Absorbția apei, activitatea antimicrobiană și proprietățile termice și mecanice ale
Abstract
Filme nanocompozite pe bază de chitosan cu diferite încărcări de argilă (0, 5, 10, 15% în greutate), cu (10, 20, 30% în greutate) și fără glicerol ca plastifiant, au fost preparate prin turnare în soluție. Efectele adăugării de argilă și glicerol asupra proprietăților termice, mecanice, de absorbție a apei și ale activității antimicrobiene ale filmelor de nanocompozite de chitosan/argilă au fost cercetate în acest studiu. Rezultatele XRD au indicat că structura intercalată a fost obținută în nanocompozite chitosan/argilă cu și fără glicerol. Stabilitatea termică a chitosanului a fost semnificativ îmbunătățită de prezența argilei și glicerinei. S-a constatat că adăugarea de argilă în chitosan a îmbunătățit semnificativ rezistența la tracțiune și modulul de tracțiune. Cele mai mari valori ale rezistenței și rigidității au fost atinse pentru nanocompozitele chitosal/argilă cu 5% în greutate argilă și 20% în greutate glicerol. Adăugarea atât a argilei, cât și a glicerinei a redus drastic ductilitatea chitosanului. Cea mai bună rezistență la apă a fost obținută pentru filmul de chitosan care conține 5% în greutate argilă și 20% în greutate glicerol. Filmul nanocompozit cu chitosan/argilă avea potențial pentru aplicarea unor materiale alternative de ambalare a alimentelor.
1. Introducere
Chitosanul este unul dintre cei mai interesanți biopolimeri pentru aplicarea materialelor alternative de ambalare a alimentelor datorită biodegradabilității, biocompatibilității, proprietăților antimicrobiene și netoxicității [1, 2, 3, 4]. Cu toate acestea, chitosanul are rezistență scăzută la apă, proprietăți mecanice și termice slabe, limitând utilizarea acestuia în filmele funcționale. Aceste dezavantaje ale chitosanului sunt atribuite naturii hidrofile a chitosanului [5, 6]. O metodă frecvent utilizată pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice și de barieră ale chitosanului este prin adăugarea de întăriri la scară nanomatică în lanțurile de chitosan [7, 8, 9, 10, 11]. Argila cu montmorillonit a fost utilizată pe scară largă ca o armare eficientă în nanocompozitele polimerice/argiloase, datorită faptului că a constat din mai multe straturi de silicat, un raport de aspect ridicat și o interacțiune puternică cu matricea polimerică [12, 13, 14, 15].
Scopul acestui studiu este de a elabora efectele argilei montmorillonitice modificate organic și glicerolului, pe lângă stabilitatea termică, mecanică, sorbția apei și proprietățile activității antimicrobiene ale nanocompozitelor chitosan/argilă. Nanocompozitele de chitosan/argilă au fost preparate prin amestecarea diferitelor argile (0, 5, 10, 15% în greutate) și cu și fără glicerol (10, 20 și 30% în greutate). Structura nanocompozitelor a fost caracterizată folosind difracția de raze X (XRD). Proprietățile mecanice au fost studiate prin testul de tracțiune pentru a găsi rezistența la tracțiune, modulul elastic și alungirea la rupere. Stabilitatea termică a fost evaluată utilizând analiza termogravimetrică. S-au investigat, de asemenea, comportamentul de absorbție a apei și activitatea antimicrobiană.
2. Experimental
2.1. Materiale
Chitosan cu greutate moleculară mare (CS) sub formă de pulbere (310-375 kDa, cu vâscozitate de 800-2000 cP, 1% în greutate În acid acetic 1% 25 ° C cu un grad de deacetilare mai mare de 75%) a fost achiziționat de la Sigma- Aldrich, Singapore. Acidul acetic glacial a fost adus de la Sigma Aldrich, Singapore pentru a produce soluții de acid acetic. Glicerolul folosit ca plastifiant a fost achiziționat de la Sigma-Aldrich, Singapore. Argila de montmorillonit (MMT) (Nanomer I.28E) utilizată în această lucrare a fost argila de montmorillonit modificată de ioni cuaternari trimetilstearilamoniu având un raport de aspect aproximativ de 75-120 μm, achiziționat de la Nanocor Co., SUA.
2.2. Prepararea nanocompozitelor de chitosan/argilă
Soluția de chitosan a fost preparată prin dizolvarea a 2 g de pulbere de CS în 100 ml soluție apoasă de acid acetic (1%, v/v), utilizând o placă de agitare magnetică la 90 ° C și 150 rpm timp de 1 oră și apoi răcită la temperatura camerei. Filmele nanocompozite de chitosan au fost obținute prin dispersarea unor cantități selectate de argilă (0, 5, 10 și 15% (greutate/greutate) pe CS solid) în 100 ml soluție apoasă de acid acetic 1% (v/v) timp de 2 ore în cameră temperatura. Această dispersie a fost adăugată la soluția CS și agitată timp de 1 oră la temperatura camerei. Dispersia a fost apoi turnată pe discuri de sticlă (diametru = 14 cm) și uscată în condiții ambientale timp de 3 zile, până când apa a fost complet evaporată. Soluția de chitosan și nanocompozitul său au fost apoi plastifiate cu adaos de glicerol (10, 20 și 30% în greutate) pe CS solid și agitat timp de 2 ore la 60 ° C. Denumirea eșantionului și cantitățile de chitosan, argilă și glicerol utilizate pentru fiecare probă au fost rezumate în Tabelul 1 .