فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

سابقه و هدف: استفاده گسترده از پلیمرهای نفتی در صنعت بسته‌بندی به دلیل زیست‌تجزیه‌ناپذیری، موجب انباشت پسماند و آلودگی خاک و آب‌های سطحی و درنهایت تخریب اکوسیستم‌ها شده است. در این راستا، بیوپلیمرها به‌ویژه پکتین استخراج‌شده از پوست مرکبات به‌عنوان محصول جانبی کشاورزی، گزینه‌ای مناسب برای جایگزینی پلیمرهای سنتزی محسوب می‌شوند. استخراج پکتین با اسیدهای آلی مانند سیتریک اسید، به‌دلیل ایمنی، سازگاری زیست‌محیطی و کیفیت مناسب، رویکردی سبز و مطلوب است. بااین‌حال، فیلم‌های پکتین خالص معمولاً ازنظر خواص مکانیکی و ممانعتی محدودیت دارند. نانوفیبریل سلولز به دلیل مدول کشسانی بالا، مقاومت کششی مطلوب و زیست‌تجزیه‌پذیری، می‌تواند به‌عنوان تقویت‌کننده مؤثر در ماتریس پکتین به‌کار رود. هدف این پژوهش، ساخت و مشخصه‌یابی فیلم‌های بایونانوکامپوزیتی پکتینCNF/ با خواص بهبود‌یافته برای کاربردهای بسته‌بندی زیست‌تخریب‌پذیر است.مواد و روش‌ها: پکتین با درجه استری‌شدن 63/61% از پوست لیموترش با استفاده از سیتریک اسید استخراج شد و نانوفیبریل سلولز (CNF) از شرکت نانونوین پلیمر تهیه گردید. فیلم‌ها به روش ریخته‌گری محلول تولید شدند؛ بدین منظور پکتین در آب مقطر در دمای  C°70 حل شد، سپس گلیسرول به‌عنوان نرم‌کننده افزوده و pH محلول روی 4 تنظیم گردید. همزمان،CNF  در سطوح 1، 3 و 5 درصد (وزنی/وزنی) در آب پراکنده و به‌مدت 30 دقیقه با اولتراسوند پراکنده شد. پس‌ازآن، سوسپانسیون CNF به محلول پکتین افزوده و مخلوط به مدت 25 دقیقه همگن‌سازی شد. محلول‌ها پس از هواگیری در آون خلأ، در پتری­دیش ریخته شدند و به‌مدت 48 ساعت در دسیکاتور حاوی محلول اشباع منیزیم نیترات (رطوبت نسبی 8/52 درصد در C25°) خشک شدند. خواص کششی، خواص نوری، ضخامت، نفوذپذیری بخار آب و جذب رطوبت فیلم‌ها اندازه‌گیری شد. فیلم‌های پکتین خالص و حاوی 5 درصد CNF برای آزمون‌های FTIR،XRD  و SEM انتخاب شدند. تحلیل آماری داده‌ها با استفاده از نرم‌افزار SPSS انجام شد.نتایج: نتایج نشان داد افزودن نانوفیبریل سلولز (CNF) اثر معنی‌داری بر خواص فیلم‌های پکتینی دارد. مدول یانگ از 12/3 مگاپاسکال در فیلم پکتین خالص به 08/8 مگاپاسکال در فیلم حاوی 5 درصد CNF افزایش یافت. همچنین استحکام کششی از 42/1 به 60/2 مگاپاسکال و جذب انرژی کششی از 94/12 به 43/22 ژول ارتقا یافت که بیانگر بهبود همزمان سفتی، استحکام و چقرمگی سامانه است. نفوذپذیری بخار آب با افزودن 5 درصد  CNFحدود 51 درصد کاهش یافت و از  g/m.s.Pa10-11×54/4 به g/m.s.Pa 10-11×22/2 رسید؛ این مقدار ازنظر عملکرد ممانعتی با سلوفان قابل مقایسه است. جذب رطوبت نیز در غلظت 5 درصد  CNFبه 35/25 درصد کاهش یافت. در مقابل، شفافیت فیلم‌ها با افزایش CNF از 26/98 درصد به 09/80 درصد کاهش یافت. نتایج FTIR تشکیل پیوندهای هیدروژنی قوی میان CNF و پکتین را تأیید کرد. الگوهایXRD  افزایش 73 درصدی شدت پراش و بهبود درجه بلورینگی را نشان دادند. همچنین تصاویر SEM پراکندگی نسبتاً مناسب نانوفیبریل سلولز و سازگاری فازی مطلوب بین CNF و ماتریس پکتین را تأیید نمود.نتیجه‌گیری: یافته‌های این پژوهش نشان داد فیلم بایونانوکامپوزیتی پکتین/نانوفیبریل سلولز ترکیبی مطلوب از خواص مکانیکی و ممانعتی را فراهم می‌کند. بهبود عملکرد این سامانه را می‌توان به شکل‌گیری پیوندهای هیدروژنی قوی بین ماتریس پکتین و CNF، افزایش درجه بلورینگی و ایجاد یک شبکه تقویت‌کننده سه‌بعدی نسبت داد. بر این اساس، فیلم پکتین/نانوفیبریل سلولز گزینه‌ای امیدبخش به‌عنوان جایگزین زیست‌تخریب‌پذیر برای بسته‌بندی‌های پلاستیکی متداول بوده و می‌تواند در کاهش پیامدهای زیست‌محیطی پسماندهای بسته‌بندی، در چارچوب اقتصاد چرخشی و توسعه پایدار، نقش مؤثری ایفا کند.