33406

تهيه و بررسي خواص فيلم نانوكامپوزيتي زيست تخريب پذير مبتني بر نانوذرات روبنده اتيلن

ارشد

مهندسي شيمي-گرايش پليمر

1400

1403/10/30

دكتر حسن فرخ‌زاد و دكتر محمد فصيحي

راضي صحرائيان

مهندسي شيمي و نفت و گاز

يكي از چالش‌هاي مهم در بسته‌بندي محصولات كشاورزي، كنترل گاز اتيلن است كه به‌عنوان عامل اصلي تسريع فرآيند رسيدگي و كاهش ماندگاري ميوه‌ها عمل مي‌كند. اين تحقيق با هدف طراحي و ساخت نانوكامپوزيتي زيست‌تخريب‌پذير براي جذب اتيلن انجام شد. كربوكسي متيل سلولز (CMC) به دليل خواص زيست‌سازگار و تجديدپذير خود به‌عنوان ماتريس پليمري انتخاب شد، اما طبيعت آب‌دوست آن نياز به اصلاح ساختاري داشت. در اين راستا، از يك روش نوآورانه و سبز براي استري‌سازي CMC با استفاده از استئاريك اسيد در شرايط امولسيوني و بدون نياز به حلال‌هاي شيميايي استفاده شد. علاوه بر اين، گليسرين براي بهبود انعطاف‌پذيري و نانوذرات آلومينا به‌منظور تقويت خواص مكانيكي و ايجاد قابليت جذب اتيلن به تركيب اضافه شدند. نتايج آزمون‌هاي FTIR و XRD تأييد كردند كه پيوندهاي استري به‌طور موفقيت‌آميزي در ساختار CMC ايجاد شده است كه منجر به افزايش زاويه تماس سطح فيلم از 29.7 درجه براي CMC خالص به 56.57 درجه براي نمونه حاوي 3% استئاريك اسيد شد. علاوه بر اين، نفوذپذيري بخار آب (WVP) در نمونه بهينه حاوي 3% استئاريك اسيد، گليسرين و 3% آلومينا به گرم در ميلي‌متر/ (سانتي‌متر مربع بر ساعت در پاسكال) كاهش يافت. آزمون‌هاي مكانيكي نشان دادند كه استحكام كششي از 68.76 مگاپاسكال براي CMC خالص به 39.48 مگاپاسكال در نمونه بهينه كاهش يافت، در حالي كه ازدياد طول از 2.23% به 4.35% افزايش يافت. علاوه بر اين، نانوكامپوزيت تهيه شده در بسته‌بندي موز به‌طور موفقيت‌آميزي فرآيند رسيدگي را با كاهش اتيلن كنترل كرده و ماندگاري ميوه را بهبود بخشيدند. نوآوري اين پژوهش شامل استفاده از يك روش سبز و اقتصادي براي استري‌سازي CMC و تركيب آن با نانوذرات آلومينا به‌عنوان جاذب اتيلن است. اين دستاورد نشان داد كه نانوكامپوزيت‌هاي توليدشده مي‌توانند به‌عنوان جايگزين مؤثر براي بسته‌بندي‌هاي پلاستيكي سنتي، با حفظ كيفيت محصول و كاهش اثرات زيست‌محيطي، مورد استفاده قرار گيرند.

1404/02/20

Preparation and Characterization of Biodegradable Nanocomposite Film Based on Ethylene-Scavenging Nanoparticles

1/1/1900 12:00:00 AM

One of the major challenges in agricultural product packaging is controlling ethylene gas, which acts as a key factor in accelerating the ripening process and reducing the shelf life of fruits. This study aimed to design and fabricate a biodegradable nanocomposite for ethylene adsorption. Carboxymethyl cellulose (CMC) was chosen as the polymeric matrix due to its biocompatibility and renewability, but its hydrophilic nature required structural modification. To address this, an innovative and green esterification method was employed using stearic acid under emulsified conditions without chemical solvents. Additionally, glycerol was added to enhance flexibility, and alumina nanoparticles were incorporated to improve mechanical properties and ethylene adsorption capability. FTIR and XRD results confirmed successful ester bond formation in the CMC structure, increasing the contact angle from 29.7° for pure CMC to 56.57° for the film containing 3% stearic acid. Moreover, the water vapor permeability (WVP) of the optimized film containing 3% stearic acid, glycerol, and 3% alumina decreased to 1.74×10⁻⁸ g·mm/(cm²·h·Pa). Mechanical tests revealed that the tensile strength decreased from 68.76 MPa for pure CMC to 39.48 MPa for the optimized sample, while elongation at break increased from 2.23% to 4.35%. Furthermore, the modified films successfully controlled ethylene levels in banana packaging, delayed ripening, and extended fruit shelf life. The innovation of this study lies in utilizing a green and economical method for CMC esterification and combining it with alumina nanoparticles as an ethylene adsorbent. The findings demonstrate that the developed nanocomposites can serve as effective alternatives to traditional plastic packaging, maintaining product quality and reducing environmental impacts.

جذب اتيلن , فيلم زيست‌تخريب‌پذير , نانوكامپوزيت، , كربوكسي متيل سلولز , استري كردن سبز , نانوذره آلومينا

Ethylene absorption , biodegradable packaging , Nanocomposite , carboxymethyl cellulose , green esterification , alumina nanoparticles

Eisa abyat

Hassan Farrokhzad