Mechanical and Permeability Properties of Thermoplastic Starch Composites Reinforced with Cellulose Nanofiber for Packaging Applications

Abstract

In this study, a facile, ecofriendly nanocomposite based on glycerol-plasticized thermoplastic potato starch (TPS) containing 0-4 wt.% cellulose nanofiber (CNF) from pineapple leaf was prepared by the solution casting technique. The nanocomposite films showed better mechanical properties compared to neat film. The tensile properties were fit with theoretical predictions. Tensile strength increased with CNF loading and reached up to 4.682 MPa (TPS+3 wt.% CNF) from 1.58 MPa (neat TPS), an improvement of ~196% over the neat polymer. The addition of cellulose nanofiber improved the barrier properties of films by creating a tortuous path for penetrant molecules. Gas transport behavior of CNF-based TPS nanocomposite films was explored using O2 gas. A 56% decrease (relative to neat TPS) in oxygen permeability of the nanocomposite membranes was achieved by adding only 3 wt.% CNF. The oxygen permeability data were fit with two theoretical models

Описан легкий, экологически чистый нанокомпозит на основе пластифицированного глицерином термопластичного картофельного крахмала (ТКК), содержащий 0-4 мас.% целлюлозного нановолокна (ЦН) из листьев ананаса, полученный методом испарения из раствора. Нанокомпозитные пленки имели улучшенные механические свойства по сравнению с исходной пленкой из крахмала. Свойства на растяжение соответствовали теоретическим предсказаниям. Предел прочности на растяжение композитных пленок повышался при увеличении содержания ЦН с 1,58 МПа (чистый ТКК) до 4,682 МПа (ТКК + 3 мас.% ЦН); это улучшение составило ~ 196 % по сравнению с чистым полимером. Добавление целлюлозного нановолокна улучшало барьерные свойства пленок за счет извилистого пути для проникающих молекул. Газотранспортное поведение нанокомпозитных пленок ТКК-ЦН было исследовано с использованием газообразного кислорода. Ведением всего 3 % ЦН было достигнуто 56%-ное уменьшение кислородной газопроницаемости композитных пленок по сравнению с чистым ТКК. Данные по кислородной проницаемости соответствовали двум теоретичеким моделям