Thermoplastic starch blown films with improved mechanical and barrier properties

2. Materials and methods 

2.1. Materials 

Native cassava starch (Dragon Fish brand), with a moisture content 

of 11 wt% and a molecular weight of 1.34 

×

10

8 

g/mol, was purchased 

from Tong Chan Registered Ordinary Partnership (Bangkok, Thailand). 

Glycerol  (99.5%)  was  supplied  by  Patum  Vegetable  Oil  Co.,  Ltd. 

(Pathum  Thani,  Thailand).  Sorbitol  (food  grade)  was  obtained  from 

Ueno  Fine  Chemicals  Industry  (Thailand)  Ltd.  (Samutprakarn, 

Thailand). Xylitol (food grade) was purchased from Chemipan Corpo-

ration Co., Ltd. (Bangkok, Thailand). 

2.2. Preparation of TPS films by blown film extrusion 

Native cassava starch was first physically mixed with three different 

types of plasticizer, i.e. glycerol (G), a glycerol/xylitol mixture of equal 

amounts (GX), and a glycerol/sorbitol mixture of equal amounts (GS), at 

various concentrations, i.e. 38, 40, and 42 parts per hundred parts of 

starch (phs), using a mechanical mixer. The mixtures were then melt 

blended using a twin-screw extruder with an L/D ratio of 40 and a screw 

diameter  of  20  mm  (LTE  20

–

40;  Labtech  Engineering  Co.,  Ltd., 

Thailand), with a barrel temperature profile of 80/90/105/115/125/ 

135/140/145/145/145 

◦

C (from hopper to die) and a screw speed of 

180  rpm.  The  extrudates  were  cut  into  2.5-mm-long  pellets  with  a 

pelletizer (LZ-120; Labtech Engineering). According to the plasticizer 

type and content used, nine formulations of TPS resin were obtained, i.e. 

G38, G40, G42, GX38, GX40, GX42, GS38, GS40, and GS42. 

The  TPS  resins  were  blown  into  the  films  using  a  single-screw 

extruder  (LE-25-30/C;  Labtech  Engineering),  having  an  L/D  ratio  of 

30, a screw diameter of 25 mm, and four controlled temperature zones, 

connected to a film-blowing attachment (LF-400; Labtech Engineering) 

with a ring-shaped die. The blown film extrusion was performed at a 

barrel temperature profile of 134/140/145/140/140 

◦

C (from feed inlet 

to die) and a die temperature of 135 

◦

C for all samples, except GS40. The 

latter was blown into the film using a temperature profile of 145/155/ 

150/150/140 

◦

C (from feed inlet to die) and a die temperature of 140 

◦

C. 

Screw speed and nip roll speed were adjusted to 35

–

45 rpm and 3 rpm, 

respectively. 

2.3. Characterization and property testing of TPS 

2.3.1. Melt flow index measurement 

The melt flow index (MFI) was measured according to ASTM 1238- 

10. The measurement was performed using an MFI-2 (Custom Scienti-

fic Instruments, USA) at 190 

◦

C with a load cell of 3.2 kg, a preheating 

time of 7 min, and a time interval of 6 min. MFI was determined in 

triplicate for each sample and reported in g/10 min as mean 

±

SD (

n 

=

3). 

2.3.2. Moisture content determination 

The  moisture  content  of  the  film  samples  was  determined  by  a 

gravimetric method according to ASTM D6980-04. The initial weight of 

each sample (approximately 250 mg) in a dried aluminum cup was first 

measured using a four-digit balance (W

0

) and the assembly was then 

stored in a hot air oven at 105 

±

1 

◦

C until a constant weight was ob-

tained (W

1

). The moisture content was calculated using Eq. 

(1)

. The 

experiment was performed in triplicate for each sample and the average 

value was reported.