Улучшенная упаковка с помощью нанокомпозитов
Нанокомпозиты, слияние традиционного материала для упаковки пищевых продуктов с наночастицами, вызывают активный интерес в секторе упаковки пищевых продуктов. В дополнение к замечательному антимикробному спектру, он обладает отличными механическими характеристиками и прочностью.
Нанокомпозиты обычно состоят из полимерной матрицы в непрерывной или прерывистой фазе.
Это многофазный материал, получаемый в результате слияния матрицы (непрерывная фаза) и наноразмерного материала (прерывистая фаза). На основе наноматериала наноразмерная фаза обычно характеризуется в наносферы или наночастицы, наноускорители или наностержни, нанотрубки и нанолисты, или нанопластинки.
Нано-размерные фазы усиливают механические свойства полимера, где упругая деформация переносится на наноармированный материал. Благодаря этому свойству нанокомпозит признан золотым стандартом для импровизации механических и барьерных характеристик полимеров. Помимо улучшения механических и барьерных характеристик, наночастицы придают упаковочной системе активные или интеллектуальные свойства. Применение нанотехнологий в полимерной науке может открыть новые возможности для улучшения свойств и ценовой конкурентоспособности упаковочных материалов.
Полимерные нанокомпозиты (PNC), смеси полимеров с неорганическими или органическими наполнителями с особой геометрией (волокна, хлопья, сферы, частицы) недавно были введены в качестве новых упаковочных материалов. Аспектное соотношение (соотношение наибольшего и наименьшего размера наполнителя) упаковочного наполнителя играет значительную роль. Наполнители с более высоким соотношением размеров обладают более удельной площадью поверхности с соответствующими высокими армирующими свойствами. Различные наноматериалы, такие как кремнезем, глина, органо-глинистый материал, графен, нанокристаллы полисахаридов, углеродные нанотрубки, хитозан, целлюлоза и другие наночастицы металлов, такие как ZnO2, коллоидная Cu или Ti, широко исследуются в качестве наполнителей.
Глина и силикатные нанопластинки
Глина и силикаты, благодаря своей доступности, низкой стоимости и относительно простой технологичности, привлекли внимание исследователей в качестве потенциальных наночастиц. Слоистые силикаты толщиной от 1 нм до нескольких микрон обычно используются в нанокомпозитах в их двумерной структуре. Сочетание силикатов и полимеров придает нанокомпозитам превосходные барьерные свойства. Эта комбинация усиливает диффузионный путь для молекулы инфильтрата.
- В дополнение к типичной тактоидной структуре микрокомпозитов, взаимодействие между слоистыми силикатами и полимерами может привести к интеркалированию или эксфолированию нанокомпозитов.
Интеркалированные нанокомпозиты представляют собой многослойную структуру с чередующимися полимерными/неорганическими слоями, лежащими друг от друга на расстоянии нескольких нанометров. Такие структуры образуются при проникновении полимерных цепей в межслойную область глинистого свинца. Отшелушенные нанокомпозиты состоят из экстенсивного проникновения полимеров со случайной дисперсией слоев глины.
Применение монтмориллонитовых глин в качестве нанокомпонентов в широком спектре полимеров, таких как полиэтилен, нейлон, поливинилхлорид и крахмал, относится к 1990-м годам. Монтмориллонит (ММТ) [Mx(Al4-xMgx) Si8O20(OH)4] является наиболее распространенным глинистым наполнителем. Он представляет собой восьмигранный лист Al (OH)3 между кремнеземно-тетраэдрическими би-слоями, соединенными слабыми электростатическими силами. Дисбаланс между поверхностными отрицательными зарядами компенсируется наличием обменных катионов Na+ и Ca2+. Слои глины обладают стойкостью к проницаемости газов и водяного пара. Кроме того, добавление глин повышает механическую прочность биополимеров. Применение 5% (ж/б) глин в термопластичном крахмале (ТПС)/глинистых нанокомпозитах, улучшает механические свойства при сниженной паропроницаемости биополимера крахмала.
Более того, известно, что наночастицы глины влияют на стеклование и температуру термической деградации. Наночастицы глины также имеют перспективы в активной и интеллектуальной пищевой наноупаковке. Недавно Гутьеррес и др. предложили наноупаковочную систему, разработанную путем вставки экстракта черники между силикатными межслойными пространствами глины. Черника обладает антоцианами, которые изменяют цвет с pH, что связано со смещением между киноидальной и флавилиевой формами.
Введение экстракта черники может модифицировать эти глины в активные и интеллектуальные нанокомпозиты.
Продолжение...