Published January 31, 2023
| Version v1
Publication
Open
Biodegradable Starch Sachets Reinforced with Montmorillonite for Packing ZnO Nanoparticles: Solubility and Zn2+ Ions Release
Creators
- 1. Universidade Federal de São Carlos
- 2. Brazilian Agricultural Research Corporation
Description
Agriculture's importance in human lives and the economy has directed studies to improve crop production. An essential challenge for improving fertilizer efficacy is reducing losses due to leaching and increasing nutrient supplies. In this context, biodegradable sachets stand out as internal packaging instead of direct insertion into the polymer matrix, facilitating the system processing and making it easier to adapt the soil's nutritional quantity. Thus, the present work aimed to increase the zinc oxide (ZnO) solubility by obtaining nanoparticles using top-down and bottom-up approaches and packaging them in montmorillonite (MMT) reinforced starch sachets. The different diameters and forms of the ZnO nanoparticles were evaluated to understand the solubility dependence on these parameters. In this way, the top-down process for the attritor milling method allowed the nanoparticles with about 71 nm average diameter and greater homogeneity than the commercial one (approximately 174 nm). The milled ZnO nanoparticles presented better solubility than those synthesized bottom-up processes and the commercial ones, reaching a 90 to 100% solubility plateau in 48 h. Concerning starch sachets, the 1% MMT (w w− 1) insertion in the polymeric matrix promoted increased water vapor barrier and mechanical properties, improving tensile strength. In the solubility test for nanoparticulate ZnO packed in sachets, similar behaviors to free ZnO were observed due to the high affinity of the starch matrix with water. Therefore, starch sachet systems with improved properties from the MMT reinforcement insertion showed as an alternative source of Zn2+ ions to minimize losses during application.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
وقد وجهت أهمية الزراعة في حياة الإنسان والاقتصاد دراسات لتحسين إنتاج المحاصيل. يتمثل أحد التحديات الأساسية لتحسين فعالية الأسمدة في تقليل الخسائر الناجمة عن الرشح وزيادة إمدادات المغذيات. في هذا السياق، تبرز الأكياس القابلة للتحلل كعبوات داخلية بدلاً من الإدخال المباشر في مصفوفة البوليمر، مما يسهل معالجة النظام ويسهل تكييف الكمية الغذائية للتربة. وهكذا، يهدف العمل الحالي إلى زيادة قابلية ذوبان أكسيد الزنك (ZnO) من خلال الحصول على جسيمات نانوية باستخدام طرق من أعلى إلى أسفل ومن أسفل إلى أعلى وتعبئتها في أكياس نشا معززة بالمونتموريلونيت (MMT). تم تقييم الأقطار والأشكال المختلفة للجسيمات النانوية ZnO لفهم اعتماد الذوبان على هذه المعلمات. وبهذه الطريقة، سمحت العملية من أعلى إلى أسفل لطريقة طحن الأتريتور للجسيمات النانوية بمتوسط قطر يبلغ حوالي 71 نانومتر وتجانس أكبر من التجانس التجاري (حوالي 174 نانومتر). قدمت جسيمات أكسيد الزنك النانوية المطحونة قابلية ذوبان أفضل من تلك العمليات المصنعة من أسفل إلى أعلى والعمليات التجارية، حيث وصلت إلى هضبة ذوبان 90 إلى 100 ٪ في 48 ساعة. فيما يتعلق بأكياس النشا، عزز إدخال 1 ٪ MMT (w w-1) في المصفوفة البوليمرية زيادة حاجز بخار الماء والخصائص الميكانيكية، مما أدى إلى تحسين قوة الشد. في اختبار الذوبان لجزيئات أكسيد الزنك النانوية المعبأة في أكياس، لوحظت سلوكيات مماثلة لتحرير أكسيد الزنك بسبب التقارب العالي لمصفوفة النشا مع الماء. لذلك، أظهرت أنظمة أكياس النشا ذات الخصائص المحسنة من إدخال التعزيز MMT كمصدر بديل لأيوناتZn2 + لتقليل الخسائر أثناء التطبيق.Translated Description (French)
L'importance de l'agriculture dans la vie humaine et l'économie a orienté les études vers l'amélioration de la production végétale. Un défi essentiel pour améliorer l'efficacité des engrais est de réduire les pertes dues au lessivage et d'augmenter l'approvisionnement en nutriments. Dans ce contexte, les sachets biodégradables se distinguent par leur emballage interne plutôt que par leur insertion directe dans la matrice polymère, ce qui facilite le traitement du système et facilite l'adaptation de la quantité nutritionnelle du sol. Ainsi, le présent travail visait à augmenter la solubilité de l'oxyde de zinc (ZnO) en obtenant des nanoparticules en utilisant des approches top-down et bottom-up et en les conditionnant dans des sachets d'amidon renforcés de montmorillonite (MMT). Les différents diamètres et formes des nanoparticules de ZnO ont été évalués pour comprendre la dépendance de la solubilité à ces paramètres. De cette façon, le processus descendant pour le procédé de broyage attritor a permis aux nanoparticules d'environ 71 nm de diamètre moyen et d'une plus grande homogénéité que le procédé commercial (environ 174 nm). Les nanoparticules de ZnO broyées présentaient une meilleure solubilité que les procédés ascendants synthétisés et les procédés commerciaux, atteignant un plateau de solubilité de 90 à 100 % en 48 h. En ce qui concerne les sachets d'amidon, l'insertion de 1 % de MMT (w w− 1) dans la matrice polymère a augmenté la barrière à la vapeur d'eau et les propriétés mécaniques, améliorant la résistance à la traction. Dans le test de solubilité pour le ZnO nanoparticulaire emballé dans des sachets, des comportements similaires au ZnO libre ont été observés en raison de la forte affinité de la matrice d'amidon avec l'eau. Par conséquent, les systèmes de sachets d'amidon avec des propriétés améliorées provenant de l'insertion du renfort MMT se sont révélés être une source alternative d'ions Zn2+ pour minimiser les pertes lors de l'application.Translated Description (Spanish)
La importancia de la agricultura en la vida humana y la economía ha dirigido estudios para mejorar la producción de cultivos. Un desafío esencial para mejorar la eficacia de los fertilizantes es reducir las pérdidas debidas a la lixiviación y aumentar el suministro de nutrientes. En este contexto, los sobres biodegradables se destacan como embalaje interno en lugar de la inserción directa en la matriz polimérica, facilitando el procesamiento del sistema y facilitando la adaptación de la cantidad nutricional del suelo. Por lo tanto, el presente trabajo tuvo como objetivo aumentar la solubilidad del óxido de zinc (ZnO) mediante la obtención de nanopartículas utilizando enfoques de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba y envasándolas en sobres de almidón reforzado con montmorillonita (MMT). Se evaluaron los diferentes diámetros y formas de las nanopartículas de ZnO para comprender la dependencia de la solubilidad de estos parámetros. De esta manera, el proceso de arriba hacia abajo para el método de molienda por atrición permitió que las nanopartículas tuvieran un diámetro promedio de aproximadamente 71 nm y una mayor homogeneidad que la comercial (aproximadamente 174 nm). Las nanopartículas de ZnO molidas presentaron mejor solubilidad que los procesos bottom-up sintetizados y los comerciales, alcanzando una meseta de solubilidad del 90 al 100% en 48 h. Con respecto a los sobres de almidón, la inserción de MMT al 1% (w w− 1) en la matriz polimérica promovió un aumento de la barrera contra el vapor de agua y las propiedades mecánicas, mejorando la resistencia a la tracción. En la prueba de solubilidad para el ZnO nanoparticulado envasado en sobres, se observaron comportamientos similares al ZnO libre debido a la alta afinidad de la matriz de almidón con el agua. Por lo tanto, los sistemas de bolsitas de almidón con propiedades mejoradas a partir de la inserción del refuerzo de MMT se mostraron como una fuente alternativa de iones Zn2+ para minimizar las pérdidas durante la aplicación.Files
latest.pdf.pdf
Files
(3.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:6e32d9869fcdbd8e8cfd0639e215c2e3
|
3.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- أكياس النشا القابلة للتحلل الحيوي المعززة بمونتموريلونايت لتعبئة جزيئات أكسيد الزنك النانوية: الذوبان وإطلاق أيونات الزنك2 +
- Translated title (French)
- Sachets d'amidon biodégradables renforcés de montmorillonite pour l'emballage de nanoparticules de ZnO : solubilité et libération d'ions Zn2+
- Translated title (Spanish)
- Sobres biodegradables de almidón reforzados con montmorillonita para envasar nanopartículas de ZnO: solubilidad y liberación de iones Zn2+
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4318618915
- DOI
- 10.1007/s10924-023-02769-2
References
- https://openalex.org/W1965565046
- https://openalex.org/W1965965809
- https://openalex.org/W1972623856
- https://openalex.org/W1993150285
- https://openalex.org/W2008055469
- https://openalex.org/W2017845999
- https://openalex.org/W2029586906
- https://openalex.org/W2041629473
- https://openalex.org/W2051148011
- https://openalex.org/W2064949772
- https://openalex.org/W2073643594
- https://openalex.org/W2098843259
- https://openalex.org/W2102994274
- https://openalex.org/W2118385729
- https://openalex.org/W2163089944
- https://openalex.org/W2324075067
- https://openalex.org/W2338573914
- https://openalex.org/W2342443804
- https://openalex.org/W2404038506
- https://openalex.org/W2583835486
- https://openalex.org/W2597360386
- https://openalex.org/W2607232845
- https://openalex.org/W2623694951
- https://openalex.org/W2747001756
- https://openalex.org/W2766816888
- https://openalex.org/W2789268469
- https://openalex.org/W2801168049
- https://openalex.org/W2808061826
- https://openalex.org/W2817181578
- https://openalex.org/W2884996658
- https://openalex.org/W2912284554
- https://openalex.org/W2913435181
- https://openalex.org/W2914095207
- https://openalex.org/W2965539606
- https://openalex.org/W2981614502
- https://openalex.org/W2995255468
- https://openalex.org/W2995743986
- https://openalex.org/W2998003155
- https://openalex.org/W3036589680
- https://openalex.org/W3067573144
- https://openalex.org/W3087672679
- https://openalex.org/W3090545500
- https://openalex.org/W3110285278
- https://openalex.org/W3114812654