماتریکس فیلم خلل وفرج دار را پر کنند لذا پخش آسان آب یا رطوبت مشکل می­ شود. (تانگ^[۱۱۰] و همکاران ، ۲۰۰۸ ؛ دی مورا^[۱۱۱] و همکاران، ۲۰۰۹) ضمن این که مسیر پیچ در پیچ اطراف لایه های نانو، مولکول­های نفوذ کننده را وادار می­ کند که از یک مسیر طولانی از میان فیلم عبور کنند. (سوتورنویت^[۱۱۲] و همکاران، ۲۰۱۰).
شکل ۴-۲: میزان نفوذ پذیری به بخار آب فیلم­های ترکیبی نشاسته کاساوا/SSPS، با غلظت­های مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم.
*متفاوت بودن حروف لاتین بر روی ستون­ها نمایانگر اختلاف معنی دار در سطح ۵% احتمال می­باشد ( ۰۵/۰ >р).

۴-۲-۲- نفوذ پذیری نسبت به بخار اکسیژن

نفوذپذیری نسبت به گاز و ترکیبات فرار آروما در فیلم های پلی ساکاریدی تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار دارد: نسبت نواحی­کریستالی به نواحی­آمورف، میزان تحریک زنجیره­های پلیمری و میزان برهم­کنش­ها بین­گروه ­های­ عملگرای ­پلیمر ­و ­مولکول­های ­گاز­ و ­ترکیبات ­فرار­ در ­نواحی ­آمورف ( کومار و ساینق^[۱۱۳]، ۲۰۰۸). فیلم­های بایوپلیمری به دلیل وجود تراکم و فشردگی بالا بین زنجیره ها، وجود مقدار زیاد پیوندهای هیدروژنی، وجود حالت نیمه کریستالی، بازدارندگی عالی در مقابل اکسیژن دارند و همین امر استفاده از آن را در بسته بندی میوه ها و سبزی ها جهب کاهش سرعت تنفس و افزایش ماندگاری میسرمی­سازد ( مانو^[۱۱۴] و همکاران، ۲۰۰۴). در این پژوهش همانطور که در شکل ۴-۳، نشان داده شده است در فیلم­های ترکیبی نشاسته کاساوا / SSPS، ساپورت شده با نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم، با افزایش غلظت نانو دی اکسید تیتانیوم، میزان نفوذپذیری به اکسیژن(OP) فیلم ترکیبی از ۴۹/۴ تا ۸۶/۱ cc-mil [m². day]، به صورت معنی داری (۰۵/۰>p) کاهش داشت. این نتیجه با نتیجه به دست آمده از کار زپا و همکاران در سال ۲۰۰۹، مطابقت داشت. آن ها اثر پلاستیسایزر را را بر ویژگی ممانعتی گاز اکسیژن در فیلم زیست تخریب پذیر نشاسته به همراه نانو ذرات رس بررسی کردند و نشان دادند که نفوذپذیری اکسیژن در رطوبت نسبی ۵۰% درفیلم ها با پلاستیسایرز بالاتر است نسبت به فیلم خالص. که این روند را به افزایش در تحرک زنجیره­ای پلیمری درحضور پلاستیسایزر نسبت دادند. از طرفی مشاهده کردند با افزایش نانو رس در ماتریکس نفوذپذیری به اکسیژن کاهش پیدا می­ کند. پرکننده ها می­توانند به عنوان موانع نفوذ ناپذیر در حرکت مولکول­های اکسیژن مطرح شوند. (زپا^[۱۱۵] و همکاران، ۲۰۰۹).
شکل ۴- ۳: میزان نفوذ پذیری به اکسیژن فیلم­های ترکیبی نشاسته کاساوا/SSPS، با غلظت­های مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم.
*متفاوت بودن حروف لاتین بر روی ستون­ها نمایانگر اختلاف معنی دار در سطح ۵% احتمال می­باشد ( ۰۵/۰ >р).
۴-۳- بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر خواص مکانیکی فیلم­های ترکیبی نشاسته کاساوا / SSPS
نتایج خواص مکانیکی بدست آمده از دستگاه آنالیز بافت در شکل­های (۴-۴، ۴-۵ و ۴-۶)، نشان داده شده است. نتایج نشان داد هنگامی که غلظت نانو دی اکسید تیتانیوم در فیلم از ۰% تا ۵% افزایش می­یابد، مقاومت به کشش مربوط به فیلم ترکیبی از ۴۳/۱۶ تا ۱۲/۲۵ مگاپاسکال به صورت معنی داری افزایش یافت (۰۵/۰>p). که با توجه به نتایج حاصل از تحقیقات جییوآگو ^[۱۱۶]و همکاران در سال ۲۰۰۹، نتایج مشابهی به دست آمد این محققین نشان دادند هر چه میزان نانو ذرات ترکیبی ZnO _ CMC از صفر تا ۵ درصد وزنی افزایش پیدا کند قدرت کششی(TS) هم افزایش می­یابد، در حالت کلی می­توان علت افزایش استحکام کششیTS را این چنین تفسیر کرد که با توزیع یکنواخت نانو ذرات در ساختمان پلیمر و ایجاد سطحی اتصال دهنده بین مولکول­ها و نیز تشکیل پیوندهای یونی بین نانو ذرات و ترکیبات تشکیل دهنده پلیمر افزایش می­یابد. افزایش در مقاومت کششی یک معیار اساسی و واجب برای کاربردهای بسته بندی غذاست چون مقاومت کششی بالا به فیلم های بسته بندی اجازه می دهد که در برابر فشار­های نرمالی که در طی جابجایی غذا، بارگیری و حمل و نقل مواجه می­شوند مقاومت کنند (ریورو^[۱۱۷] و همکاران، ۲۰۰۹). میزان درصد کشیدگی نیز با افزایش غلظت نانو دی اکسید تیتانیوم در فیلم ترکیبی نشاسته کاساوا / SSPS، از ۱۲/۲۱ تا ۶۱/۱۲ درصد کاهش معنی داری (۰۵/۰>p) می­یابد. در تحقیقی دیگر که اثر افزودن نانو ذرات اکسید روی بر سطح فیلم های پلی ونیل کلراید بررسی کردند، به این نتیجه رسیدند که پوشش ذرات اکسید روی بر روی سطح فیلم های PVCاثر ناچیزی بر روی درصد کشیدگی(E%) دارد که علت آن این بود که در این تحقیق نانو ذرات اکسید روی بر شکاف های زنجیرهPVC پر نشده بلکه روی سطح فیلم پوشیده شدند. بنابراین تعامل بین نانو ذرات و زنجیره هایPVC ممکن است ایجاد نشود. این مطلب گویای این است که چگونگی قرار گرفتن ذرات نانو در زنجیره های پلیمر بر اثر بخشی آن ها بر خواص مکانیکی بسیار حائز اهمیت است ( لی^[۱۱۸] و همکاران، ۲۰۱۰). مدول یانگ (نسبت تنش به کرنش در ناحیه خطی) نیز با افزایش غلظت نانو دی اکسید تیتانیوم در فیلم ترکیبی نشاسته کاساوا / SSPS، از ۶۵/۰ تا ۰۹/۱ مگاپاسکال، افزایش معنی داری (۰۵/۰>p) داشت. این نتایج با نتایج بدست آمده از تحقیقات جییوآگو ^[۱۱۹]و همکاران در سال ۲۰۰۹ مطابقت داشت. خواص مکانیکی فیلم­های کامپوزیت به شدت وابسته به تعامل سطحی بین ماتریس و مواد پرکننده آن­ها ( نانو ذرات ) است. همچنین چن^[۱۲۰] و همکاران در سال ۲۰۰۹، نشان دادند که علت این امر مربوط به محتوای رطوبت است. با افزایش درصد­های نانو دی اکسید تیتانیوم محتوای رطوبت کاهش می­یابد که این احتمال وجود دارد با توجه به تعامل میان پلاستیسایزر، ماتریس بیوپلیمرها، و نانو دی اکسید تیتانیوم، گروه هیدروکسیل برای واکنش با آب، کمتر در دسترس باشند در نتیجه به یک ماتریس جاذب کم رطوبت منجر می­ شود. از یک طرف آب در ماتریس بیوپلیمرها نقش پلاستی سایزینگ ( روان کننده ) را بازی می­ کند از طرف دیگر کاهش محتوای پلاستی سایزر سبب کاهش انعطاف پذیری فیلم­ها و در نتیجه افزایش مقاومت به کشش و مدول یانگ و کاهش درصد کشیدگی می­ شود. دلیل دیگر آن مربوط به تعامل سطحی بین نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم و ماتریکس بیوپلیمرها است.
شکل ۴- ۴: نمودار مقاومت به کشش فیلم­های ترکیبی نشاسته کاساوا/SSPS، با غلظت­های مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم.
*متفاوت بودن حروف لاتین بر روی ستون­ها نمایانگر اختلاف معنی دار در سطح ۵% احتمال می­باشد ( ۰۵/۰ >р).
شکل ۴- ۵: نمودار درصد کشیدگی فیلم­های ترکیبی نشاسته کاساوا/SSPS، با غلظت­های مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم.