@article { author = {hashemi, seyed jafar and NEVES, Marcos and NAKAJIMA, Mitsutoshi}, title = {Effects of Chitosan/ Nanoclay Bentonite on the Mechanical Properties, Water Permeability and Microstructure of Nanocomposite Film}, journal = {Food Processing and Preservation Journal}, volume = {10}, number = {1}, pages = {33-46}, year = {2018}, publisher = {Gorgan University Of Agricultural Sciences}, issn = {2423-3544}, eissn = {2423-3803}, doi = {10.22069/ejfpp.2018.7517.1175}, abstract = {Background and objectives: Biopolymer-based films such as chitosan have been studied widely due to their biodegradability and biocompatibility. Chitosan has a great potential for a wide range of food applications but its’ hydrophilic character, and consequently its poor mechanical properties in the moist condition, limits its application (1, 2). Composite films have received much attention, because of their extraordinary possibility to improve the properties of films. One of the promising ways to modify biopolymer properties in terms of physicomechanical properties, inherent water sensitivity, and their relatively lower stiffness and strength, is to make hybrid films using biopolymers and nano-sized fillers known as nanocomposite films. In this research, the effect of bentonite nanoclay/chitosan ratio on the water vapor permeability (WVP), mechanical properties, and surface microstructure of the chitosan nanocomposite films was evaluated. Materials and methods: In this research, chitosan biopolymer aqueous solution with two concentration (2, and 3% w/v) and bentonite nanoclay solutions with two clay compositions (1 and 3% based on chitosan) were prepared, separately. The chitosan solution was then slowly added to the clay suspension at 55oC. The nanocomposite films were prepared using the solvent-casting method. The films based on 2 and 3% chitosan were considered as unfilled control samples. The water vapour permeability (WVP), tensile strength (TS), elongation at break (E), and microstructures of the films were investigated. Results: The results show that at identical concentrations of chitosan the amount of bentonite nanoclay affect the WVP and tensile strength (TS) of chitosan films, significantly (p < 0.01). By adding 1% nanoclay bentonite to polymer matrix, the value of TS strength of nanocomposite film increased to approximately 0.66 (2% chitosan) and 0.35 MPa (3% chitosan). Moreover, the elongation value decreased to 8.8% and 6.47% in the nanocomposite films based on 2 and 3% chitosan, respectively. Further increase in clay content to 3 wt%, the WVP, elongation and TS of nanocomposites film decreased for chitosan 2 wt%. According to the SEM micrograph, non-homogeneous structure was found for 3% clay-chitosan nanocomposite in comparision to 1% nanoclay loaded chitosan nanocomposite in full agreement to the decrease in TS value observed. With increase the percentage of nanoclay bentonite to 3%, the pore spaces of film increased and consequently the TS exhibited decreased Conclusion: According to the findings of this research, interactions between nanoclay and chitosan in nanoclay-chitosan nanocomposite have led to the formation of a new material with enhanced mechanical, morphological, and WVP properties than the pure chitosan. Finally, in 1% nanoclay concentration, the water vapor permeability, elongation, tensile strength, and also consistency of the microstructure films were significantly modified in compare of pure chitosan}, keywords = {Chitosan,Water vapor permeability,Nanoclay bentonite,Nanocomposite,Scanning electron microscopy}, title_fa = {اثر نسبت ترکیبی کیتوسان-نانورس بنتونیت بر خواص مکانیکی، نفوذپذیری به بخار آب و ریزساختار فیلم نانو کامپوزیت}, abstract_fa = {سابقه و هدف: فیلم‌های برپایه بیوپلیمر کیتوسان با خواص زیست‌تخریب‌پذیری به عنوان منبع جایگزین پلاستیک مصنوعی بررسی شده‌اند. این نوع فیلم‌های پلی‌ساکاریدی، بعلت ماهیت هیدروفیلیک دارای خواص ممانعتی ضعیف به رطوبت و ویژگی-های مکانیکی ضعیفی می‌باشند که این موارد کاربرد آن‌ها را به عنوان فیلم‌های خوراکی محدود نموده است (1 و 2). از روش-های مؤثر در بهبود خواص فیزیکی، کاربردی و بازدارندگی فیلم‌های کیتوسان تهیه فیلم‌های هیبریدی بیوپلیمر با مواد نانویی است که بعنوان فیلم‌های نانو کامپوزیت شناخته می‌شود. تولید نانو کامپوزیت‌ها را می‌توان به عنوان یکی از نویدبخش‌ترین استراتژی‌ها در اصلاح خواص فیلم‌های پلیمری با منشأ بیو‌لوژیک همانند خواص فیزیکی-مکانیکی و بازدارندگی نفوذ آب در نظر گرفت. در تحقیق حاضر اثر غلظت‌های مختلف نانو رس بنتونیت و کیتوسان بر نفوذ پذیری به بخار آب، خواص مکانیکی و مورفولوژی فیلم‌های قالبگیری شده نانو کامپوزیتی کیتوسان/نانورس مورد ارزیابی قرار گرفته است. مواد و روش‌ها: در این تحقیق، محلول بیوپلیمر کیتوسان با نسبت 2 و 3 درصد وزنی/حجمی محلول فیلم ساز و محلول نانو رس بنتونیت با نسبت 1 و 3 درصد(وزنی بر پایه کیتوسان) بطور جداگانه تهیه شد. برای تهیه نانو کامپوزیت، محلول تهیه شده کیتوسان به محلول نانو رس در دمای 55 درجه سانتی‌گراد اضافه گردید. فیلم‌ها به روش قالبگیری محلول نانوکامپوزیتی تهیه گردیدند. همچنین فیلم‌های شاهد از بیوپلیمر کیتوسان خالص در دو نسبت 2 و 3 درصد تهیه شد. میزان ممانعت به نفوذ بخارآب، استحکام کششی، درصد ازدیاد طول و ریز ساختار فیلم نانوکامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت. یافته‌ها: بر اساس نتایج غلظت نانو رس تأثیر بسیار معنی‌داری) 01/0 (P <بر نفوذپذیری بخار آب و استحکام کششی فیلم‌های بیوپلیمر در دو غلظت‌ یکسان کیتوسان نشان داد. با افزودن نانو رس بنتونیت به ماتریکس کیتوسان در غلظت 1 درصد، استحکام کششی فیلم‌ها به ترتیب در کامپوزیت کیتوسان 2 درصد - نانورس و کامپوزیت کیتوسان 3 درصد - نانورس به 66/0 و 35/0 مگاپاسکال افزایش و درصد کشیدگی فیلم‌ها حدود 8/8 و 47/6 درصد کاهش یافت. با افزایش بیشتر میزان نانو رس به 3 درصد، میزان نفوذپذیری به بخار آب و کشیدگی و به همراه آن میزان استحکام کششی فیلم‌های نانو کامپوزیت کاهش یافت. با استناد به میکروگراف‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی، فیلم نانو کامپوزیت محتوی 1 درصد نانورس در مقایسه با فیلم شاهد در هر دو غلظت کیتوسان دارای ساختار غیر یکنواخت‌تری بوده و این ساختار با استحکام فیلم در بسته بندی و نگهداری مواد غذایی همبستگی مستقیم داشته است. با افزایش غلظت نانورس به 3 درصد، ساختار فیلم متخلخل‌تر شده که با نتایج کاهش استحکام مشاهده شده در کامپوزیت کیتوسان-نانورس3 درصد مطابقت دارد. استنتاج: می‌توان نتیجه گرفت که افزودن نانورس به بیو‌پلیمر کیتوسان، سبب اصلاح خواص مکانیکی، مورفولوژیکی و نفوذپذیری بخار آب فیلم‌های نانو کامپوزیت در مقایسه با فیلم‌های کیتو‌سان خالص می‌گردد. در مجموع در غلظت نانو‌رس 1 درصد، فیلم‌های نانو کامپوزیت بر پایه کیتوسان به لحاظ نفوذپذیری بخار آب، استحکام کششی، درصدکشیدگی و ریزساختار فیلم بهبود معنی‌داری در مقایسه با فیلم غیراصلاح شده کیتوسان نشان داده‌اند.}, keywords_fa = {کیتوسان,نفوذپذیری به بخار آب,نانو رس بنتونیت,نانوکامپوزیت,میکروسکوپ الکترونی روبشی}, url = {https://fppj.gau.ac.ir/article_4220.html}, eprint = {https://fppj.gau.ac.ir/article_4220_a2a1105afe65d304c0b1f3f64735866e.pdf} }