بررسي تأثير استفادۀ توأم از نانوذرات دي‌اكسيد تيتانيم‌ و نانوكريستال ‌سلولز بر ويژگي‌هاي گرمايي، آبگريزي و رنگي بيونانوكامپوزيت‌هاي نشاسته- PVOH

Combined Use of Titanium Dioxide Nanoparticles and Nanocrystalline Cellulose on Thermal, Hydrophobic and Color Properties of Starch-PVOH Bionanocomposites

در اين پژوهش، براي بهبود ويژگي ­هاي كاربردي فيلم ­هاي بر پايه نشاسته، ابتدا از ميزان ثابت اسيدسيتريك و پلي ­وينيل ­الكل (PVOH) استفاده و پس از آن اثر سطوح مختلف غلظت دو نوع نانوذره نانوكريستال ­سلولز (CNC) و دي ­اكسيد­ تيتانيم (TiO2) به‌صورت توأم و نرم­ كننده گليسرول (GLY) بررسي شد. آزمون گرماسنجي پويشي افتراقي (DSC) نشان مي­دهد كه افزودن CNC و TiO2 به‌ترتيب موجب افزايش دماي ذوب و انتقال شيشه­ اي و كاهش دماي ذوب و افزايش دماي انتقال شيشه ­اي در زيست­ نانوكامپوزيت­ ها مي­شود. سپس اثر غلظت سه افزودني فوق بر ميزان جذب آب، حلاليت در آب و خواص رنگي زيست نانوكامپوزيت بر پايۀ نشاسته نرم شده (PS) مورد بررسي قرار گرفت و مقادير غلظت بهينه آنها با طرح مركب مركزي توسط روش سطح پاسخ (RSM) تعيين گرديد. نتايج حاصل از بهينه­سازي فرمولاسيون با روش سطح پاسخ (RSM) نشان مي­دهد كه غلظت TiO2، CNC و GLY به‌ترتيب به­صورت درجه دوم، خطي و درجه دوم بر ميزان جذب رطوبت معني­دار و مقادير بهينه متغيرهاي TiO2، CNC و GLY براي حداقل جذب رطوبت به‌ترتيب 0/118، 0/30 گرم و 1/36 ميلي ­ليتر است. استفاده توأم CNC و TiO2باعث بهبود كاهش جذب رطوبت و انحلال­ پذيري در آب زيست ­­نانوكامپوزيت مي­ شود و تأثيرگذاري CNC بيشتر از TiO2 است. مقادير بهينه متغيرهاي TiO2، CNC و GLY براي حداقل انديس زردي به‌ترتيب 235/0، 0 گرم و 1/06 ميلي­ ليتر است.

The present study used a constant level of citric acid and polyvinyl alcohol and different amounts of nanocrystalline cellulose (CNC) and TiO2 nanoparticles to improve the properties of starch film. The effect of different amounts of glycerol was also examined. The results of differential scanning colorimetry demonstrated that the addition of CNC increased the melting and glass transition temperatures and the addition of high levels of TiO2 decreased the melting temperature and increased the glass transition temperature. The effects of these three compounds on the hydrophobicity and color of bionanocomposite plasticized starch were studied and their optimum values determined using a central composite design in response surface methodology. Water uptake data showed that the quadratic effect of TiO2 concentration and the linear and quadratic effects of CNC and GLY concentrations were significant. The optimum levels for TiO2, CNC and GLY for minimum water uptake were 0.118, 0.3 g and 1.36 ml, respectively. Quadratic CNC concentrations and linear glycerol concentrations were significant for water solubility. The optimum levels of TiO2, CNC and GLY for minimum water solubility were 0.235, 0.30 g and 1.36 ml, respectively. The CNC concentration had linear and quadratic effects on the yellowness index (YI) of the bionanocomposite. There was a significant interaction between TiO2 and GLY. The optimum levels of TiO2, CNC and GLY for minimum YI were as 0.235, 0 g and 1.06 ml, respectively.