كاربرد تيمار سطحي پلاسما به منظور توليد فيلم نانوكامپوزيت دو لايه پلي اتيلن ترفتالات-كربوكسي متيل سلولز حاوي نانو ذرات اكسيدروي به عنوان نوعي بسته بندي جديد براي مواد غذايي

Application of plasma surface treatment to produce CMC-PET/ZnO bilayer nanocomposite film as a novel food packaging

در اين پژوهش فيلم هاي نانوكامپوزيتي پلي اتيلن ترفتالات- كربوكسي متيل سلولز (PET-CMC) حاوي نانوذرات اكسيد روي (4%، 3%، 2%، 1%، 0% ZnO NPs:) تهيه شد و در نهايت فيلم هاي نانوكامپوزيتي تهيه شده تحت آزمون هاي نفوذپذيري بخارآب، رطوبت، مكانيكي و ميكروبي قرار گرفت. براي اتصال بهتر كربوكسي متيل سلولز (CMC) روي سطح فيلم پلي اتيلن ترفتالات ((PET، از پيش تيمار پلاسماي اكسيژن استفاده شد. همچنين به منظور بررسي اثر تيمار پلاسما در بهبود ويژگي هاي فيلم هاي دولايه، مقايسه بين فيلم هاي دولايه ي تيمار شده با پلاسما و تيمار نشده، با استفاده از آزمون FTIR صورت پذيرفت. نتايج نشان داد كه گروه هاي قطبي مانند C = O و OH در سطح PET پس از تيمار با پلاسما تشكيل شد كه باعث بهبود چسبيدن دولايه ي پليمر به يكديگر گرديد. با افزودن نانوذرات، نفوذپذيري بخار آب فيلم دولايه PET-CMC-ZnO نسبت به فيلم PET-CMC كاهش پيدا كرد. در آزمون مكانيكي با افزودن نانوذرات در فيلم هاي نانوكامپوزيتي نسبت به فيلم PET-CMC بر ميزان استحكام كششي فيلم ها از 77/123 به 80/466 MPa افزوده شد و مقاومت بيشتري نشان دادند. درحالي كه طول كشش هنگام شكست، با افزايش درصد نانوذرات در فيلم هاي نانوكامپوزيت از ٪38/48 به 59/10٪ كاهش يافت. بنابراين فيلم هاي نانوكامپوزيت در مقايسه با فيلم PET-CMC مقاومت بيشتري نشان مي دهند كه كمك به تسهيل حمل و نقل و ذخيره مواد غذايي مي كنند. حضور نانوذرات اكسيدروي در فيلمPET-CMC فعاليت ضد ميكروبي در برابر اشرشياكلي و استافيلوكوكوس اوريوس نشان داد. به طور كلي افزايش نانو ذراتZnO، باعث بهبود خواص فيزيكي، مكانيكي و ميكروبي مي شود. يافته هاي اين مطالعه نشان داد كه فيلم هاي PET/CMC تحت تيمار پلاسما، قابليت استفاده در بسته بندي هاي ضد ميكروبي مواد غذايي را دارند و مي توانند ماندگاري مواد غذايي بسته بندي شده را به عنوان بسته بندي فعال افزايش دهند.

In this study, PET-CMC bilayer nanocomposites films containing different levels of zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs; 0%, 1%, 2%, 3%, 4%) were prepared and characterized. For better attachment of CMC on Polyethylene terephthalate (PET), atmospheric plasma pretreatment was used. The water vapor permeability, moisture, mechanical and microbial properties of the films were analyzed. Also, in order to investigate the effect of plasma treatment on improving the properties of bilayer films, a comparison was made between plasma treated and untreated bilayer films using FTIR test. Results showed the formation of polar groups such as C=O and OH on the PET surface following the plasma treatment which improved the adhesion of the two layers of polymer to each other. The water vapor permeability of PET-CMC films containing ZnO NPs decreased compared to the pure film with increasing the ZnO NPs percentage. Increasing the nanoparticles percentage had a positive impact on the tensile strength and increased this factor from 123.77 to 466.80 MPa, while the elongation at break decreased from 48.38% to 10.59%, and the nanocomposite films were revealed more resistant compared to the pure PET-CMC film, which facilitates the transport and storing of the foodstuffs. In addition, the presence of ZnO NPs in PET-CMC films exhibited antimicrobial activity against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. In general, this research verifies improvement in physical, mechanical, and microbial characteristics of PET-CMC nanocomposite films along with the increasing of ZnO NPs. Our findings suggest that plasma-treated PET/CMC films have the potential for application in food antimicrobial packaging and can extend the shelf-life of packaged food as active packaging.