コロイドモンモリロナイトの自己組織化とナノセルロース界面上の架橋樹脂を介した持続可能なバリアシステム

セルロースナノフィブリル（CNFS）は、食品包装に適した強力な酸素バリアフィルムを形成することができますが、プラスチックと比較して必要な耐水性がありません。Nanofibrilsネットワーク内に鉱物添加剤を適用することにより、望ましい水バリアの品質を達成できます。現在の貢献では、コロイドモンモリロナイトナノクライ（MMT）と2つの架橋剤、すなわちポリアミドアミンエピクロヒドリン（PAE）とアクロドゥールサーモセットアクリリックレジン（ACR）をCNFインターフェースに組み込むことにより、水バリア機能が改善された持続可能なハイブリッドシステムが提案されています。連続マトリックスは、コロイドビルディングブロックの蒸発誘発性自己組織化を介して生成され、その後、内部架橋を行うための適切な熱硬化レジームが生成されました。発色団機能の発達とハイブリッドマトリックス上のエステルモチーフの形成（分解の証拠なし）は、フーリエ変換の赤外線（FT-IR）分光法によって検出されました。粘土のインターカレーションのみが、水蒸気透過速度（WVTR）をある程度減少させました。ただし、硬化および架橋プロセスでは、より顕著な減少（60％）が観察されました。実際、粘土の血小板と架橋剤の組み合わせは、より密度の高い膜構造と制限された水の通路に寄与しました。また、すべての研究されたフィルム（11のキット番号）で、オイルとグリースに対する優れた抵抗が観察されました。折り畳みの亀裂に対する引張強度の低下と抵抗が認められ、セルロース間の水素結合のMMT干渉に起因しました。しかし、これは、マトリックス内での応力伝達を支援することによって、架橋剤の導入によって打ち消されました。MMTは、表面自由エネルギーの限られた上昇を与え、誘導された親水性を指摘しました。ただし、架橋剤を使用すると、表面エネルギー値は著しく低下しました。最後に、ハイブリッドの熱安定性は、きちんとしたCNFと比較して悪影響を受けました。私たちの研究では、水分の低い透過が非常に望ましい食品/薬物包装に適用するための低コストで持続可能なバイオバリエ映画の潜在的な利用を示唆しています。

Cellulose nanofibrils (CNFs) are able to form strong oxygen-barrier films suitable for food packaging but lack the needed water resistance in comparison to plastics. Desired water barrier quality can be achieved by applying mineral additives within the nanofibrils network. In current contribution, a sustainable hybrid system with an improved water barrier function is proposed by incorporating colloidal montmorillonite nanoclay (MMT) and two cross-linking agents, namely, polyamidoamine epichlorohydrin (PAE) and Acrodur thermoset acrylic resin (ACR) into CNF interfaces. Continuous matrices were produced via evaporation-induced self-assembly of colloidal building blocks followed by appropriate heat-curing regime to impart internal cross-linking. The development of chromophore functionalities and formation of ester motifs on the hybrid matrix (with no evidence of degradation) were detected by Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy. Intercalation of clay, solely, reduced the water vapor transmission rate (WVTR) to some extent; however, a more remarkable decline (by 60%) was observed upon the curing and cross-linking process. In fact, combination of clay platelets and cross-linkers contributed to a denser film structure and restricted water passage. Also, an excellent resistance to oil and grease was observed in all the studied films (Kit number of 11). A reduction in tensile strengths and resistance to cracking at fold was noted and ascribed to MMT interference in cellulose interchain hydrogen bonds. This however was counteracted by the introduction of cross-linkers, apparently by aiding stress transfer within the matrix. MMT imparted a limited elevation in the surface free energy, pointing out to an induced hydrophilicity; however, surface energy values declined markedly upon using cross-linkers. Finally, thermal stability of hybrids was adversely affected, compared to neat CNFs. Our study suggests the potential utilization of low-cost, sustainable biobarrier films for application in food/drug packaging, where low permeation of moisture is highly desirable.