Clay-starch nanocomposite coatings on paper substrate - a promising frontier in environmentally friendly packaging material

Abstract

The growing concern for environmental sustainability has created an urgent need for the development of innovative and environmentally friendly packaging materials. Among the various options available, clay-starch nanocomposites have emerged as a promising avenue for improving the barrier properties and mechanical strength of paper substrates. In this scientific paper the importance of clay-starch nanocomposite coatings on paper substrate and highlight the role of computer simulations, especially molecular dynamics, in elucidating their structural and functional properties. It has been shown that phyllosilicates with a layer charge < 0.4 electrons per stoichiometric unit can intercalate starch in the interlayer space, forming a barrier for water vapor in the covering layer. Phyllosilicates with a shell charge of >0.4 electrons per stoichiometric unit were not able to intercalate starch. Thus, clay-starchnanocomposites can provide limited water vapor transfer rates and can be recommended asa promising material for dry food packaging.

Preocuparea tot mai mare pentru sustenabilitatea mediului a creat necesitatea urgentă de dezvoltare a materialelor de ambalare inovatoare și ecologice. Printre diferitele opțiuni disponibile, nanocompozitele argilă-amidon prezintă o cale promițătoare pentru îmbunătățirea proprietăților de barieră și a rezistenței mecanice a substraturilor de hârtie. În această lucrare se evidențiază importanța acoperirilor nanocompozite argilo-amidon pe substrat de hârtie și rolul simulărilor pe computer, în special a dinamicii moleculare în elucidarea proprietăților structurale și funcționale ale acestora. S-a demonstrat, că filosilicații cu o sarcină a stratului < 0,4 electroni pe unitate stoechiometrică pot intercala amidonul în spațiul interstrat, formând o barieră pentru vaporii de apă în stratul de acoperire. Filosilicații cu o sarcină de înveliș > 0,4 electroni per unitate stoechiometrică nu au fost capabili să intercaleze amidonul. Astfel, nanocompozitele argilă-amidon pot asigura viteze limitate de transfer al vaporilor de apă și pot fi recomandate ca material de perspectivă pentru ambalarea produselor alimentare uscate.