معجزه نانوروکش ها در بسته بندی غذایی

با این توضیح که اصل گزارش توسط <شرکت پژوهشگران عصر جدید> تهیه شده است. نام افراد و مراکز پژوهشی درگیر در مطالعات و پژوهش های نانو نیز در این گزارش آمده است.

بیشتر پوشش هایی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، اصطلاحا <خاموش> هستند، یعنی تنها قابلیت اعمال خاصیت اولیه خود را دارند، بدون این که توانایی سازگاری با محیط و اصلاح خواص در اثر تغییر شرایط محیط را داشته و یا بتوانند عیب ها و نقایص بالقوه مانند مشکلات خوردگی را به کاربر اطلاع دهند. پوشش هایی مبتنی بر فن آوری نانو، امکان دسترسی به قابلیت های چندمنظوره را فراهم می نمایند؛ بدین معنی که می توانند حداقل دو ویژگی همزمان مانند مقاومت بالا در برابر خوردگی و آب گریزی یا ابرآب گریزی (در زوایای تماس ۱۰۰ تا ۱۷۰) را داشته باشند.

محصولات نانوکامپوزیتی عموما به شکل پرکننده هایی در شبکه های پلیمری همانند پلی پروپیلن، پلی آمیدها، پلی استایرن، پلی متیل متاکریلات، SEBS و پلی آنیلین در صنایع بسته بندی به کار می روند. پرکننده های نانوکامپوزیتی موجود در بازار شامل موارد زیر هستند:

▪ Laporte (Laponite)

▪ Rockwood Specialities Group (Nanofil)

▪ Sud Chemie (Optigel)

▪ Lucentite) Unicoop / CBC Japan (Somasif;

▪ Kunimine Industries (Sumecton ;Kunipia)

▪ (Suplite) FCC China

▪ Germany (Pural) Sasol

نانوکامپوزیت ها به دلیل خواص حرارتی، مقاومت و رسانایی بهبود یافته، در حال حاضر برای بسته بندی نوشابه های غیرالکلی، مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرند. نانو مواد مقاوم کننده مانند نانولوله ها، کربن سیاه با ابعاد نانومتری، سیلیکا، کربنات کلسیم، اکسیدها، الیاف کربنی و تالک به عنوان افزودنی در مخلوط های پلیمری به کار می روند. کامپوزیت های ساخته شده مبتنی بر نانومواد رسی به عنوان مقاوم های حرارتی و لایه های عایق گاز در بسته بندی مواد غذایی و نوشیدنی کاربرد دارند. نانوکامپوزیت های رسی جالب ترین زمینه نوآوری در عرصه کامپوزیت ها بوده و احتمالا طی ۱۰ تا ۱۵ سال آینده بیشترین سهم بازار را در اختیار خواهند داشت.

برچسب زنی هوشمند و کاربردهای مشابه برای صنایع غذایی و بسته بندی می تواند استقبال مشتری، رتبه و کیفیت محصول را افزایش داده و برای فروش آن لاین مفید واقع شود. فن آوری نانو همچنین می تواند برای پیاده سازی پروتکل های رهگیری به منظور ارتقای کیفیت و سلامت صنایع غذایی مورد استفاده قرار گیرد. هم اکنون فن آوری نانو در حوزه وسیع و در حال گسترشی از کاربردها به کار گرفته شده است.

پیش بینی می شود حجم بازار صنعت چاپ رنگی در سطح جهان بیش از ۳۰۰ میلیارد دلار باشد و به نظر می رسد با کنار گذاشتن تکنیک های مرسوم چاپ بتوان ارزش این بازار را بالاتر برد. برای تولید عکس های با کیفیت، لازم است نقاط رنگی دارای اندازه های ۵۰ میکرومتر و یکنواختی کمتر از ۲+ درصد باشند. دقت مطلق باید از ۲۰بهتر باشد و این امر وقتی اتفاق می افتد که حجم هر قطره جوهر به اندازه ۳ پیکولیتر

(۳*۰۱ ۲۱Lit) و جرم آن ۱۰ نانوگرم باشد، در غیر این صورت شاهد بعضی تصاویر غیرحقیقی خواهیم بود. اکثر چاپگرها از روش های الکترونیکی و نرم افزاری گوناگونی استفاده می کنند و پیچیدگی آنها به قدری زیاد است که به هوشمندترین ابزارهای افشانه ای در سطح جهان تبدیل شده اند.

امید خیلی زیادی برای تولید مواد بسیار ریز (نه فقط جوهر) برای ترسیم روی سطوح وجود دارد که در صورت عملی شدن منجر به تولید طیف گسترده ای از محصولات و ابزارهایی (از باطری های خورشیدی گرفته تا قرص های دارویی) خواهد شد که تا امروز به ویژه با قیمت های مشابه با هیچ روش دیگری قابل حصول نبوده اند. با کسب موفقیت در چاپگرهای جوهرافشان روزی فرا خواهدرسید که ابزارهای جوهرافشان همتراز با سایر کاربردها مخصوصا در صنعت الکترونیک قرار خواهند گرفت. با انجام تحقیقات وسیع برای فهم بهتر رازهای شیمیایی و فیزیکی قطره های جوهرافشان، در آینده عرصه های تحت تاثیر این فن آوری، صرفا محدود به تصور دانشمندان و مهندسان خواهد شد.

● کاهش قیمت نانومواد

تمایل به کاهش قیمت نانومواد باعث افزایش اقبال عمومی به کاربردهای فن آوری نانو خواهد شد. در حال حاضر تولید نانومواد و نانولوله ها کاملا گران است. علاوه بر این، دسترسی به تمام خواص یک نانوماده به آن سادگی که محققان ادعا کرده اند، نیست. تاکنون دسترسی به ۶۰ درصد خواص مورد نظر از بهترین نتایج علمی بوده است.

همچنین جوهرهای هوشمند کاربردهای مختلفی در بسته بندی پلاستیکی دارند. جوهرهای هوشمند بعد از چاپ و خشک شدن، اطلاعاتی درباره بسته بندی و محتوای آن به ما خواهند داد. آنها می توانند هم به صورت بیرونی، مثلا برای دادن اطلاعاتی در مورد دمای بستر (جوهرهای ترموکرومیک) و هم به صورت درونی، مثلا برای دادن اطلاعاتی در مورد گاز موجود در بسته بندی (MAP) استفاده شوند.

دانشمندان دانشگاه استراد کلاید انگلستان نیز توانسته اند جوهر آبی رنگی بسازند که بر پایه حلالی بازگشت ناپذیر است. این جوهر چنانچه در معرض نور ماورای بنفش (UV) قرار گیرد، تمام رنگ خود را از دست داده، نسبت به اکسیژن حساس می شود. این جوهر تنها زمانی رنگ اصلی خود را بازمی یابد که در معرض اکسیژن قرار گیرد. این پدیده در تصمیم گیری به خریداران کمک می کند و آنها را متوجه تازه بودن یا نبودن بسته بندی مواد غذایی می نماید.

این جوهر آشکارساز و بازگشت ناپذیر اکسیژن که بر پایه حلال است، از نانوذرات نیمه هادی فوتوکاتالیست، رنگ احیاکننده و محلول در حلال، افزودنی احیاکننده با قدرت متوسط و پلیمر تشکیل شده است.

● روکش های انسدادی موانع انتشار

نوشیدنی های خاصی همانند ماءالشعیر سال های متمادی در بطری های پلی اتیلن عرضه نمی شدند. نفوذپذیری بالای این مواد نسبت به اکسیژن منجر به کاهش عمر قفسه ای این نوشیدنی ها می شد. سیلیکای لایه ای (SiOx) می تواند نفوذ اکسیژن را تا حد زیادی کاهش دهد.

● استحکام کششی/ استحکام ضربه ای

افزودن اجزای نانومقیاس به کامپوزیت ها استحکام کششی و ضربه ای آنها را افزایش می دهد. تاکنون بیشترین مقاومت کششی در نانولوله های کربنی مشاهده شده است. بنابراین انتظار می رود این مواد اهمیت بسیار زیادی در آینده داشته باشند.

● مقاومت در برابر آتش

ثابت شده است که افزودنی های نانو همچون نانوذرات می توانند به عنوان عوامل ضد آتش در پلیمرها به کار رفته و یا عملکرد عوامل ضد آتش فعلی را بهبود بخشند.

● محافظت در برابر آتش

روکش هایی از فیلم هایی که مانعی قوی در برابر نفوذ گاز ایجاد کرده، انعطاف پذیر و شفاف بوده و در مقابل ترک خوردگی مقاوم باشند، اولویت بالایی برای بسته بندی های پلاستیکی محسوب می شوند.

● حفاظت در برابر اشعه ماورای بنفش

یکی از خطرات بالقوه مهم برای ارگانیسم ها، مواد آلی و سیستم های رنگی، قرار گرفتن در معرض تابش های پرانرژی ماورای بنفش A و B است. در نتیجه جاذب های ماورای بنفش مبتنی بر ذرات ریز دی اکسید تیتانیوم ارایه شده و کارایی خود را نشان داده اند. هم خود رنگدانه های معدنی و هم روکش آلی، تاییدهای قانونی لازم را دارا بوده و در نتیجه این محصولات می توانند بدون هیچ مشکلی در بسته بندی های مواد غذایی مورد استفاده قرار بگیرند.

● روکش های ضد باکتری، ضد کثیفی

برای حل مشکلات روزافزون سلامتی و عمر قفسه ای غذا و حفاظت از عناصر حساس مدارهای نمایشگرها، یک روکش انسدادی چندمنظوره روی فیلم های پلاستیکی مورد نیاز است. برای ایجاد ویژگی های سدی (نفوذپذیری پایین تر در برابر اکسیژن و آب)، فعالیت ضد میکروبی و ویژگی های مکانیکی و اپتیکی بهبودیافته، روکش ها باید عملکرد بهتری از خود نشان دهند. می توان از تغییر سطحی و یا روکش های نانوکامپوزیتی برای ایجاد سطوح نچسبی که می توانند ذرات خاص را هدف گیری کنند، استفاده کرد. فن آوری روکش های انسدادی موجود روی فیلم های پلیمری را می توان به طور تقریبی به دو دسته طبقه بندی کرد: مبتنی بر فشار اتمسفر، و مبتنی بر خلا.

فن آوری های اتمسفری شامل اعمال یک رنگ لاکی روی سطح و سپس پخت آن توسط حرارت، اشعه ماورای بنفش یا اشعه الکترونی می باشد. روکش های مبتنی بر خلاء را می توان از آلومینیوم یا (برای بسته بندی های شفاف) از اکسیدهای فلزی معدنی تولید کرد. روکش های پیچیده تر به طور معمول ترکیبی از این دو نوع روکش هستند.

حدود ۵۰ درصد از بازار بسته بندی غذایی پلی پروپیلنی، از روکش های پلی وینیلیدین کلراید (PVdC) شفاف استفاده می کنند. این ترموپلاستیک شفاف و تقریبا بی رنگ نفوذپذیری بسیار پایینی در برابر گازها داشته و در نتیجه بو و طعم را خیلی بهتر از نوع قبلی خود (PVC) محافظت می کند. با این حال نگرانی های زیست محیطی PVdC موجب شده است که مواد دیگری همچون ترکیبات چندلایه از رنگ های لاکی و روکش های اکسید فلزی توسعه یابند؛ اما این فن آوری ها پیچیده بوده و تولید آنها گران است.

● کاهش ضایعات بسته بندی با استفاده از فن آوری نانو

شرکت فرانسوی دانون که در زمینه مواد غذایی و نوشیدنی فعالیت می کند، در یک پروژه تحقیقاتی که می تواند به تولید پلاستیک های محکم تر و کاهش ضایعات کمک نماید، مشارکت می کند. هدف این پروژه که با همکاری دانشگاه Queen و بلفاست و سرمایه گذاری ۵/۲ میلیون یورویی دولت انگلیس آغاز شده است، کاهش استفاده از مواد خام و بهبود عملکرد پلیمرهاست. محققان امیدوارند از طریق فن آوری نانو به این کارکردها دست یابند.

هدف اصلی این پروژه تجاری سازی نمونه تولید شده و استفاده از آن در صنعت است. در حال حاضر صنعت پلیمر سالانه در حدود ۱۸ میلیارد یورو برای اقتصاد انگلیس درآمد ایجاد می کند و نانوکامپوزیت ها در سال های اخیر رویکرد کاملا جدیدی را در این حوزه ایجاد کرده اند.

● چشم انداز بازار آینده بسته بندی مبتنی بر فن آوری نانو

سه سال قبل کمتر از ۴۰ محصول بسته بندی مبتنی بر نانو در بازار وجود داشت، ولی این میزان در حال حاضر به بیش از ۴۰۰ محصول افزایش یافته است. طبق این مطالعه در حال حاضر روندهای عمده بازار شامل بهبود کیفیت بسته بندی ها برای افزایش دوام مواد غذایی، کارکردهای آنتی باکتریال و هوشمند ساختن بسته بندی هاست. حجم بازار محصولات بسته بندی مبتنی بر فن آوری نانو از ۱۵۰ میلیون دلار در سال ۲۰۰۲ به ۹۸۰ میلیون دلار در سال ۲۰۰۶ افزایش یافته است. صنعت بسته بندی مواد غذایی به طور فزاینده ای در حال توسعه بوده و به سمت کارکردهای چندگانه حرکت می کند.

نانوحسگرهای استفاده شده در بسته بندی، مصرف کننده را قادر می سازد تا از کیفیت مواد غذایی داخل بسته ها آگاه شود. حسگرها، اطلاعاتی درباره وضعیت محتویات داخل بسته ها از جمله فاسد شدن آنها در اختیار مصرف کننده قرار می دهند. کشورهای چین و تایوان بخش قابل توجهی از بازار بسته بندی مبتنی بر فن آوری نانو را به خود اختصاص داده و رقبای خود را در این عرصه با چالش مواجه کرده اند.

● راهکارهای فن آوری نانو برای رفع ضایعات بسته بندی

متخصصان مواد در دانشگاه شفیلد هالام با همکاری ۳۵ سازمان تحقیقاتی و دانشگاه هایی از ۱۳ کشور اروپایی در حال انجام پروژه ای موسوم به Sustainpack برای کاهش اثرات زیست محیطی ضایعات بسته بندی هستند.

این پروژه که در نوع خود یکی از بزرگ ترین پروژه های تحقیقاتی این حوزه به شمار می رود، یک برنامه تحقیقاتی چهارساله و با بودجه تقریبی ۳۶ میلیون یورو است که هدف آن توسعه عناصر بسته بندی کاملا زیست سازگار است. این پروژه به دنبال توسعه بسته بندی های مبتنی بر الیاف است. برای تحقق این هدف از کاربردها و راهکارهای فن آوری نانو و زیست فن آوری برای ایجاد ارزش افزوده به مشتریان و مصرف کنندگان استفاده می شود.

Sustainpack به دنبال تشویق استفاده گسترده از محصولات بسته بندی طبیعی سنتی با تولید عناصر بسته بندی کاملا تجزیه پذیر و قابل بازیافت با استفاده از پلیمرهای زیستی و کاغذ است. افزایش استفاده از مواد طبیعی برای تولید بسته بندی های ضد آب منجر به کاهش چشمگیر میزان انرژی مورد نیاز برای تولید بسته ها از طریق کاهش تولید بسته بندی های مبتنی بر محصولات پتروشیمی می شود.

پیش بینی می شود که پروژه Sustainpack به مواد بسته بندی قابل بازیافت مبتنی براستانداردهای صنعت، تا سال ۲۰۱۵ دست یابد.

● دستیابی به کاربردهای جدیدی از فیلم های پلیمری اوپال

تصور کنید به هنگام تمیز کردن یخچال خود، بتوانید با یک نگاه به بسته بندی از تغییر رنگ بسته های مواد غذایی فاسد بودنشان را تشخیص دهید، یا اینکه با دست کشیدن روی اسکناس و تغییر رنگ آن به تقلبی بودن آن پی ببرید.

اینها تنها دو مورد از کاربردهای تجاری نویدبخش نوعی فیلم پلاستیکی انعطاف پذیر جدید از نوع بلورهای فوتونیکی است که گروهی از دانشمندان انگلیسی و آلمانی موفق به تولید آن شده اند و ترکیبی از بهترین خواص نوری طبیعی و مصنوعی را با هم دارند. آنها همانند دیگر اوپال های مصنوعی از ساختارهایی خودآرا برخوردار هستند.

● رفع مشکلات بسته بندی مواد غذایی

همه ما از مشکلات بسته بندی سس های گوجه فرنگی و مایونز آگاهی داریم. هنگام استفاده از این مواد غذایی، گاهی اوقات تا ۲۰ درصد محتویات داخل قوطی ها و بطری ها در داخل آنها باقی می ماند. این امر نه تنها برای مصرف کنندگان، بلکه برای بازیافت آنها نیز مشکلاتی ایجاد می کند. زیرا برای بازیافت آنها ابتدا باید باقیمانده بسته بندی ها برطرف شوند که این امر پرهزینه و زمان بر بوده و آب زیادی مصرف می کند.

موسسه فران هوفر آلمان و موسسه IGB در اشتوتگارت به همراه دانشگاه فن آوری مونیخ و تعدادی از شرکای صنعتی که به وسیله وزارت آموزش و تحقیقات این کشور حمایت می شوند، از طریق یک پروژه مشترک به دنبال حل این معضل هستند. در چارچوب این پروژه، موادی برای استفاده در بسته بندی ها توسعه خواهند یافت که میزان بازمانده های بسته بندی های مواد غذایی را تا نصف و حتی بیشتر کاهش خواهد داد.

محققان این پروژه از فیلم های نازک که ضخامت آنها کمتر از ۲۰ نانومتر است، در داخل سطوح بسته بندی ها استفاده می کنند.

در این پوشاننده ها از پلاسما استفاده شده و این فرایند از طریق جایگذاری پلاستیک در داخل یک خلا انجام می شود. محققان این موسسه معتقدند از پوشاننده های مختلف با ویژگی های خاص در سطوح بسته بندی ها استفاده می شود.
  
 
مجله صنعت چاپ
ویرایش و تلخیص:آکاایران