بررسی اثر نانو دی اکسید تیتانیوم بر خواص فیزیکو شیمیایی، عبوردهی و …

WVTR=water vapor transmission rate
استفاده از پوشش های خوراکی به ویژگی های ممانعت در برابر گاز، بخار آب، آروما و روغن وابسته است که به ترکیبات شیمیایی و ساختار پلیمر تشکیل دهنده و ویژگی های محصول و شرایط نگهداری بستگی دارد.
کاهشOTR موجب کاهش اکسیداسیون چربی (رنسیدیتی)، اکسیداسیون میوگلوبین (قهوه ای شدن رنگ)، کاهش تصعید مواد فرار از محصول و جلوگیری از نفوذ مواد فرار از محیط می شود.
در مورد نفوذ پذیری به بخار آب از میان ماتریکس پلیمر فیلم میزانWVP برای فیلمهای خوراکی بستگی به پلاستیسایزر، دما، رطوبت نسبی و … دارد. میل ترکیب شدن با آب در فیلم ها به ترکیبات هیدروفیلیک موجود در پلیمر نسبت داده شود ( اسکورتیسو[۸۱] و همکاران، ۲۰۰۲).
جییوآگو [۸۲]و همکاران در سال ۲۰۰۹بیان داشتند، در فیلم بر پایه نشاسته نخود با پلاستیسایزر گلیسرول (GPS) با پر کننده اکسید روی به همراه۴۰% کربوکسی متیل سلولز ZnO-CMC))، WVPدر فیلم های کامپوزیت Zno-CMC/GPS با افزایش محتوی Zno-CMCکاهش معنی داری پیدا می کند که نشان دهنده اینموضوع استکهمقاومت دربرابرآب درکامپوزیت بهتراز ماتریکسخالصاست.
لی[۸۳] و همکاران در سال ۲۰۱۰ نشان دادند کهWVPدر فیلم هایPVC با فزایش مقدار نانو ذرات اکسید روی کاهش قابل توجه ای دارد (۰۵/۰ > P)، بنابراین فیلمهای پوشیده شده با نانو ذرات اکسید روی میتوانند مولکول آب بیشتری در سیستم بسته بندی نگه دارند و در نتیجه عمر مفید برخی مواد غذایی مانند میوه ها و سیبزیجات را به تاخیر می اندازد. این محققین بیان کردند که ضعف اصلی فیلم های خوراکیWVTR بالای آنهاست که در این تحقیق مشخص شد که نرخ انتقال رطوبت نسبی و اکسیژن در بسته بندی های نانو کاهش یافت در مقایسه با بسته بندی های طبیعی در نتیجه فیلم های پوشش داده شده با نانو اکسید روی پتانسیل خوبی برای بسته بندی مواد غذایی است.
طی تحقیقات برودی[۸۴] در سال ۲۰۰۶ نشان داده شد که نانو کامپزیت هایCNTs با PLA تا ۲۰۰ درصد سرعت انتقال بخار آب را بهتر از PLA خالص افزایش میدهد.
۲-۳-۱۱-۲- خواص مکانیکی
به طور معمول، مقاومت مکانیکی فیلم های هیدروکلوئیدی بر اساس سه پارامتر مورد بررسی قرار میگیرد: استحکام کششی (TS) مدول یانگ (Y)و درصد افزایش طول در نقطه شکست (E).قدرت کشش، خواص ازیاد طول،مدول یانگ توسط منحنی استرس–استرین (تنش-کرنش) توسط انجمن مواد و آزمایش آمریکا (ASTM ) تعریف شده است.
خواص مکانیکی فیلمها به نیروهای بین مولکولی زنجیرههای پلیمری سازنده آنها، نسبت ترکیبات سازنده افزودنیهای اضافه شده در شرایط محیطی بستگی دارد ( کو آنگ یئون لی[۸۵] و همکاران، ۲۰۰۴).
مهمترین شاخصهای سنجش خواص مکانیکی عبارتند از:
استحکام کششی(TS)، بیشترین نیرویی که سبب کسیختگی جسم میشود تقسیم بر سطح مقطع جسم را گویند. نشان دهنده قدرت کششی یا فشاری آن جسم است و یا نشان دهنده مقاومت جسم است.
کشیدگی در نقطه شکست (E%)، بیشترین تغییر طول نسیت به طول اولیه را گویند.به عنوان یک خاصیت جسم معرفی می شود که انعطاف پذیری جسم را بررسی میکند. نشان دهنده قدرت کشش پذیری است. (چند درصد طول می تواند کش بیاید ولی پاره نشود)
مدول یانگ (Young’s moduls) نسبت stress به strain در ناحیه خطی است که میزان سختی جسم را بررسی می کند و نشان می دهد که هرچه سختی جسم بیشتر باشد سختی جسم بیشتر است.
ویلهلم[۸۶] و همکاران در سال ۲۰۰۳ نشان دادند که افزودن پر کننده غیر آلی به ماتریکسPS-PVOH سفتی فیلم را افزایش میدهد.
لین[۸۷] و همکاران در سال ۲۰۰۹ نانو ذرات اکسید روی را در سه شکل(P-N-W)به پلیمر پلی پروپیلن(PP)اضافه کردند. که نتایج نشان داد ساختار شش ضلعی یا چند وجهیrod اجازه می دهد، استرس به طور موثرتری نسبت به دیگر نانو ذرات ZnO به ماتریکس پلیمری منتقل شود که سبب افزایش قدرت و سفتی کامپوزیت میشود. پر کننده ZnO _ N کمترین میزان کشیدگی(E%)را دارد که بدین علت است که بطور متوسط سایز کریستال کوچکتر است و تمایل دارد به آگلومیریزه شدن (بهم پیوستن) در هنگام مخلوط شدن با پلی پروپیلن دارد، در نتیجه ماتریکس حاصل خواص کششی پایین تری دارد.
لی[۸۸] و همکارانش (۲۰۰۹) اثرات نانو ذرات ZnO بر خواص مکانیکی پوشش های پلی اورتان را بررسی کرده اند. پوشش های پلی اورتان غنی شده با نانو ذرات ZnOتا ۲ درصد وزنی بهبود قابل توجهی در Young’s moduls و استحکام کششی (TS) نشان داده اند. پلی اورتان به دلیل خواص فیزیکی خوب مانند انعطاف پذیری در دمای پایین، استحکام کششی، قابلیت کنترل سختی و شفافیت به طور گسترده ای استفاده می شود اما از معایب آن مقاومت دمایی پایین و دوام مکانیکی پایین آن می باشد. اندازه نانومتر و بویژه سطح تماس زیاد نانو فیلرها واکنش سطح داخلی فیلر و پلیمر را افزایش داده و در نتیجه موجب بهبود خواص پلیمر می شود. آزمایش های متناوب نشان می دهد که نانوفیلر ذرات ZnO استحکام را افزایش می دهد اما تأثیری بر انعطاف پذیری فیلم های کامپوزیتی ندارد. بالا رفتنYoung’s moduls و استحکام کششی ممکن است به دلیل محدودیت نسبی حرکت اجزاء ساختاری زنجیرهPU با افزودن ZnO باشد. صاف کردن نیز می تواند سبب تراکم نانو ذرات ZnO در فیلم خشک شده و منجر به تنزل خاصیت مکانیکی فیلم شود.
۲-۳-۱۱-۳- خواص ضد میکروبی
بسته بندیهای فعال ضد میکروبی ساخته شده از نانوکامپوزیت های فلزی نسل جدیدی از بسته بندی با ساختار نانو هستند که از ترکیب مستقیم نانو ذرات فلزی با پلیمر پایه تولید میشوند. در بسته بندیهای فعال، انتشار مواد ضد میکروبی از ماتریکس پلیمری به سطح ماده غذایی به صورت آهسته و در زمان طولانی انجام میشود و در نتیجه برای مدت طولانی غلظت بالایی از ماده ضد میکروبی در سطح فرآورده وجود خواهد داشت. مواد ضد میکروبی از طریق کاهش سرعت رشد و طولانی کردن فاز تأخیری میکروارگانیسم ها و یا غیر فعال کردن و نابودی میکروب ها باعث افزایش ماندگاری فرآورده های غذایی میشوند. در مورد فیلم ها و پوشش های خوراکی انتخاب نوع ماده ضد میکروبی تنها به ترکیبات خوراکی محدود میشود. زیرا از آن جا که این مواد همراه ماده بسته بندی و ماده غذایی مصرف می شوند، خوراکی بودن و ایمنی آنها امری ضروری است. ویژگی هایی که یک ترکیب ضد میکروبی مورد استفاده در بسته بندی های فعال باید داشته باشد عبارتند از:
– مورد تأیید سازمان های نظارت کننده بوده و برای تماس با ماده غذای مجاز باشد.
– قیمت پایینی داشته باشد تا مقرون به صرفه باشد.
– بر طیف وسیعی از میکروارگانیسم ها مؤثر باشد.
– در غلظت های کم بر میکروارگانیسم ها مؤثر باشد.
– بر خواص حسی مواد غذایی تأثیر منفی نداشته باشد.
استفاده از فیلم ها و پوششهای خوراکی ضد میکروبی و فیلم های سنتزی حاوی ترکیبات ضد میکروبی به زمان های خیلی دور بر می گردد. زمانیکه از مواد حاوی نگهدارنده های شیمیایی و اسیدهای آلی به عنوان پوشش سوسیس استفاده می شد این لفاف های طبیعی عمدتاً لوله هایی از جنس پروتئین خوراکی بودند که خمیر سوسیس در داخل آنها پر می شد. علاوه بر پوشش دادن سوسیس ها، قطعات و لاشه های گوشت نیز با ژل های حامل ترکیبات ضد میکروبی پوشش داده می شدند تا از رشد باکتریهای فسادزا و پاتوژن در آنها جلوگیری شود. تحقیقات اندکی در رابطه با استفاده از پوشش های پروتئینی ( از جمله ژلاتین) حامل ترکیبات ضد میکروبی در مورد محصولات گوشتی گزارش شده است.
مطالعات بر روی استفاده از فیلم ها و پوشش های پروتئینی به عنوان حامل ترکیبات ضد میکروبی از سال ۱۹۸۰ شروع شد. گیلبرت[۸۹] اثر اسیدسوربیک اضافه شده به فیلم های کازئینی یا ژلاتینی را مورد بررسی قرار داد و مشاهده کرد پایداری میکروبی بهبود مییابد. از اواخر دهه ۱۹۹۰استفاده از ترکیبات ضدمیکروبی طبیعی نیز در فیلمهای خوراکی پروتئینی آغاز شد. فعالیت ضدمیکروبی فیلم های زئینی حاوی نایسین و فیلم زئینی یا پروتئین سویای حاوی لیزوزیمیا نایسین در مقابل لاکتوباسیلوس پلانتاروم کورد آزمایش قرار گرفت.
در مطالعات صورت گرفته نشان داده شده است که نانو ذراتی چون Zn,Ti,Ag,Cr و اکسید آن ها خاصیت باکتری کشی بالایی دارند ( لی[۹۰] و همکاران، ۲۰۰۵). باکتری استافیلوکوکوس اورئوس (S.aureus) یکی از باکتری های بیماری زای مهم است. که مقاومت آنتی بیوتیکی یکی از مشکلاتی است که برای از بین بردن این باکتری بسیار مطرح است. لذا نانو مواد به عنوان مواد مناسب برای مهار و ازبین بردن این باکتری میتوانند مورد استفاده قرار گیرند ( فورتنر[۹۱] و همکاران، ۲۰۰۵). خاصیت ضد میکروبی ترکیبات اکسید روی از گذشته بسیار دور شناخته شده و کاربردهای فراوانی در ضدعفونی کردن وسایل پزشکی، تصفیه آب ، لوسیون ها و پمادهای ضد میکروبی دارد. نانو ذرات اکسید فلزی، بر اساس نسبت سطح به حجم، خاصیت ضد باکتریایی متفاوتی از خود نشان می دهند. باکتری های گرم مثبت در مقایسه با باکتری های گرم منفی در مقابل نانو ذرات فلزی، مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند که میتواند به ساختار دیواره سلولی ارتباط داشته باشد. مکانیسم ضد میکروبی نانوذرات فلزی حاصل از این فلز هنوز دقیقاً مشخص نیست. بر اساس مطالعات محققان این مکانیسم ممکن است به صورت القای تنش اکسیداتیو به غشای سلول میکروب به دلیل آزادسازی گونه های اکسیژن فعال (ROS) یا آزادسازییون از سطح ذره و اتصال به غشای سلول و انهدام آن باشد.احتمال داده میشود. یون های آزادشده از نانو مواد با گروه های تیول (-SH) پروتئین های سطحی سلول های باکتریایی واکنش دهند. تعدادی از این پروتئین های غشای سلول های باکتریایی عمل انتقال مواد معدنی از سطح دیواره را به عهده دارند، که نانو مواد با اثر بر روی این پروتئین ها باعث نفوذپذیری غشاء میشوند (لین[۹۲] و همکاران، ۲۰۰۵). غیر فعال شدن تراوایی غشا در نهایت باعث مرگ سلول می شود. همچنین نانو مواد چسبیدن سلول باکتری و تشکیل بیوفیل را به تأخیر میاندازد که این عمل باعث می شود گروهی از باکتری ها نتوانند تثبیت شوند و تکثیر یابند ( مارتل[۹۳] و همکاران، ۲۰۰۵).
لی[۹۴] و همکارانش (۲۰۰۹)، گزارش کردهاند که فیلم پلی اورتان غنی شده با نانو ذرات ZnO فعالیت ضد باکتریایی خیلی خوبی خصوصاً در برابر E.coliنشان دادند.
لی[۹۵] و همکارانش در سال ۲۰۱۰، خواص ضد باکتریایی و عبوردهی بخار آب فیلم پلی وینیل کلرایدPVC پوشیده با نانوذرات ZnO را بررسی کردند و دریافتند فعالیت ضد باکتریایی فیلم پوشیده با ZnO برای غیرفعالسازی اشرشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس به وسیله اشعه UV بهبود یافته است و این محققین نیز اعلام کردند که فعایت ضد میکروبی مشخصهای از نانو ذرات اکسید روی است. همچنین محققان فوق بیان داشتند که در مقایسه با بی ثباتی مواد ضدباکتریایی آلی، عوامل ضدباکتریایی معدنی پایداری و ثبات بهتری را در شرایط سخت فرآیند مانند فشار یا دمای بالا دارند. بنابراین عوامل ضدباکتریایی معدنی مانند اکسیدروی توجه زیادی را دردهه گذشته به خود جلب کرده است. فعالیت آنتی باکتریال نانوذرات ZnO بیشتر از میکروذراتZnO می باشد و همچنین به غلظت آن نیز بستگی دارد.
صوبرامانی[۹۶] و همکارانش (۲۰۰۷) رفتار عملکردی نانو کامپوزیتپلی پروپیلن/ ZnO و نشاسته محلول را مطالعه کردند. نشاسته محلول به عنوان یک تثبیت کننده ZnO در پلی پروپیلن به کار رفته است. ZnO سفیدی فیلم را افزایش داده و همچنین اشعهUV را جذب می کنند. نانو ZnO در فیلم پلی پروپیلن بطور قابل توجهی فعالیت ضدباکتریایی بر علیه دو باکتری پاتوژن انسانی استافیلوکوکوس اورئوس و کلبسیلا پنومونیا نشان داد.
جین[۹۷] و همکارانش درسال۲۰۰۹،اظهارنمودندکهنانواکسیدرویاثرات ضد میکروبی را علیهL.monocytogenes و S.enteritidis در سفیده تخم مرغ نشان میدهد.
ساوی [۹۸]و همکارانش در سال ۲۰۰۳، بر روی پودرهای شامل اکسید روی و اکسید کلسیم و اکسید منیزم اثرات رضایت بخشی را در طیف گسترده ای از میکروارگانیسم ها دارد و اما اکسید روی اثرات آنتی میکروبیال ضعیفی رویSaccharomyces cerevisiae و دیگر مخمرها و کپکها درمقایسه با باکتریهادارد.
محققان دانشگاه لیدز انگلیس در حال توسعه مواد بسته بندی هستند که با استفاده از نانو ذرات روی و دی اکسید تیتانیوم و کلسیم و اکسید منیزیم ساخته شده اند. این مواد در مقایسه با نقره ارزان تر بوده و پیش بینی می شود در آینده نزدیک بتوان از آن به شکل گسترده در بسته بندی های آنتی باکتریال مواد غذایی استفاده کرد به نظر میرسد که تحقیق امکان پذیری تولید فیلم ضد میکروبی بوسیله پوشش دهی با نانوذرات ZnO خصوصاً جهت بسته بندی مواد غذایی یا دارویی حساس و با ارزش خیلی مهم باشد.
راجبدرا[۹۹] و همکارانش(۲۰۱۰)، استفاده از نانوذرات اکسیدروی برای تولید پارچه های ضدمیکروبی را بررسی کردندو اظهار نمودند که پارچه های کتان پوشیده با نانوذرات ZnO اثر ضدباکتریایی بیشتری نسبت به پارچه های پوشیده با ZnO توده ای دارند و همچنین فعالیت ضدباکتریی در برابر S.aureus نسبت به E.coliدر هر آزمون های کیفی و کمی بیشتر بوده است.
فصل سوم: مواد و روش ها
۳-۱- مواد
نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم، نشاسته کاساوا و پودر پلی ساکارید سویا محلول در آب ( SSPS)، از شرکت سیگما خریداری شد ( پنانگ مالزی[۱۰۰] ). گلیسرول و سوربیتول مایع و نیترات منیزیم برای کنترل رطوبت نسبی از آلدریچ سیگما[۱۰۱] خریداری شد. محیط کشت مولر هینتون آگار[۱۰۲] و محیط کشت نوترینت براث[۱۰۳] (مرک آلمان)، هود میکروبی (Beasat)، انکوباتور شرکت پارس طب نوین، سویه استاندارد میکروبی (۱۳۳۳۰ PTCC / ATCC 8739 ) اشرشیا کولی[۱۰۴] ، از آزمایشگاه مرکزی سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی خریداری شد. سایر مواد مورد استفاده از نوع آزمایشگاهی بوده است.
 
شکل ۳- ۱: تصویر ESEM نانو دی اکسید تیتانیوم
۳-۲ روش تهیه فیلمهای نانوبایوکامپوزیتی

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت zusa.ir مراجعه نمایید.