Skip to main content
SUPERVISOR
ژاله ورشوساز (استاد مشاور) جواد کرامت (استاد راهنما) محمد شاهدی باغ خندان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fatemeh Rafieian koupae
فاطمه رفیعیان کوپائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388

TITLE

Determination of Physicomechanical and Barrier Properties of Nanocomposites Containing Cellulose
The non-biodegradable and non-renewable nature of plastic packaging has led to increasing interest in packaging materials based on bio-nanocomposites. In this study we investigated nanocomposite materials prepared by casting a mixture of gluten, glutenin and gliadin as the matrix and different concentrations of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl radical (TEMPO)-carboxylated cellulose nanocrystals (C.CNC) as the reinforcing agent. The resulting films were characterized for their mechanical, thermal and barrier properties. The mechanical properties of gluten films showed that the breaking elongation (? b ) decreased by 26%, but tensile strength (TS) increased (60%) in the presence of C.CNC, with a maximum at 7.5%.These effects were also reflected in the dynamic mechanical analysis (DMA) results and the storage modulus (E') for all composites containing nanofillers were pushed to a higher level relative to the neat gluten system. The mechanical properties of glutenin showed that the presence of C.CNC (5%) resulted in an increase (58.8%) in TS while at higher contents it tended to decrease because of partial agglomeration of the filler.The reinforcing effect of C.CNCs was also confirmed by DMA where, by adding C.CNC, an increase in E' was detected.Similarly, C.CNC resulted in improved TS and E ? of gliadin films that can be ascribed to the strong interactions between the C.CNC and the matrix. The results obtained from differential scanning calorimetry (DSC) curves indicated that increasing the amount of C.CNC from 0 to 10% showed a minimum at 5% for T g of gluten films, led to an increase in T g of glutenin films from -29.8 to -23.7 °C and indicated an optimum in T g of gliadin films at 5% CNC content. As compared to film without C.CNC, the water vapor permeability (WVP) decreased from 5.02× 10 -6 to 3.21× 10 -6 g/mm.h.kPa for the gluten film containing 7.5% C.CNC; with increasing nanocellulose content, water uptake (WU) of the nanocomposites increased but water solubility (WS) decreased. Although the use of C.CNC reduced the resistance to water vapor permeation and water absorbance of glutenin films, its incorporation up to 5% resulted in composites with the lowest WS. Upon increasing the filler content to 10%, the WVP of gliadin films decreased and reached a minimum value at 7 . 5% concentration. WU decreased with increasing C.CNC content as expected but WS increased. Keywords: Carboxylated cellulose nanocrystals, Gluten, Glutenin, Gliadin, Nanocomposite
طبیعت غیر‌قابل تجدید و عدم زیست‌تخریب‌پذیر بسته‌بندی‌های پلاستیکی منجر به گرایش صنعت بسته‌بندی به سوی نانوکامپوزیت‌های زیست‌تخریب‌پذیر (شبکه زیست‌بسپار تقویت شده به کمک نانو‌مواد) شده است. مواد نانوکامپوزیت از طریق قالب‌گیری و تبخیر حلال مجموعه‌ای از گلوتن، گلوتینن و گلیادین استخراجی از گلوتن گندم به عنوان شبکه و غلظت‌های متفاوتی از نانوبلور‌های کربوکسی‌سلولز به عنوان تقویت‌کننده، تهیه شده و مورد ارزیابی مکانیکی، دینامیکی- مکانیکی، حرارتی و ممانعتی قرار گرفتند. نانوبلور‌های سلولز، حاصل از هیدرولیز اسیدی سلولز ریز‌بلوری در سیستم تمپو- سدیم برومید - سدیم هیپوکلریت، اکسید شده و نانوبلور‌های کربوکسی‌سلولز با مقدار بالای کربوکسیلات به‌طور مستقیم تولید شدند. نتایج آزمون مکانیکی نانوکامپوزیت‌های بر پایه گلوتن نشان از کاهش 26 درصدی در ازدیاد طول تا شکست و افزایش قابل ملاحظه قدرت کشش با حضور نانوبلور‌ها داشت. اثر تقویت‌کنندگی آنها از طریق بررسی‌های دینامیکی - مکانیکی و افزایش مدول ذخیره نیز به اثبات رسید. در آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی، با افزایش غلظت تا 5 درصد، دمای انتقال شیشه‌ای، کـاهش و سپس افـزایش یافت. افـزایش جـذب آب و کـاهش اتلاف وزن در آب نانوکامپوزیـت‌ها در مقایـسه با فیلم کنترل از دیگر نتایج این تحقیق بود. نفوذپذیری نسبـت به بـخار آب از 6- 10 × 02/5 در فیلم کنترل به 6- 10× 21/3 گرم بر میلی‌متر. ساعت. کیلو‌پاسکال در فیلم حاوی 5/7 درصد نانوبلور کاهش یافت. خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های بر پایه گلوتنین نشان داد که حضور 5 درصد نانوبلور منجر به افزایش 8/58 درصد در قدرت کشش شد در‌حالی‌که در غلظت‌های بالاتر، به دلیل تجمع بخشی پرکننده، قدرت کشش رو به افول گذاشت. مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی تائیدی بود بر توزیع یکنواخت پرکننده با غلظت‌های پایین و متوسط در شبکه، ولی در غلظت‌های بیش از 5 درصد، تجمعات و حفراتی قابل مشاهده بود. این اثرات در نتایج آزمون دینامیکی - مکانیکی نیز منعکس شده و بالاترین مدول ذخیره مربوط به مقدار 5 درصد نانوبلور بود. نتـایج حاصل از گرماسنـجی روبـشی تـفاضلی نـشان داد که افـزایـش غلظت از 0 تا 10 درصد، افزایش دمـای انتـقال شـیـشه‌ای از 8/29- به 7/23- درجه سانتی‌گراد را در پی داشت. اگرچه استفاده از نانوبلور‌ها افت ممانعت در برابر بخار آب و نیز تشدید جذب آب را در پی داشت، ورود آنها تا 5 درصد منجر به حصول کامپوزیت‌هایی با پایین‌ترین اتلاف وزن در آب گردید. افزودن نانوبلور‌ها منجر به بهبود و اصلاح عملکرد مکانیکی با افزایش استحکام کششی و مدول ذخیره نانوکامپوزیت‌های بر پایه گلیادین گردید که می‌توان آن را به فعل و انفعالات قوی میان پرکننده و زنجیره گلیادین نسبت داد. نمودار به‌دست آمده از آزمون گرماسنجی روبشی افتراقی نشان داد که افزایش مقدار پرکننده تا 5 درصد افزایش اندکی در درجه حرارت انتقال شیشه‌ای ایجاد نمود اما افزایش بیشتر درصد بارگذاری منجر به کاهش دمای اتقال شیشه ای گردید. پس از افزایش مقدار پرکننده به 10 درصد، نفوذپذیری نسبت به بخار آب کاهش یافت و به یک مقدار حداقل در غلظت 5/7 درصد رسید. منحنی‌های وزن‌سنجی حرارتی کلیه نانوکامپوزیت‌ها نشان داد که نانوبلور‌ها پایداری حرارتی را به‌طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار ندادند. به‌طور کلی نتایج آزمایشات فوق حاکی از توان بالای نانو‌سلولز در تقویت بسپارهای گلوتن، گلوتنین وگلیادین و غلبه بر برخی از نقاط ضعف آنها نظیر خواص مکانیکی و دینامیکی - مکانیکی نامطلوب بود. واژه‌های کلیدی: نانوکامپوزیت، گلوتن، گلوتنین، گلیادین، خواص مکانیکی، حرارتی و ممانعتی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی