Skip to main content
SUPERVISOR
TAYEBEH BEHZAD
طیبه بهزاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farnoosh Samadany
فرنوش صمدانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Preparation and characterization of bio nanocomposite film based on whey protein/walnut oil reinforced by modified cellulose nanofibers
: Whey protein is an amphiphilic macromolecular which acts as a macro emulsifier. These films have poor barrier properties against the entry of water vapor and weak mechanical properties. hydrophobic compounds such as oils and fats are used to improve the film barrier properties. One of these oils is walnut oil that is used in this study. Using of these compounds has a negative effect on the mechanical properties of film. To overcome the weakness of mechanical properties, the use of reinforcements such as nanoparticles and nanofibers is recommended. Cellulose nanofibers desire to show self-aggregation and the film hydrophobicity properties will increase by adding walnut oil. The free radical polymerization of methyl methacrylate monomer was done at presence of cellulose nanofibers by using cerium ammonium nitrate as an initiator. It is necessary to mention that the optimum temperature, monomer concentration, initiator concentration and time for polymerization are respectively 35°C, 10 mmol/gr cellulose nanofibers, 2 mmol / dm3 and 120 min. The yield of grafting onto the surface of cellulose nanofibers was 19.37%. According to the gravimetric analysis, FT-IR spectrum and increasing contact angle from 13° to 74.13° successful grafting onto the cellulose surface was confirmed. Protein films were prepared in various percentages of walnut oil. according the results of cup test to measure water vapor permeation and distribution of oil droplets, film with the best oil percentage with best barrier properties (15% oil) was chosen as control film. then composite films based on whey protein and walnut oil in different percentages of unmodified and modified cellulose nanofibers (5-15% of whey protein) were provided. Addition of unmodified and modified cellulose nanofibers increased of film thickness. Improvement of mechanical properties was observed in the tensile test. Addition of 7.5% surface modified cellulose nanofibers with poly (methyl methacrylate) resulting in an increase of 100% in tensile strength, 140% in the young’s modules and 80% reduction in elongation at break which is relative to the unmodified nanofibers. SEM images showed better adhesion to the matrix with 7.5% modified cellulose nanofibers. Among the composites reinforced with cellulose nanofibers, the least water vapor permeation was observed with the film contains 7.5% of modified cellulose nanofibers which is 64% lower than control film. Traarency of composites film significantly has dropped with the addition of cellulose nanofibers and reducing of film traarency is more with modified cellulose nanofibers. The result of contact angle measurement showed that the film contact angle increased by modification about 32% compared to the sample contains unmodified nanofibers. The lowest water absorption was reported for nanocomposites containing 7.5% modified cellulose nanofibers. Keywords : Bio nanocomposite, whey protein, surface modified cellulose nanofibers, water vapor permeation.
پروتئین آب پنیر یک ماکرومولکول آمفیفیلیک می باشد که به عنوان یک ماکرو امولسیفایر عمل می کند. این قبیل فیلم ها ممانعت ضعیف در برابر ورود بخار آب و خواص مکانیکی نامطلوبی دارند. از ترکیبات آب گریزی مانند روغن ها و چربی ها جهت بهبود خواص ممانعتی فیلم استفاده می گردد. یکی از این مواد روغن گردو می باشد که در این پژوهش استفاده می گردد. استفاده از این ترکیبات دارای اثر منفی بر خواص مکانیکی فیلم می باشد. جهت غلبه بر ضعف خواص مکانیکی، استفاده از تقویت کننده هایی مانند نانو ذرات و نانو الیاف پیشنهاد می گردد. نانو الیاف سلولزی به عنوان فاز تقویت کننده در این مطالعه مورد استفاده قرار می گیرد. نانو الیاف سلولزی تمایل زیادی به خودتجمعی نشان می دهند و هم چنین با افزودن روغن گردو خاصیت آب گریزی فیلم افزایش پیدا می کند بنابراین نانو الیاف سلولزی با مونومر متیل متاکریلات و از طریق پلیمریزاسیون رادیکال آزاد به منظور افزایش آب گریزی، اصلاح سطح می گردند. شرایط انجام پلیمریزاسیون از مقالات استخراج گردیده است و توسط mmol/dm 3 2 آغازگر سریم آمونیوم نیترات و mmol/g of cellulose nanofibers 10 مونومر در دمای 35?C به مدت زمان min 120می باشد. بازده پیوند زنی مونومر متیل متاکریلات بر روی سطح نانو الیاف سلولزی 37/19 % می باشد. با توجه به نتیجه آنالیز وزن سنجی، طیف FT-IR و افزایش زاویه تماس از ? 13 به ?13/74 پیوندزنی موفق پلیمر بر روی سطح سلولز تایید گردید. فیلم پروتئینی با مشارکت روغن گردو در درصد های مختلف از آن تهیه گردید و از نمونه ها آزمون ممانعت نسبت به بخار آب گرفته شد و با توجه به نتایج آن و نمودار توزیع قطر قطرات روغن، بهترین درصد روغن با بیشترین ممانعت (15% روغن) به عنوان فیلم شاهد در تهیه کامپوزیت ها در نظر گرفته شد. سپس کامپوزیت هایی بر پایه پروتئین آب پنیر با مشارکت روغن گردو در درصد های مختلف از نانو الیاف سلولزی بدون اصلاح و اصلاح شده (15-5%) به عنوان تقویت کننده تهیه گردیدند. افزودن نانو الیاف سلولزی بدون اصلاح و اصلاح شده باعث افزایش ضخامت فیلم گردید. بهبود خواص مکانیکی در اثر افزودن نانو الیاف اصلاح شده در آزمون کشش مشاهده گردید. افزودن 5/7% نانو الیاف سلولزی اصلاح شده با پلی (متیل متاکریلات) منجر به افزایش 100% در استحکام کششی، 140% در مدول و کاهش 80% در ازدیاد طول نمونه ها گردید که نسبت به نانو الیاف بدون اصلاح بهتر عمل کرده اند. 5/7% نانو الیاف سلولزی اصلاح شده درتصاویر SEM چسبندگی بهتری با ماتریس نسبت به نانو الیاف بدون اصلاح از خود نشان دادند. در بین کامپوزیت های تقویت شده با نانو الیاف سلولزی کمترین نفوذپذیری نسبت به بخار آب مربوط به فیلم حاوی 5/7% نانو الیاف سلولزی اصلاح شده می باشد که 64% کاهش نسبت به نمونه ی شاهد را به همراه دارد. شفافیت فیلم های کامپوزیتی با افزایش نانو الیاف سلولزی به طور چشمگیری کاهش یافته است و میزان کاهش در شفافیت فیلم حاوی نانو الیاف سلولزی اصلاح شده بیشتر می باشد. نتایج آزمون زاویه تماس نشان داد که نانو الیاف سلولزی اصلاح شده منجر به افزایش زاویه تماس فیلم در حدود 32% نسبت به نمونه ی حاوی نانو الیاف بدون اصلاح گردیده است. بیشترین میزان مقاومت به آب مربوط به نانو کامپوزیت حاوی 5/7% نانو الیاف سلولزی اصلاح شده می باشد. جذب آب نمونه در حدود 80% با نانو الیاف اصلاح سطح شده نسبت به کامپوزیت بدون اصلاح کاهش پیدا کرد. واژگان کلیدی : نانو کامپوزیت زیستی، پروتئین آب پنیر، نانو الیاف سلولزی اصلاح شده، ممانعت نسبت به بخار آب

ارتقاء امنیت وب با وف بومی