بررسي تاثير نانوفيبر سلولز اصلاح شده بر روي خواص كاربردي بسته‌بندي زيست تخريب پذير پلي لاكتيك اسيد

Studying the effect of modified cellulose nanofibers on the functional properties of poly (lactic acid) based biodegradable packaging

هدف از اين پژوهش، تقويت خواص بيوپليمر پلي لاكتيك اسيد (PLA) با استفاده از نانوفيبر سلولز (CNF) و افزايش كارايي آن در بسته‌بندي مواد غذايي مي‌باشد. به منظور بهبود سازگاري و قابليت اختلاط با پليمر، CNF با اسيد اولييك وارد واكنش شده و اصلاح گرديد. در ادامه، نانوفيبر سلولز اصلاح شده (MCNF)، با استفاده از روش قالب‌ريزي (در سه غلظت 4، 8 و 12 درصد وزن بيوپليمر) به تركيب فيلم PLA اضافه شده و تاثير آن بر روي خواص بازدارندگي، مكانيكي، ريخت‌شناسي و رنگ ظاهري بيوپليمر مورد بررسي قرار گرفت. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي تهيه شده از سطح فيلم‌ها، تاييد كننده‌ پراكندگي مطلوب و يكنواخت MCNF در غلظت‌هاي پايين (4 و 8 درصد) بوده درحالي كه در غلظت 12 درصد، نانوفيبرها در داخل شبكه پليمر تجمع يافته و تشكيل توده دادند. با افزودن MCNF، نفوذپذيري نسبت به بخار آب از g/m.h.Pa 5-10×05/9 براي فيلم خالص PLA به g/m.h.Pa 5-10×96/6 براي فيلم حاوي 8 درصد MCNF كاهش يافت. بازدارندگي نسبت به اكسيژن و عبور نور نيز با افزودن MCNF بطور قابل توجهي بهبود يافت. همچنين در غلظت 12 درصد MCNF، استحكام كششي و مدول يانگ فيلم نانوكامپوزيت به ترتيب تا 5/2 و 2 برابر مقادير آن در فيلم PLA خالص افزايش يافت. با اين وجود، افزودن MCNF باعث كاهش ميزان شفافيت فيلم و افزايش انديس زردي آن شد.

The aim of this research was the use of Cellulose nanofibers (CNF) to improvement the properties of Poly (lactic acid) (PLA) biopolymer in order to increasing its applicability in food packaging. In order to improving the compatibility and miscibility with PLA matrix, CNF were treated by oleic acid. The resultant modified nanofibers (MCNF) were subsequently introduced into a PLA polymeric matrix and the effect of nanofiller on barrier, mechanical and optical properties of the polymer was studied. The morphology of fracture surface evaluated by scanning electron microscopy confirmed the uniform dispersion of MCNF at low levels. However, higher levels of MCNF (12%wt) causes to decreasing the uniform dispersibility and agglomeration of nanofibers. By adding MCNF, water vapor permeability decreased from 9.05×10-5g/m.h.Pa for pure PLA film to 6.96×10-5 g/m.h.Pa for PLA film containing 8% MCNF. Also the oxygen and light transmittance barrier properties improved by addition of MCNF. At the MCNF content of 12wt%, the tensile strength and Young’s modulus of the nanocomposites increased by 2.5 and 2 folds than those of pure PLA films respectively. However, addition of MCNF, caused to decrease in lightness and brightness and increase in yellowness of PLA films.