پایان نامه رشته مهندسی صنایع : بررسی اثر نانوذرات خاک رس و دی اکسید سیلیکون بر خواص مکانیکی |
1-2- اهمیت موضوع ……………………………………………………………………………………………………… 4
1-3- اهداف ………………………………………………………………………………………………………………… 5
1-4- سوالات پژوهش ……………………………………………………………………………………………………. 6
1-5- محدودیت ها ……………………………………………………………………………………………………….. 6
1-6- نمودار تحقیق ……………………………………………………………………………………………………….. 7
فصل دوم : مروری بر پژوهش های پیشین …………………………………………………………………………… 8
2-1- بسته بندی ……………………………………………………………………………………………………………. 9
2-1-1- بسته بندی از دیدگاه محیط زیست ………………………………………………………………………….. 9
2-1-2- فیلم و پوشش های بسته بندی ……………………………………………………………………………….. 10
2-1-3- کاربرد فیلم و پوشش های بسته بندی ……………………………………………………………………… 11
2-2- کامپوزیت …………………………………………………………………………………………………………….. 11
2-2-1- تعریف نانو تکنولوژی ………………………………………………………………………………………….. 12
2-2-2- تعریف نانو کامپوزیت ………………………………………………………………………………………….. 12
2-3- بایو نانو کامپوزیت ………………………………………………………………………………………………….. 13
2-3-1- بایو تکنولوژی ……………………………………………………………………………………………………. 13
2-3-2- تعریف بایو نانو کامپوزیت ……………………………………………………………………………………. 14
2-4- نشاسته ………………………………………………………………………………………………………………… 15
2-5- نشاسته سیب زمینی ………………………………………………………………………………………………… 20
2-6- نانو رس ………………………………………………………………………………………………………………. 24
2-7- نانو دی اکسید سیلیس …………………………………………………………………………………………….. 31
2-8- پلاستیسایزر ………………………………………………………………………………………………………….. 34
2-8-1- مقایسه پلاستی سایزرهای مورد استفاده ……………………………………………………………………. 35
فصل سوم : مواد و روش …………………………………………………………………………………………………. 36
3-1- مواد مورد استفاده …………………………………………………………………………………………………… 37
3-2- آماده سازی فیلم ……………………………………………………………………………………………………. 37
3-3- ضخامت فیلم ……………………………………………………………………………………………………….. 40
3-4- آزمایش ها …………………………………………………………………………………………………………… 40
3-4-1- ویژگی های مکانیکی …………………………………………………………………………………………… 40
3-4-2- رنگ سنجی……………………………………………………………………………………………………….. 42
3-4-3- نفوذپذیری بخار آب(WVP) ………………………………………………………………………………… 42
3-4-4- بررسی تعامل موارد شیمیایی FTII ………………………………………………………………………….. 44
3-4-5- حلالیت فیلم ها …………………………………………………………………………………………………. 44
3-4-6- ظرفیت جذب آب (WAC) ………………………………………………………………………………….. 45
3-4-7- ایزوترم جذب …………………………………………………………………………………………………… 47
3-4-8- اشعه مرئی UV ………………………………………………………………………………………………….. 48
3-4-9- نفوذپذیری به اکسیژن ………………………………………………………………………………………….. 48
3-5- تجزیه و تحلیل آماری …………………………………………………………………………………………….. 48
فصل چهارم : نتایج و بحث ……………………………………………………………………………………………… 49
4-1- بررسی کیفی فیلم ها ………………………………………………………………………………………………. 50
4-2- نفوذپذیری نسبت به بخار آب (WCP) ………………………………………………………………………. 50
4-3- حلالیت ها (Solubiniti) ……………………………………………………………………………………….. 54
4-4- ظرفیت جذب آب (WIC) ………………………………………………………………………………………. 56
4-5- خصوصیات مکانیکی ………………………………………………………………………………………………. 58
4-6- ایزوترم جذب ………………………………………………………………………………………………………. 63
4-7- محتوای رطوبت …………………………………………………………………………………………………….. 67
4-8- رنگ سنجی ………………………………………………………………………………………………………….. 68
4-9- نفوذپذیری نسبت به اکسیژن …………………………………………………………………………………….. 69
4-10- FTIR , UV ……………………………………………………………………………………………………….. 72
فصل پنجم : نتایج و پیشنهادات …………………………………………………………………………………………. 80
پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………………………. 82
منابع …………………………………………………………………………………………………………………………… 83
چکیده انگلیسی ……………………………………………………………………………………………………………… 94
چکیده
نشاسته که به وفور در طبیعت یافت می شود به دلیل قیمت پایین، قابلیت تجدید شوندگی ، دارا بودن ویژگی های مکانیکی و مقاومت در برابر نفوذ گاز ها یکی از مواد خام جذاب برای استفاده در بسته بندی های مواد خوراکی محسوب می شود. یکی از معایب اصلی بایوپلیمرها آب دوستی آن ها میباشد که استفاده از آن ها را در صنعت بسته بندی محدود کرده است. استفاده از فناوری نانو در زمینه علم پلیمر به تولید پلیمر های نانو بایو کامپوزیت منجرشده است، این نانو بایو کامپوزیت ها زیست تخریب پذیر هستند ضمن این که خواص کاربردی مطلوبی از خود نشان می دهند. در این تحقیق اثر نانو دی اکسید سیلیکون و نانو خاک رس بر خواص مکانیکی، فیزیکو شیمیایی و نمودار تعادلی رطوبت فیلم های نشاسته سیب زمینی مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش فیلم نشاسته ای بر مبنای نشاسته سیب زمینی و افزودن پلاستی سایزر سوربیتول / گلیسرول به نسبت وزنی 3 به 1 به روش کاستینگ تهیه شد. دی اکسید سیلیکون و نانو خاک رس با غلظت های 0، 1، 2، 3، 5% به فیلم ها قبل از کاستینگ اضافه شده و به کمک امواج اولترا سونیک در فیلم ها یکنواخت شده و فیلم ها در شرایط کنترل شده خشک شدند. خواص فیزیکو شیمیایی شامل میزان جذب آب یا WAC[1]، عبور دهی نسبت به بخار آب یا WVP[2] و خواص مکانیکی برای فیلم ها اندازه گیری شد.
هم چنین نمودار جذب تعادلی برای نانو بایو کامپوزیت ها نیز تعیین گردید. نتایج نشان داد که افزودن نانو ذرات دی اکسید سیلیکون و نانو خاک رس میزان جذب آب و نفوذ پذیری نسبت به بخار آب را به طور معنی داری (05/0 P<) کاهش می دهد. هم چنین نمودار جذب تعادلی فیلم های محتوی نانو ذرات دی اکسید سیلیکون به طور معنی داری پایین تر از فیلم های فاقد نانو ذرات قرار گرفت که حاکی از کاهش آب دوستی نانو بایو کامپوزیت می باشد. لذا افزودن ذرات نانو دی اکسید سیلیکون علاوه بر بهبود خواص اساسی فیلم های بایو پلیمری به آب گریزی آن ها نیز کمک می نماید.
1-1پیش زمینه
در گروه مواد تجدید شدنی بر پایه ی مواد پلیمری زیست تخریب پذیر، نشاسته یکی از قابل توجه ترین مواد بود به دلیل این که به آسانی در دسترس است ومی تواند محصولات نهایی موثری ایجاد کند. نشاسته فرم اصلی کربوهیدرات در گیاهان است. نشاسته یک پلیمر نیمه بلورین تشکیل شده از یک مخلوطی از آمیلوز یک پلی ساکارید خطی وآمیلوپکتین یک پلی ساکارید منشعب میباشد. نسبت مقدار آمیلوز و آمیلوپکتین به منبع گیاهی بستگی دارد. در کاربرد های بسته بندی، مواد برپایه نشاسته ، به دلیل زیست تخریب پذیری، به طور گسترده در دسترس بودن و هزینه ی کم مورد توجه زیاد واقع شده اند( زپا[3] و همکاران، 2008)
نشاسته پلیمری از مولکولهای گلوکز است. این ماده در بافت های گیاهی به صورت دانه های جدا از هم یا گرانول وجود دارد که قطر آنها از2 تا100 میکرون متغیراست. گرانولها به لحاظ شکل ممکن است به صورتهای کروی، بیضی و یا چند وجهی باشند که با میکروسکوپ قابل بررسی هستند. این گرانولها اکثراً دارای یک مبدا مرکزی موسوم به هیلام میباشند که اغلب توسط حلقه های متحد المرکزی احاطه شده اند. مهم ترین منبع تهیه نشاسته، ذرت است اما نشاسته گندم، برنج، سیب زمینی، کاساوا و ساگو نیز تولید و به بازار عرضه میشود. دراین میان بزرگ ترین گرانولها مربوط به سیب زمینی و کوچک ترین آنها متعلق به برنج است. نشاسته از دو قسمت یا دو نوع مولکول پلیمری تشکیل شده است. یک قسمت به صورت خطی وفاقد انشعاب موسوم به آمیلوز است و قسمت دیگر که دارای انشعاب میباشد آمیلو پکتین نام دارد(فاطمی، 1384),
نشاسته ترکیب اصلی و مهم سیب زمینی می باشد که 17 تا21 درصد ازوزن تازه سیب زمینی و حدود 80 درصد ماده خشک آن راتشکیل میدهد. نشاسته به عنوان اندوخته ی غذایی بسیاری از گیاهان محسوب می شود.(یقبانی، 1387)
فناوری نانو به دلیل تعامل نزدیکی که با سایر رشتههای علوم دارد به سرعت در حال گسترش است و در این علم پلیمر را نیز از مزایای خود بی بهره نگذاشته است. استفاده از فناوری نانو در زمینه علم پلیمر به تولید پلیمر های نانو کامپوزیت منجر شده است. نانوکامپوزیت ها پلیمر هایی هستند که درآنها از ترکیبات آلی یا غیر آلی مختلفی که دارای اشکال مختلف صفحه ای، کروی و یا به صورت ذرات ریز بوده واندازه ای در حد ابعاد نانو دارند به عنوان فیلر یا پرکننده استفاده میشود. فیلمهای حاصل از ترکیب نانو مواد و بیوپلیمرها و یا به اصطلاح نانوکامپوزیتهای بیوپلیمری خواص کاربردی مطلوبتری از خود نشان میدهند که مهمترین آنها افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش نفوذپذیری نسبت به بخار آب میباشد. افزایش بازدارندگی در برابر نفوذ گازها، افزایش کارایی فیلم در استفاده به عنوان بسته بندی فعال، افزایش مقاومت حرارتی ماده بسته بندی و ایجاد شفافیت و بهبود خواص ظاهری فیلم از دیگر مزایای نانوکامپوزیت های بیوپلیمری است.(قنبرزاده، 1388).
نانو رسها مهم ترین و پر کاربردترین موادی هستند که در تولید نانو کامپوزیتهای بیو پلیمری مورد استفاده قرار می گیرند. این دسته از نانو مواد نسبت به سایر مواد دارای دو ویژگی منحصر به فرد هستند که باعث گسترش استفاده از آن ها در تولید نانو کامپوزیتها گردیده است: توانایی نانو رسها درپخش شدن به صورت لایه های مجزا از هم و قابلیت تغییر در خواص سطحی این مواد و ایجاد سازگاری با انواع پلیمرها و بیو پلیمرها. تولید آسان تر و در نتیجه قیمت پایین تر، دسترسی آسان تر و سازگاری بیشتر با بیو پلیمرها از جمله دلایلی است که باعث افزایش توجه به استفاده از نانو رس ها در تولید نانو کامپوزیت های بیوپلیمری شده است.(قنبرزاده، 1388)
ترکیب شیمیایی سیلیکون دی اکساید که به عنوان سیلیکا شناخته می شود یک اکسید سیلیکون با فرمول شیمیاییSiO2 است. اکسید سیلیس از قدیم به دلیل سختی اش شناخته شده است. سیلیس معمولا در طبیعت به صورتsandy (شنی)، کوارتز، کریستالی (جامد)، بخار سیلیس، سیلیس کلوییدی، ژل سیلیس و آیروژل می باشد. سیلیس اصولا در تولید شیشه برای پنجره ها، شیشه نوشیدنی ها و … به کار میرود. بیشتر فیبر های نوری در زمینه ارتباطات از سیلیس ساخته می شوند. سیلیس یک افزودنی رایج درتولید مواد غذایی است که اصولا به عنوان یک عامل جاری شدن در موادغذاییپودری،یابرای جذب آب درکاربرد های هیگروسکوپیک(نمک گیری)استفاده می شود. سیلیکون جزء اولیه
فرم در حال بارگذاری ...
[جمعه 1398-07-05] [ 10:39:00 ب.ظ ]
|