بخشی از مقاله
چکیده:
بسته بندی یکی از بخش های مهم در صنایع غذایی محسوب می شود. و تاکنون از پلیمر های مختلفی در این بخش از صنعت استفاده شده است. یکی از این پلیمر ها نشاسته می باشد. تاکنون ترکیبات مختلفی از این پلیمر با پلیمرها و یا مواد معدنی در صنایع بسته بندی استفاده شده است. یکی از مشکلات اصلی نشاسته خواص مکانیکی نامناسب آن است؛ بنابراین از پلیمرهای سنتزی مانند پلی کاپرولاکتون برای تقویت خواص آن استفاده می شود. در تحقیق پیش رو از ترکیب 30-70 به ترتیب برای پلی کاپرولاکتون و نشاسته استفاده شده است؛ همچنین از نانو رس برای تقویت خواص و افزایش برخی از خواص زیستی استفاده شده است. نتایج نشان دهنده افزایش خواص مکانیکی و کاهش بسیارکمی در زاویه تماس می باشد.
واژه های کلیدی: بسته بندی، نشاسته، پلی کاپرولاکتون، نانو رس
.1 مقدمه
در بیست سال اخیر استفاده از پلاستیک ها در جهان به شدت افزایش یافته است که افزایش نگرانی ها در مورد دفع زباله ها را نیز در پی داشته است. توجه روز افزون به اثرات ضایعات پلاستیکی بر محیط زیست باعث سوق دادن تحقیقات به سمت توسعه پلاستیک های تخریب پذیر شده است که به سرعت در محیط تجزیه می شوند. بیوپلیمرهای تخریب پذیر باید جایگزین پلیمرهایی شوند که پس از استفاده باید سریعا تخریب شوند . - 1 - واژه تخریب پذیر برای توصیف موادی به کار می رود که می توانند توسط فعالیت آنزیمی موجودات زنده مانند باکتری ها، مخمرها و قارچ ها تخریب شوند و محصولات نهایی این تخریب هم اکسیژن و آب و مواد زیستی دیگر می باشد . - 2 -
بنابراین علاقه برای جایگزینی پلیمرهای سنتزی تخریب ناپذیر با پلیمرهای طبیعی تخریب پذیر وجود دارد. برخی از پلیمرهای طبیعی - PHB و کوپلیمرهای آن - و پلی استرهای آلی فاتیک - پلی کاپرولاکتون و پلی لاکتیک اسید - تخریب پذیر هستند اما با توجه به قیمت بالای آنها در مقایسه با دیگر پلیمرهای مشتق شده از پتروشیمی نمی توان در مقادیر بالا و اقتصادی آنها را تولید کرد. در میان بیومواد موجود در بازار امروز آن دسته از پلیمرهایی که دارای منابع تجدید پذیر می باشند مانند مواد بر پایه نشاسته بیشتر از بقیه مواد اقتصادی و متداول هستند. بعضی از این مواد شامل Materbi از شرکت ایتالیایی نوامنت و یا Biopar از شرکت آلمانی بیوپ می باشند. نشاسته معمولا با پلی استرهای آلی فاتیک نیز مخلوط می شود: مانند Ecoflex از شرکت آلمانی BASF و یا Bionolle از شرکت ژاپنی .Showa Highpolymers
نشاسته یک پلیمر نیمه بلورین است که به شکل گرانول های ذخیره ای در بیشتر گیاهان وجود دارد. ساختار این پلیمر از واحدهای گلوکوپیرانوزیل: آمیلوز و آمیلو پکتین تشکیل شده است. و انواع نشاسته بر اساس میزان آمیلوز وجود دارد. نشاسته دارای زنجیره اصلی با پیوند 4-1 می باشد و شاخه های فرعی دارای پیوند های 6-1 است که ساختار آن را می توانید در شکل - - 1 مشاهده کنید. نشاسته در صنایع بسته بندی بسیار مورد توجه است که علاوه بر سرعت مناسب تخریب آن فراوانی و قیمت کم آن نیز از دلایل محبوبیت این پلیمر می باشد.از طرف دیگر مشکلاتی که این پلیمر دارد شامل آب دوستی شدید این پلیمر است که باعث می شود این پلیمر نفوذ پذیری زیادی در مقابل آب داشته باشد، و به علاوه خواص مکانیکی آن بسیار پایین است . - 3 -
همانطور که قبلا اشاره شده برای بهبود خواص مکانیکی و مقاومت در برابر نفوذ آب پلیمر نشاسته را با پای استرهای آلی فاتیک مخلوط می کنند. در این تحقیق از پلیمر پلی کاپرولاکتون به این منظور استفاده شده است. خواص این پلیمر کاملا نقطه مقابل نشاسته است. پلی کاپرولاکتون یک پلیمر نیمه بلورین آب گریز با سرعت تخریب پایین است که خواص الاستیک دارد. این دو پلیمر در کنار هم می توانند کمبود خواص یکدیگر را جبران کنند. با افزودن نشاسته به پلی کاپرولاکتون خاصیت الاستیک آن کمتر شده و باعث سفتی آن می شود - . - 4
اخیرا کاربرد نانوکامپوزیت ها بهبود خواص مکانیکی و عدم نفوذپذیری در مقابل آب را در پی داشته است. نانوکامپوزیت ها مواد چند فازی هستند که از ترکیب دو یا سه جزء شامل زمینه و فاز پراکنده در ابعاد نانو - کمتر از 100نانومتر - می باشد - . - 5 فاز دوم که در ابعاد نانو می باشد بیشتر یک نقش ساختاری دارد، و با نقش تقویت کنندگی، خواص مکانیکی ماتریکس را بهبود می بخشد، زیرا ماتریکس تنش های مکانیکی را به این فاز پراکنده انتقال می دهد. فاز نانو به ویژه در بیوپلیمرها بسیار مفید است زیرا در مقایسه با پلیمرهای سنتزی عملکرد ضعیفی دارند . - 6 -
علاوه بر تقویت کنندگی ذرات نانو و تاثیر بر خواص مکانیکی و عدم نفوذ پذیری، نانوساختارهایی وجود دارد که به طور ویژه در کاربردهای بسته بندی مواد غذایی مفید هستند. برای مثال، وقتی این مواد نانویی در بین لایه های پلیمری قرار می گیرند با مواد غذایی و یا محیط اطراف آن واکنش می دهند و در نتیجه باعث ایجاد سیستم بسته بندی فعال یا "هوشمند" می شود. این خواص در کاربردهای بسته بندی مواد غذایی باعث افزایش ماندگاری مواد غذایی می شود.
در میان مواد تقویت کننده با ابعاد نانویی، نانو رس ها موادی هستند که بیشترین کاربرد را به عنوان پر کننده در کامپوزیت ها دارند. زیرا به فراوانی و در دسترس بوده و قیمت کمی دارند و همچنین کارپذیری و عملکرد آنها نیز مطلوب است. با این وجود که کارپذیری نانو رس ها خوب است اما در برخی کاربردها و پلیمرها به راحتی نمی توان لایه های رس را بین زنجیره های پلیمری به طور مناسب پخش کرد و گاهی اوقات نیاز به اصلاح کننده برای پخش بهتر نانوذرات رس وجود دارد. این فرآیند در شکل - 2 - نشان داده شده است.
