Structuri clay-polymer nanocomposite pentru ambalaje alimentare

Abstract

Scopul lucrării a constat în dezvoltarea de noi biopolimeri pe bază de argile Na+- și Ca2+-montmorillonit, polietilenglicol și amiloză; elucidarea funcțiilor argilei, plastifiantului, amidonului și apei în formarea straturilor nanocompozite cu ajutorul tehnicilor experimentale și de simulare pe calculator (dinamica moleculară); cercetarea afinității reciproce a componentelor și structurilor formate asupra proprietăților de barieră și vitezei de transfer a vaporilor de apă în vederea stabilirii domeniului de aplicare a biopolimerilor în domeniul ambalajelor ecologice. Obiectivele cercetării: Influența mărimii încărcăturii stratului de argilă și a distribuției acesteia asupra dinamicii de hidratare a mineralelor de argilă smectită în vederea dezvoltării și optimizării modelor potențiale de biopolimeri pe bază de polietilenglicol, amiloză și argile Na+- și Ca2+-montmorillonit; Investigații experimentale și computaționale ale structurii moleculare a nanocompozitelor în vederea îmbunătățirii proprietăților de barieră și mecanice ale straturilor depuse pe baza acestor materiale biodegradabile; Absorbția simultană a trei adsorbanți - apă, plastifiant și amidon, determinarea afinității relative a componentelor și a modului în care aceasta este influențată de mărimea, localizarea și densitatea încărcăturii stratului și de tipul de cationi schimbabili din stratul intermediar al argilei; Reducerea vitezei de transfer a vaporilor de apă prin spațiul interstrat în vederea creării barierei pentru diminuarea penetrării vaporilor de apă prin materialele de ambalaj destinate produselor alimentare uscate.

Aims: Development of new biopolymers based on Na+- and Ca2+-montmorillonite clays, polyethylene glycol and amylose; elucidation of the functions of clay, plasticizer, starch and water in the formation of nanocomposite layers using experimental and computer simulation techniques (molecular dynamics); investigation of the mutual affinity of the formed components and structures on the barrier properties and water vapour transfer rate in order to determine the scope of application of the biopolymers in the field of eco-friendly packaging. Research objectives: Influence of clay layer loading size and its distribution on hydration dynamics of smectite clay minerals in order to develop and optimize potential biopolymer modes based on polyethylene glycol, amylose and Na+- and Ca2+-montmorillonite clays. Experimental and computational investigations of the molecular structure of nanocomposites in order to improve the barrier and mechanical properties of layers deposited on the basis of these biodegradable materials. Simultaneous adsorption of three adsorbents - water, plasticiser and starch, determination of the relative affinity of the components and how this is influenced by the size, location and charge density of the layer and the type of exchangeable cations in the clay interlayer. Reducing the rate of water vapour transfer through the interlayer space to create a barrier to reduce water vapour penetration through dry food packaging materials.