Published September 24, 2020
| Version v1
Publication
Open
Renewable cellulosic nanocomposites for food packaging to avoid fossil fuel plastic pollution: a review
Creators
- 1. COMSATS University Islamabad
- 2. Queen's University Belfast
- 3. Sultan Qaboos University
- 4. South West College
- 5. Trường ĐH Nguyễn Tất Thành
Description
Abstract The extensive use of petroleum-based synthetic and non-biodegradable materials for packaging applications has caused severe environmental damage. The rising demand for sustainable packaging materials has encouraged scientists to explore abundant unconventional materials. For instance, cellulose, extracted from lignocellulosic biomass, has gained attention owing to its ecological and biodegradable nature. This article reviews the extraction of cellulose nanoparticles from conventional and non-conventional lignocellulosic biomass, and the preparation of cellulosic nanocomposites for food packaging. Cellulosic nanocomposites exhibit exceptional mechanical, biodegradation, optical and barrier properties, which are attributed to the nanoscale structure and the high specific surface area, of 533 m 2 g −1 , of cellulose. The mechanical properties of composites improve with the content of cellulose nanoparticles, yet an excessive amount induces agglomeration and, in turn, poor mechanical properties. Addition of cellulose nanoparticles increases tensile properties by about 42%. Barrier properties of the composites are reinforced by cellulose nanoparticles; for instance, the water vapor permeability decreased by 28% in the presence of 5 wt% cellulose nanoparticles. Moreover, 1 wt% addition of filler decreased the oxygen transmission rate by 21%. We also discuss the eco-design process, designing principles and challenges.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تسبب الاستخدام المكثف للمواد الاصطناعية البترولية وغير القابلة للتحلل الحيوي لتطبيقات التعبئة والتغليف في أضرار بيئية جسيمة. شجع الطلب المتزايد على مواد التعبئة والتغليف المستدامة العلماء على استكشاف المواد غير التقليدية الوفيرة. على سبيل المثال، اكتسب السليلوز، المستخرج من الكتلة الحيوية السليلوزية، الاهتمام بسبب طبيعته البيئية والقابلة للتحلل البيولوجي. تستعرض هذه المقالة استخراج جسيمات السليلوز النانوية من الكتلة الحيوية السليلوزية التقليدية وغير التقليدية، وإعداد المركبات السليلوزية النانوية لتغليف المواد الغذائية. تُظهر المركبات النانوية السليلوزية خصائص ميكانيكية وتحلل حيوي وبصرية وحاجزة استثنائية، والتي تُعزى إلى البنية النانوية ومساحة السطح المحددة العالية، البالغة 533 م 2 جم -1 ، من السليلوز. تتحسن الخواص الميكانيكية للمواد المركبة مع محتوى جسيمات السليلوز النانوية، ومع ذلك فإن الكمية الزائدة تحفز التكتل، وبالتالي، ضعف الخواص الميكانيكية. تزيد إضافة جسيمات السليلوز النانوية من خصائص الشد بحوالي 42 ٪. يتم تعزيز الخصائص الحاجزة للمواد المركبة بواسطة جسيمات السليلوز النانوية ؛ على سبيل المثال، انخفضت نفاذية بخار الماء بنسبة 28 ٪ في وجود 5 ٪ بالوزن من جسيمات السليلوز النانوية. علاوة على ذلك، أدت إضافة 1 ٪ بالوزن من الحشو إلى انخفاض معدل انتقال الأكسجين بنسبة 21 ٪. نناقش أيضًا عملية التصميم البيئي، وتصميم المبادئ والتحديات.Translated Description (French)
Résumé L'utilisation intensive de matériaux synthétiques et non biodégradables à base de pétrole pour les applications d'emballage a causé de graves dommages à l'environnement. La demande croissante de matériaux d'emballage durables a encouragé les scientifiques à explorer d'abondants matériaux non conventionnels. Par exemple, la cellulose, extraite de la biomasse lignocellulosique, a attiré l'attention en raison de sa nature écologique et biodégradable. Cet article passe en revue l'extraction de nanoparticules de cellulose à partir de biomasse lignocellulosique conventionnelle et non conventionnelle, et la préparation de nanocomposites cellulosiques pour l'emballage alimentaire. Les nanocomposites cellulosiques présentent des propriétés mécaniques, de biodégradation, optiques et de barrière exceptionnelles, attribuées à la structure à l'échelle nanométrique et à la surface spécifique élevée, de 533 m 2 g −1 , de cellulose. Les propriétés mécaniques des composites s'améliorent avec la teneur en nanoparticules de cellulose, mais une quantité excessive induit une agglomération et, à son tour, de mauvaises propriétés mécaniques. L'ajout de nanoparticules de cellulose augmente les propriétés de traction d'environ 42 %. Les propriétés de barrière des composites sont renforcées par des nanoparticules de cellulose ; par exemple, la perméabilité à la vapeur d'eau a diminué de 28 % en présence de 5 % en poids de nanoparticules de cellulose. De plus, l'ajout de 1 % en poids de charge a diminué le taux de transmission de l'oxygène de 21 %. Nous discutons également du processus d'éco-conception, de la conception des principes et des défis.Translated Description (Spanish)
Resumen El uso extensivo de materiales sintéticos y no biodegradables a base de petróleo para aplicaciones de embalaje ha causado graves daños ambientales. La creciente demanda de materiales de embalaje sostenibles ha animado a los científicos a explorar abundantes materiales no convencionales. Por ejemplo, la celulosa, extraída de la biomasa lignocelulósica, ha llamado la atención por su naturaleza ecológica y biodegradable. Este artículo revisa la extracción de nanopartículas de celulosa a partir de biomasa lignocelulósica convencional y no convencional, y la preparación de nanocompuestos celulósicos para el envasado de alimentos. Los nanocompuestos celulósicos exhiben propiedades mecánicas, de biodegradación, ópticas y de barrera excepcionales, que se atribuyen a la estructura a nanoescala y a la alta superficie específica, de 533 m 2 g −1 , de celulosa. Las propiedades mecánicas de los compuestos mejoran con el contenido de nanopartículas de celulosa, pero una cantidad excesiva induce la aglomeración y, a su vez, propiedades mecánicas deficientes. La adición de nanopartículas de celulosa aumenta las propiedades de tracción en aproximadamente un 42%. Las propiedades de barrera de los compuestos están reforzadas por nanopartículas de celulosa; por ejemplo, la permeabilidad al vapor de agua disminuyó en un 28% en presencia de nanopartículas de celulosa al 5% en peso. Además, la adición de 1% en peso de relleno disminuyó la tasa de transmisión de oxígeno en un 21%. También discutimos el proceso de ecodiseño, diseñando principios y desafíos.Files
s10311-020-01090-x.pdf.pdf
Files
(1.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d7e630cb3e3f7a3ec45e8b63b2a978ee
|
1.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- المركبات النانوية السليلوزية المتجددة لتغليف المواد الغذائية لتجنب التلوث البلاستيكي للوقود الأحفوري: مراجعة
- Translated title (French)
- Nanocomposites cellulosiques renouvelables pour les emballages alimentaires afin d'éviter la pollution par les combustibles fossiles et les plastiques : une revue
- Translated title (Spanish)
- Nanocompuestos celulósicos renovables para el envasado de alimentos para evitar la contaminación plástica por combustibles fósiles: una revisión
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3088310347
- DOI
- 10.1007/s10311-020-01090-x
References
- https://openalex.org/W1038376630
- https://openalex.org/W1039003451
- https://openalex.org/W1132820800
- https://openalex.org/W1190191344
- https://openalex.org/W1538936148
- https://openalex.org/W1557850306
- https://openalex.org/W1568115252
- https://openalex.org/W1571394305
- https://openalex.org/W1702897547
- https://openalex.org/W1964776824
- https://openalex.org/W1966087645
- https://openalex.org/W1968435636
- https://openalex.org/W1968735177
- https://openalex.org/W1969889120
- https://openalex.org/W1971664990
- https://openalex.org/W1973578428
- https://openalex.org/W1975445663
- https://openalex.org/W1978650595
- https://openalex.org/W1980981965
- https://openalex.org/W1981818256
- https://openalex.org/W1981861502
- https://openalex.org/W1982944160
- https://openalex.org/W1984718530
- https://openalex.org/W1984983282
- https://openalex.org/W1985334001
- https://openalex.org/W1986208578
- https://openalex.org/W1987607370
- https://openalex.org/W1990642834
- https://openalex.org/W1990661864
- https://openalex.org/W1991907082
- https://openalex.org/W1992587280
- https://openalex.org/W1993982563
- https://openalex.org/W1994172115
- https://openalex.org/W1996924997
- https://openalex.org/W1997398631
- https://openalex.org/W1998945905
- https://openalex.org/W1999078414
- https://openalex.org/W2001133279
- https://openalex.org/W2001224868
- https://openalex.org/W2001245625
- https://openalex.org/W2002220399
- https://openalex.org/W2002394949
- https://openalex.org/W2003100485
- https://openalex.org/W2006267758
- https://openalex.org/W2006620319
- https://openalex.org/W2006838597
- https://openalex.org/W2007867877
- https://openalex.org/W2007937279
- https://openalex.org/W2010504986
- https://openalex.org/W2013716260
- https://openalex.org/W2013889103
- https://openalex.org/W2015142886
- https://openalex.org/W2017147609
- https://openalex.org/W2017173500
- https://openalex.org/W2018777005
- https://openalex.org/W2020305804
- https://openalex.org/W2024766271
- https://openalex.org/W2025927854
- https://openalex.org/W2026027431
- https://openalex.org/W2026722228
- https://openalex.org/W2028398722
- https://openalex.org/W2033216678
- https://openalex.org/W2034532194
- https://openalex.org/W2035333273
- https://openalex.org/W2038142952
- https://openalex.org/W2040899036
- https://openalex.org/W2041163085
- https://openalex.org/W2041840954
- https://openalex.org/W2043183874
- https://openalex.org/W2043323014
- https://openalex.org/W2043566769
- https://openalex.org/W2044908272
- https://openalex.org/W2045710704
- https://openalex.org/W2046312971
- https://openalex.org/W2047404995
- https://openalex.org/W2047534129
- https://openalex.org/W2048514534
- https://openalex.org/W2049094457
- https://openalex.org/W2049684300
- https://openalex.org/W2050154284
- https://openalex.org/W2050720097
- https://openalex.org/W2052462095
- https://openalex.org/W2054638759
- https://openalex.org/W2064104851
- https://openalex.org/W2064701921
- https://openalex.org/W2064764437
- https://openalex.org/W2065299601
- https://openalex.org/W2067071103
- https://openalex.org/W2067342675
- https://openalex.org/W2068539018
- https://openalex.org/W2069263451
- https://openalex.org/W2070241684
- https://openalex.org/W2071421268
- https://openalex.org/W2071471510
- https://openalex.org/W2072221096
- https://openalex.org/W2072627320
- https://openalex.org/W2074721290
- https://openalex.org/W2074945807
- https://openalex.org/W2077127476
- https://openalex.org/W2077746949
- https://openalex.org/W2078172781
- https://openalex.org/W2081109567
- https://openalex.org/W2081944522
- https://openalex.org/W2082382901
- https://openalex.org/W2084102677
- https://openalex.org/W2088388344
- https://openalex.org/W2091598260
- https://openalex.org/W2092623937
- https://openalex.org/W2093270373
- https://openalex.org/W2094448210
- https://openalex.org/W2094955706
- https://openalex.org/W2110567375
- https://openalex.org/W2110905970
- https://openalex.org/W2119395741
- https://openalex.org/W2131585895
- https://openalex.org/W2133048310
- https://openalex.org/W2137928293
- https://openalex.org/W2141947008
- https://openalex.org/W2144853513
- https://openalex.org/W2146411256
- https://openalex.org/W2147284543
- https://openalex.org/W2158316141
- https://openalex.org/W2158767092
- https://openalex.org/W2170820711
- https://openalex.org/W2172164329
- https://openalex.org/W2191813763
- https://openalex.org/W2277292082
- https://openalex.org/W2312189629
- https://openalex.org/W2314367108
- https://openalex.org/W2314865974
- https://openalex.org/W2315577556
- https://openalex.org/W2321271424
- https://openalex.org/W2322554203
- https://openalex.org/W239770669
- https://openalex.org/W2475369998
- https://openalex.org/W2476349880
- https://openalex.org/W2479304548
- https://openalex.org/W2481752137
- https://openalex.org/W2509386388
- https://openalex.org/W2514721666
- https://openalex.org/W2537144351
- https://openalex.org/W2553212132
- https://openalex.org/W2562791547
- https://openalex.org/W2566557904
- https://openalex.org/W2567891219
- https://openalex.org/W2586084185
- https://openalex.org/W2592304210
- https://openalex.org/W2594748798
- https://openalex.org/W2598240605
- https://openalex.org/W2598892589
- https://openalex.org/W2599931522
- https://openalex.org/W2606954566
- https://openalex.org/W2617356232
- https://openalex.org/W2619161014
- https://openalex.org/W2621053578
- https://openalex.org/W2746208186
- https://openalex.org/W2755241826
- https://openalex.org/W2768835404
- https://openalex.org/W2790101017
- https://openalex.org/W2790359192
- https://openalex.org/W2791326931
- https://openalex.org/W2793746252
- https://openalex.org/W2794680426
- https://openalex.org/W2795569426
- https://openalex.org/W2802446561
- https://openalex.org/W2807842416
- https://openalex.org/W2883594043
- https://openalex.org/W2890709657
- https://openalex.org/W2898672500
- https://openalex.org/W2899650370
- https://openalex.org/W2899829747
- https://openalex.org/W2903591167
- https://openalex.org/W2913504410
- https://openalex.org/W2917867961
- https://openalex.org/W2921911644
- https://openalex.org/W2923060892
- https://openalex.org/W2927119691
- https://openalex.org/W2929074818
- https://openalex.org/W2943185736
- https://openalex.org/W2944209292
- https://openalex.org/W2961946656
- https://openalex.org/W2964718693
- https://openalex.org/W2965441663
- https://openalex.org/W2969889789
- https://openalex.org/W2971662157
- https://openalex.org/W2974718761
- https://openalex.org/W2978981907
- https://openalex.org/W2981472187
- https://openalex.org/W2981636699
- https://openalex.org/W2985208095
- https://openalex.org/W2991270621
- https://openalex.org/W3002326265
- https://openalex.org/W3012298986
- https://openalex.org/W3013429924
- https://openalex.org/W3015362484
- https://openalex.org/W3022612854
- https://openalex.org/W3035668793
- https://openalex.org/W3036914439
- https://openalex.org/W4239065829
- https://openalex.org/W4245927169
- https://openalex.org/W4252550902
- https://openalex.org/W4383031697
- https://openalex.org/W65502135
- https://openalex.org/W830535929
- https://openalex.org/W838986001