4-9- نفوذپذیری نسبت به اکسیژن 69
4-10- FTIR , UV 72
فصل پنجم : نتایج و پیشنهادات 80
پیشنهادات 82
منابع 83
چکیده انگلیسی 94
فهرست جداول
جدول صفحه
جدول 4-1- رنگ سنجی براساس غلظت های نانو دی اکسید سیلیس 69
جدول 4-2- رنگ سنجی براساس خاک رس 69

جدول 4-3- بررسی میزان نفوذپذیری اکسیژن 70
جدول 4-4- بررسی میزان نفوذپذیری اکسیژن 71
فهرست نمودار
نمودار صفحه
نمودار 1-6- تحقیق 7
نمودار 4-2- اثر میزان افزودن نانو خاک رس بر نفوذپذیری نانو کامپوزیت نشاسته سیب زمینی..53
نمودار 4-3- اثر میزان افزودن نانو دی اکسید سیلیس بر نفوذپذیری نانو کامپوزیت نشاسته
سیب زمینی 53
نمودار 4-4- اثر میزان افزودن نانو خاک رس بر حلالیت در آب نانو کامپوزیت نشاسته
سیب زمینی 55
نمودار 4-5- اثر میزان افزودن نانو دی اکسید سیلیس بر حلالیت در آب نانو کامپوزیت نشاسته
سیب زمینی 56
نمودار 4-6- اثر میزان افزودن نانو خاک رس بر ظرفیت جذب آب نانو کامپوزیت نشاسته
سیب زمینی 57
نمودار 4-7- اثر میزان افزودن نانو دی اکسید سیلیس بر ظرفیت جذب آب نانو کامپوزیت نشاسته
سیب زمینی 57
نمودار 4-8- اثر میزان افزودن نانو خاک رس بر کش آمدگی در نقطه شکست نانو کامپوزیت نشاسته
سیب زمینی 60
نمودار 4-9- اثر افزودن نانو دی اکسید سیلیس بر کش آمدگی در نقطه شکست نانو کامپوزیت نشاسته
سیب زمینی61
نمودار 4-10- اثر میزان افزودن نانو خاک رس بر مقاومت کششی نانو کامپوزیت نشاسته
سیب زمینی 61
نمودار 4-11- اثر میزان افزودن نانو دی اکسید سیلیس بر مقاومت کششی نانو کامپوزیت نشاسته
سیب زمینی 62
نمودار 4-12- اثر میزان افزودن نانو خاک رس بر مدول الاستیک نانو کامپوزیت نشاسته
سیب زمینی 62
نمودار 4-13- اثر میزان افزودن نانو دی اکسید سیلیس بر مدول الاستیک نانو کامپوزیت نشاسته
سیب زمینی 63
نمودار 4-14- جذب تعادلی فیلم نشاسته سیب زمینی و فیلم نشاسته حاوی نانو دی اکسید
سیلیس65
نمودار 4-15- جذب تعادلی فیلم نشاسته سیب زمینی و فیلم نشاسته حاوی نانو خاک رس66
نمودار 4-16- جذب تعادلی فیلم نشاسته حاوی نانو خاک رس و حاوی نانو دی اکسید
سیلیس66
نمودار 4-17- محتوای رطوبت در غلظت های مختلف نانو خاک رس67
نمودار 4-18- محتوای رطوبت در غلظت های مختلف نانو دی اکسید سیلیس 68
نمودار 4-19- میزان عبور اشعه UV از فیلم های نشاسته سیب زمینی با غلظت های مختلف نانو
خاک رس 73
نمودار 4-20- میزان جذب اشعه UV از فیلم های نشاسته سیب زمینی با غلظت های مختلف نانو
دی اکسید سیلیس 74
نمودار 4-21- میزان عبور اشعه UV از فیلم های نشاسته سیب زمینی با غلظت های مختلف نانو
دی اکسید سیلیس 74
نمودار 4-22- میزان جذب اشعه UV از فیلم های نشاسته سیب زمینی با غلظت های مختلف نانو
حح خاک رس 75
نمودار 4-23- FTIR فیلم کنترل نشاسته سیب زمینی75
نمودار 4-24- FTIR فیلم کنترل نشاسته سیب زمینی با 1 درصد نانو دی اکسید سیلیس76
نمودار 4-25- FTIR فیلم کنترل نشاسته سیب زمینی با 2 درصد نانو دی اکسید سیلیس76
نمودار 4-26- FTIR فیلم کنترل نشاسته سیب زمینی با 3 درصد نانو دی اکسید سیلیس77
نمودار 4-27- FTIR فیلم کنترل نشاسته سیب زمینی با 5 درصد نانو دی اکسید سیلیس
77
نمودار 4-28- FTIR فیلم کنترل نشاسته سیب زمینی با 1 درصد نانو خاک رس78
نمودار 4-29- FTIR فیلم کنترل نشاسته سیب زمینی با 2 درصد نانو خاک رس78
نمودار 4-30- FTIR فیلم کنترل نشاسته سیب زمینی با 3 درصد نانو خاک رس79
نمودار 4-31- FTIR فیلم کنترل نشاسته سیب زمینی با 5 درصد نانو خاک رس79
فهرست اشکال
شکل صفحه
شکل 1 – شکل میکروسکوپی نانو خاک رس 38
شکل2- شکل میکروسکوپی نانو دی اکسید سیلیس 38
شکل3- مراحل آماده سازی فیلم 39
شکل4- آزمون WVP 43
شکل5- آزمون حلالیت 45
شکل 6- آزمون WAC 46
شکل 7- ایزوم ترم 47
شکل 8- نمونه ای از فیلم 50
چکیده
نشاسته که به وفور در طبیعت یافت می شود به دلیل قیمت پایین، قابلیت تجدید شوندگی ، دارا بودن ویژگی های مکانیکی و مقاومت در برابر نفوذ گاز ها یکی از مواد خام جذاب برای استفاده در بسته بندی های مواد خوراکی محسوب می شود. یکی از معایب اصلی بایوپلیمرها آب دوستی آن ها میباشد که استفاده از آن ها را در صنعت بسته بندی محدود کرده است. استفاده از فناوری نانو در زمینه علم پلیمر به تولید پلیمر های نانو بایو کامپوزیت منجرشده است، این نانو بایو کامپوزیت ها زیست تخریب پذیر هستند ضمن این که خواص کاربردی مطلوبی از خود نشان می دهند. در این تحقیق اثر نانو دی اکسید سیلیکون و نانو خاک رس بر خواص مکانیکی، فیزیکو شیمیایی و نمودار تعادلی رطوبت فیلم های نشاسته سیب زمینی مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش فیلم نشاسته ای بر مبنای نشاسته سیب زمینی و افزودن پلاستی سایزر سوربیتول / گلیسرول به نسبت وزنی 3 به 1 به روش کاستینگ تهیه شد. دی اکسید سیلیکون و نانو خاک رس با غلظت های 0، 1، 2، 3، 5% به فیلم ها قبل از کاستینگ اضافه شده و به کمک امواج اولترا سونیک در فیلم ها یکنواخت شده و فیلم ها در شرایط کنترل شده خشک شدند. خواص فیزیکو شیمیایی شامل میزان جذب آب یا WAC1، عبور دهی نسبت به بخار آب یا WVP2 و خواص مکانیکی برای فیلم ها اندازه گیری شد.
هم چنین نمودار جذب تعادلی برای نانو بایو کامپوزیت ها نیز تعیین گردید. نتایج نشان داد که افزودن نانو ذرات دی اکسید سیلیکون و نانو خاک رس میزان جذب آب و نفوذ پذیری نسبت به بخار آب را به طور معنی داری (05/0 P<) کاهش می دهد. هم چنین نمودار جذب تعادلی فیلم های محتوی نانو ذرات دی اکسید سیلیکون به طور معنی داری پایین تر از فیلم های فاقد نانو ذرات قرار گرفت که حاکی از کاهش آب دوستی نانو بایو کامپوزیت می باشد. لذا افزودن ذرات نانو دی اکسید سیلیکون علاوه بر بهبود خواص اساسی فیلم های بایو پلیمری به آب گریزی آن ها نیز کمک می نماید.
فصل اول
مقدمه
1-1پیش زمینه
در گروه مواد تجدید شدنی بر پایه ی مواد پلیمری زیست تخریب پذیر، نشاسته یکی از قابل توجه ترین مواد بود به دلیل این که به آسانی در دسترس است ومی تواند محصولات نهایی موثری ایجاد کند. نشاسته فرم اصلی کربوهیدرات در گیاهان است. نشاسته یک پلیمر نیمه بلورین تشکیل شده از یک مخلوطی از آمیلوز یک پلی ساکارید خطی وآمیلوپکتین یک پلی ساکارید منشعب میباشد. نسبت مقدار آمیلوز و آمیلوپکتین به منبع گیاهی بستگی دارد. در کاربرد های بسته بندی، مواد برپایه نشاسته ، به دلیل زیست تخریب پذیری، به طور گسترده در دسترس بودن و هزینه ی کم مورد توجه زیاد واقع شده اند( زپا3 و همکاران، 2008)
نشاسته پلیمری از مولکولهای گلوکز است. این ماده در بافت های گیاهی به صورت دانه های جدا از هم یا گرانول وجود دارد که قطر آنها از2 تا100 میکرون متغیراست. گرانولها به لحاظ شکل ممکن است به صورتهای کروی، بیضی و یا چند وجهی باشند که با میکروسکوپ قابل بررسی هستند. این گرانولها اکثراً دارای یک مبدا مرکزی موسوم به هیلام میباشند که اغلب توسط حلقه های متحد المرکزی احاطه شده اند. مهم ترین منبع تهیه نشاسته، ذرت است اما نشاسته گندم، برنج، سیب زمینی، کاساوا و ساگو نیز تولید و به بازار عرضه میشود. دراین میان بزرگ ترین گرانولها مربوط به سیب زمینی و کوچک ترین آنها متعلق به برنج است. نشاسته از دو قسمت یا دو نوع مولکول پلیمری تشکیل شده است. یک قسمت به صورت خطی وفاقد انشعاب موسوم به آمیلوز است و قسمت دیگر که دارای انشعاب میباشد آمیلو پکتین نام دارد(فاطمی، 1384),
نشاسته ترکیب اصلی و مهم سیب زمینی می باشد که 17 تا21 درصد ازوزن تازه سیب زمینی و حدود 80 درصد ماده خشک آن راتشکیل میدهد. نشاسته به عنوان اندوخته ی غذایی بسیاری از گیاهان محسوب می شود.(یقبانی، 1387)
فناوری نانو به دلیل تعامل نزدیکی که با سایر رشتههای علوم دارد به سرعت در حال گسترش است و در این علم پلیمر را نیز از مزایای خود بی بهره نگذاشته است. استفاده از فناوری نانو در زمینهی علم پلیمر به تولید پلیمر های نانو کامپوزیت منجر شده است. نانوکامپوزیت ها پلیمر هایی هستند که درآنها از ترکیبات آلی یا غیر آلی مختلفی که دارای اشکال مختلف صفحه ای، کروی و یا به صورت ذرات ریز بوده واندازه ای در حد ابعاد نانو دارند به عنوان فیلر یا پرکننده استفاده میشود. فیلمهای حاصل از ترکیب نانو مواد و بیوپلیمرها و یا به اصطلاح نانوکامپوزیتهای بیوپلیمری خواص کاربردی مطلوبتری از خود نشان میدهند که مهمترین آنها افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش نفوذپذیری نسبت به بخار آب میباشد. افزایش بازدارندگی در برابر نفوذ گازها، افزایش کارایی فیلم در استفاده به عنوان بسته بندی فعال، افزایش مقاومت حرارتی ماده بسته بندی و ایجاد شفافیت و بهبود خواص ظاهری فیلم از دیگر مزایای نانوکامپوزیت های بیوپلیمری است.(قنبرزاده، 1388).
نانو رسها مهم ترین و پر کاربردترین موادی هستند که در تولید نانو کامپوزیتهای بیو پلیمری مورد استفاده قرار می گیرند. این دسته از نانو مواد نسبت به سایر مواد دارای دو ویژگی منحصر به فرد هستند که باعث گسترش استفاده از آن ها در تولید نانو کامپوزیتها گردیده است: توانایی نانو رسها درپخش شدن به صورت لایه های مجزا از هم و قابلیت تغییر در خواص سطحی این مواد و ایجاد سازگاری با انواع پلیمرها و بیو پلیمرها. تولید آسان تر و در نتیجه قیمت پایین تر، دسترسی آسان تر و سازگاری بیشتر با بیو پلیمرها از جمله دلایلی است که باعث افزایش توجه به استفاده از نانو رس ها در تولید نانو کامپوزیت های بیوپلیمری شده است.(قنبرزاده، 1388)
ترکیب شیمیایی سیلیکون دی اکساید که به عنوان سیلیکا شناخته می شود یک اکسید سیلیکون با فرمول شیمیاییSiO2 است. اکسید سیلیس از قدیم به دلیل سختی اش شناخته شده است. سیلیس معمولا در طبیعت به صورتsandy (شنی)، کوارتز، کریستالی (جامد)، بخار سیلیس، سیلیس کلوییدی، ژل سیلیس و آیروژل می باشد. سیلیس اصولا در تولید شیشه برای پنجره ها، شیشه نوشیدنی ها و … به کار میرود. بیشتر فیبر های نوری در زمینه ارتباطات از سیلیس ساخته می شوند. سیلیس یک افزودنی رایج درتولید مواد غذایی است که اصولا به عنوان یک عامل جاری شدن در موادغذاییپودری،یابرای جذب آب درکاربرد های هیگروسکوپیک(نمک گیری)استفاده می شود. سیلیکون جزء اولیه خاکستر سبوس برنج است که برای مثال در تصفیه کردن و هم چنین ساخت سیمان استفاده می شود.( ویکی پدیا)

1-2 اهمیت موضوع
نشاسته های دارای خواص عملکردی مانند نشاسته سیب زمینی، متقاضی زیادی در صنایع مختلف به ویژه صنایع غذایی دارند. در ایران تنها ذرت و گندم جهت تهیه ی نشاسته مصرف می شوند. با توجه به این که این دو محصول مصارف مهم تری در مقایسه با استخراج نشاسته دارند، لذا میتوان انتظار داشت که منبع مناسبی برای تولید نشاسته نباشند و سیب زمینی به دلایل زیر میتواند به عنوان جایگزینی برای آن مطرح شود:
1.امکان افزایش تولید با استفاده از بذور سالم و کشت مکانیزه
2.وجود امکانات و شرایط اقلیمی و جغرافیایی کشور برای افزایش سطح زیر کشت و تولید در تمام ایام سال
3.مزیت نسبی از نظر میزان استحصال نشاسته از واحد سطح
اگر چه هزینه تولید نشاسته در سیب زمینی بالاتر از سایر منابع است لیکن خواص عملکردی آن ممکن است مصرف آن را در محصولات خاصی توجیه سازد.(یقبانی، 1387)
نشاسته سیب زمینی به طور ذاتی چندین خصوصیت مطلوب دارد که به منظور بهبود و افزایش پایداری و سفتی ژل ها در بعضی مواد غذایی، به عنوان یک جزء مهم و اساسی بر نشاسته ذرت، گندم و سایر نشاسته ها ترجیح داده می شود. علاوه بر این در مقایسه با سایر نشاسته ها قدرت تورم و قدرت باند شدن بالایی از خود نشان می دهد در حالی که دمای ژلاتینه شدن پایینی دارد. (یقبانی، 1387)
بیو پلیمر ها نسبت به پلیمر های سنتزی دارای مزایایی هستند که مهم ترین آن ها زیست تخریب پذیری و تجدید پذیری این مواد است. بازدارندگی بیو پلیمر ها نسبت به گاز ها باعث افزایش ماندگاری محصولات تازه مثل میوه هاوسبزی ها می شود. بازدارندگی نسبت به ترکیبات فرار و روغن ها به حفظ کیفیت مواد غذایی در طول عرضه و نگهداری کمک می کند. علاوه بر این بیو پلیمر ها ترکیبات مناسبی برای حمل انواع مواد افزودنی و ضد میکروبی به حساب می آیند که با آزاد سازی کنترل شده این ترکیبات قادرند سرعت انواع فساد های میکروبی و شیمیایی را در مواد غذایی کاهش دهند. اما با این وجود خواص مکانیکی ضعیف و نفوذ پذیری بالا نسبت به بخارآب دو عیب اصلی بیو پلیمر ها محسوب می شود که با ورود فناوری نانو به این عرصه این مشکلات نیز برطرف شدند. فیلم های حاصل از ترکیب نانو مواد و بیو پلیمر ها و یا به اصطلاح نانو کامپوزیت های بیو پلیمری خواص کاربردی مطلوب تری از خود نشان میدهند که مهم ترین آن ها افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش نفوذ پذیری نسبت به بخارآب می باشد. افزایش بازدارندگی در برابر نفوذ گازها، افزایش کارایی فیلم در استفاده به عنوان بسته بندی فعال، افزایش مقاومت حرارتی ماده بسته بندی و ایجاد شفافیت و بهبود خواص ظاهری فیلم از دیگر مزایای نانو کامپوزیت های بیو پلیمری می باشد.(قنبرزاده،1388)

1-3 اهداف
1. بررسی اثرات نانو ذرات خاک رس و دی اکسید سیلیکون بر روی خواص مکانیکی فیلم های بر پایه نشاسته سیب زمینی
2. بررسی اثرات نانو ذرات خاک رس و دی اکسید سیلیکون بر روی خواص فیزیکو شیمیایی فیلم های بر پایه نشاسته سیب زمینی
3.بررسی اثرات نانو ذرات خاک رس و دی اکسید سیلیکون بر ویژگی های ممانعت کنندگی فیلم های بر پایه ی نشاسته سیب زمینی

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

4.بررسی اثرات نانو ذرات خاک رس و دی اکسید سیلیکون بر نمودار تعادلی رطوبت فیلم های بر پایه نشاسته سیب زمینی
1-4- سوالات پژوهشی
1. آیا نانو ذرات خاک رس و دی اکسید سیلیکون بر روی خواص مکانیکی فیلم های بر پایه نشاسته سیب زمینی اثر دارد؟
2. آیا نانو ذرات خاک رس و دی اکسید سیلیکون بر روی خواص فیزیکو شیمیایی فیلم های بر پایه نشاسته سیب زمینی اثر دارد؟
3.آیا نانو ذرات خاک رس و دی اکسید سیلیکون بر روی ویژگی های ممانعت کنندگی فیلم های بر پایه نشاسته سیب زمینی اثر دارد؟
4.آیا نانو ذرات خاک رس و دی اکسید سیلیکون بر نمودار تعادلی رطوبت فیلم های بر پایه نشاسته سیب زمینی اثر دارد؟

1-5 – محدودیت ها
در استفاده از ترکیبات نانو مورد استفاده در غلظت بالاتر از 5% ، به دلیل عدم حلالیت محدودیت وجود دارد.
1-6 – نمودارتحقیق
نمودار1-1: نمودار روش پژوهش
فصل دوم
مروری بر پژوهش های پیشین
2- 1بسته بندی
در جهان حدود 125 میلیون تن پلاستیک تولید می شود که حدود 30 میلیون تن آن در بخش بسته بندی مصرف می شود. آلودگی ناشی از مواد بسته بندی تولید شده از مشتقات نفتی و مشکلات ناشی از روش های مختلف آلودگی زدایی (مانند دفن کردن ، سوزاندن و بازیافت آنها) توجه پژوهشگران را در طی سال های اخیر به یافتن جایگزین های مناسب برای این نوع مواد بسته بندی معطوف کرده است.(فانگ4،2003)
امروزه بخش بزرگی از مواد استفاده شده در صنعت بسته بندی از فرآوردهای نفتی و پتروشیمی به دست می آیند که غیر قابل تجزیه در طبیعت بوده و مشکل زیست محیطی ایجاد میکنند. از این رو محققین همواره به دنبال راه حلهایی برای این موضوع میباشند. رشد روز افزون محصولات زیستی و توسعه تکنولوژیهای نوین سبب کاهش وابستگی به استفاده از سوخت های فسیلی گردیده است. در چند دهه اخیر میزان توجه و علاقه افراد به استفاده از بیو پلیمر ها به دلیل افزایش بیشتر آگاهی مصرف کنندگان، افزایش قیمت نفت خام، افزایش آلودگیهای زیست محیطی و تجزیه ناپذیر بودن پلیمر های نفتی و توجه به گرمای جهانی افزایش یافته است و سبب شده تلاش های فراوانی در جهت تولید مواد بسته بندی با منشا طبیعی(پروتئین، چربی و کربوهیدرات) به صورت فیلم یا پوشش صورت گیرد. این گونه بیو پلیمر ها در مقایسه با استفاده از پلاستیکها اثرات مخرب کمتری بر محیط زیست دارند.(لیاقتی ،1391)

2-1-1بسته بندی از دیدگاه محیط زیست
هدف اصلی از بسته بندی مواد غذایی از نظر تولید کنندگان و مصرف کنندگان این است که ضایعات یا به عبارتی میزان زباله را کاهش دهند. برای این منظور می توان روشهای نوینی را در سیستم بسته بندی ارائه نمود. جایگزین کردن سیستمهای جدید بسته بندی میتواند برای کلیه مصرف کنندگان و حتی تولید کنندگان مهم ترین هدف به شمار آید. به طور کلی آثار بسته بندی در محیط زیست را میتوان به دو گروه تقسیم نمود :
1) بسته بندی از دیدگاه محیط زیست و اقتصادی که شامل جمع آوری و استفاده مجدد از ضایعات ، صرفه جویی در مواد خام و انرژی و به عبارتی تولید انرژی با سوزاندن زباله و تخریب کامل ضایعات ظروف غیر قابل بازیافت است .
2) بستهبندی به عنوان آلایندههای محیط زیست(مواد اولیه مصرفی)، در حال حاضر افزون بر600 نوع قوطی در اندازهها، اشکال و انواع مختلف وجود دارد که برای بسته بندی 2500 نوع محصول مختلف به کار میرود. برای حفاظت در برابر خوردگی قوطی های فلزی، از انواع مرکب، چاپ و لاک استفاده میشود که همه غیر قابل بازیافتند. پلاستیکها با منشا مواد نفتی مثل پلی اولفینها، پلی استر ها، پلی آمیدها به علت در دسترس بودن در مقادیر زیاد و قیمت پایین و خصوصیات کاربردی مطلوب به طور گسترده ای به عنوان مواد بسته بندی به کار میروند. اما چنین ترکیباتی کاملا زیست تخریب ناپذیرند و منجر به آلودگی زیست محیطی میشوند. بنابراین استفاده از آن ها در هر شکل و نوعی باید محدود و حتی به تدریج به واسطه مشکلات دفع مواد زائد ممنوع گردد(لیاقتی،1391)
2-1-2 فیلم و پوشش های بسته بندی
فیلم یا پوشش به عنوان لایهای یکپارچه و نازک از ترکیبات پلیمر ی مختلف، بر روی موادغذایی قرار داده میشود. پوشش همان فیلمی است که جهت ماده غذایی به کار برده شده است. ساختار اصلی آن ها بر پایه پلیمر های طبیعی یا سنتزی با خواص ویژه هستند. عملکرد آن ها، ایجاد یک سد در مقابل انتقال مواد(آب، گاز و چربی )، حفظ و انتقال اجزاء مواد غذایی و افزودنیها و رنگها، طعم دهندهها)، جلوگیری از رشد ریز سازوارهها در سطوح مواد غذایی و نیز حفاظت مکانیکی آن ها میباشد. خواص کاربردی فیلمها به میزان زیادی متاثر از عللهایی مانند فرمولاسیون، تکنولوژی تهیه فیلم، ویژگیهای حلال و افزودنیهاست (لیاقتی، 1391)

2-1-3 کاربرد فیلم و پوششهای بسته بندی
برخی از اهداف تولید فیلم و پوششها به طور خلاصه عبارتند از:
1) کاهش مهاجرت اکسیژن، مواد مولد عطر و طعم، چربی و رطوبت
2)بهبود بخشیدن به کیفیت ظاهری غذا
3)تجزیه پذیر بودن
4)کاهش نیاز به استفاده از مواد بسته بندی بسپاری سنتزی (لیاقتی، 1391)
2-2- کامپوزیت
کامپوزیت ها ،ترکیبات ساخته شده از پلیمر و پر کننده آلی یا غیر آلی هستند. استفاده از پر کننده ای غیر آلی در ماتریکس پلیمر، استحکام و سفتی پلیمر را افزایش می دهد و تولید آن ها به صورت بالقوه می تواند باعث بهبود ویژگی های مکانیکی مواد بسته بندی و ظروف نشاسته ای گردد( سورنتینو5،2007 ؛ زپا،2009)

2-2-1 تعریف نانوتکنولوژی
مقیاس نانو، ابعادی کمتر از nm 100 (معمولا nm 0.1 تا nm 100)(Saxl o, 2003) را شامل می شود ، که شامل موادی یا سطوح خارجی بسیار زیاد و نا همگونی کم که پدیده های کوانتومی بروز می دهند می باشد. علم نانو، مطالعه پدیده ها و خواص نوین مواد ، دراین مقیاس (در حد اتم ها و مولکول ها ) می باشد. فناوری نانو، کاربرد دانش ، مهندسی و فناوری در مقیاس نانو در جهت تولید مواد و سیستم هایی است که وظایف خاص الکتریکی، مکانیکی ، بیولوژیکی ، شیمیایی یا محاسباتی را انجام می دهند. نانو تکنولوژی بر اساس ارائه خواص و عملکرد های نوینی از نانو ساختار ها ، دستگاه ها و سیستم ها به علت ساختار بسیار کوچک آن هاست. این دستگاه ها عموما کاربرد های بیولوژیکی و پزشکی دارند(Saxlo, 2003). به طور کلی نانو تکنولوژی، فن آوری تغییر در خواص مولکول های تشکیل دهنده مواد است. و به همین دلیل مقیاس نانو بهترین تعریف برای تکنولوژی میباشد.
2-2-2 تعریف نانو کامپوزیت
کامپوزیت ترکیبی از یک ماده زمینه و ماده ای به عنوان پر کننده است و به سه دسته ماکرو ، میکرو ، نانو تقسیم می شود. اگر یکی از مواد تقویت کننده مورد استفاده ، در مقیاس 1 تا 100 نانومتر باشند، به آن ها نانو کامپوزیت اطلاق می شود. به طور عام تقویت کننده می تواند به شکل های صفحه ای ، رشته ای یا ذره ای باشد. با نازک کردن لایه ها ، کوچک کردن قطر رشته ها و ریزتر کردن ذرات در حد نانو، به ترتیب در هر یک از تقویت کننده ذکر شده، می توان نانو کامپوزیت را ایجاد نمود.در سال های اخیر کاربرد فناوری نانو در تولید مواد پلاستیکی با کارایی بالا توسعه زیادی یافته است (چیوارک6،2009)
استفاده از نانو پرکننده ها در تولید کامپوزیت ها بسیار رایج شده و نانو کامپوزیت های حاصل ، ویژگی های مکانیکی و بازدارندگی بهتر و منحصر به فردی را نسبت به پلیمر خالص، نشان می دهند قابل ذکر است که نانو کامپوزیت ها این ویژگی را در مقادیر کم نانو پرکننده (معمولا کمتر از 5%) نشان می دهند(آل بویه،1391)
2-3 – بایو نانوکامپوزیت
2-3-1 بایو تکنولوژی
نانو بایو تکنولوژی حوزه نوظهور علمی و فنی است که گرایش چند رشته ای از علوم (شیمی ، زیست شناسی، فیزیک ، علم مواد) است. این حوزه از یک سو ، به فعالیت های هم گام علم مواد و بیولوژی اشاره دارد و از سوی دیگر حد فاصل علم فیزیک و بیولوژی است. نانو بایو تکنولوژی با سیستم هایی در مقیاس نانوکه با راهکار بالا به پائین ساخته شده اند(خرد کردن واحدهای بزرگتر به اجزای کوچکتر ) یا از روش پائین به بالا برای سامان دادن اجزا بهره می برند، سر کار دارند.(آل بویه ، 1391)
نانو بایو تکنولوژی بیش از آن که شاخه ای از بایو تکنولوژی باشد شاخه ای از نانو تکنولوژی است. بایو تکنولوژی از سازواره های زنده در کاربرد های صنعتی مختلف است، ولی نانو بایو تکنولوژی استفاده از قابلیت های نانو تکنولوژی در کاربرد های زیستی است. بنابراین واژه نانو بایو تکنولوژی نیز مانند واژه هایی چون بیو مکانیک و بیو متریال به استفاده از تکنولوژی های مختلف، در کاربرد های زیستی اشاره دارد و نه به استفاده از قابلیت های ارگانیزم های حیاتی در کاربرد های مختلف صنعتی(پاپر7، 1999). نانو کامپوزیت ها جایگزین خوبی برای بطری های پلاستیکی نوشیدنی ها هستند. استفاده از پلاستیک برای ساخت بطری باعث فساد و تغییر طعم نوشیدنی می شوند، نانو کامپوزیت ها می توانند به عنوان مواد بسته بندی جدید استفاده شوند، یک مثال نانو کامپوزیت های تشکیل شده از نشاسته سیب زمینی و کلسیم کربنات است، این فوم مقاومت خوبی به حرارت دارد، سبک و زیست تخریب پذیر است و می تواند برای بسته بندی مواد غذایی به کار رود. افزودن 5-3% از نانو خاک رس به ماده پلاستیک آن را سبک تر، قوی تر و مقاوم تر به حرارت می کند و خواص ممانعت کنندگی بهتر در برابر اکسیژن، دی اکسید کربن، رطوبت و مواد فرار دارد)آل بویه، 1391)
2-3-2 تعریف بایونانوکامپوزیت:
در طول چند سال اخیر “بایو نانو کامپوزیت” تبدیل به یک اصطلاح رایج برای تعیین نانوکامپوزیت ها که شامل پلیمر های طبیعی (بایو پلیمر ها) در ترکیب با مواد معدنی هستند و نشان دهنده حداقل یک بعد در مقیاس نانومتر هستند می باشد(روییز هیتزکی8 ،2005) . قسمت قابل توجه ای از تلاش ها در حال حاضر متمرکز است بر گسترش نانو کامپوزیت ها بر مبنای بایو پلیمر که ویژگی آن ها در مقایسه با نانو کامپوزیت های مشتق شده از پلیمر های سنتزی به خوبی شناخته شده است.(بهبود خواص مکانیکی ، پایداری حرارتی بالاتر ، مانع گازها)(الکساندر9،2000). علاوه بر این ویژگی ها بایو نانو کامپوزیت ها مزیت قابل توجه ای از زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری و برخی موارد بهبود ویژگی های عملکردی به وسیله ارائه بایولوژی یا بخش معدنی نشان دادند. موجودات زنده تولید کننده نانو کامپوزیت ها ی طبیعی هستند که آرایش سلسه مراتبی شگفت انگیز از ترکیبات آلی و معدنی از مقیاس نانو تا مقیاس میکرو را نشان می دهد.(داردر10، 2007)
2-4- نشاسته
نشاسته در بین بیو پلیمر ها مقاوم ترین فیلم را تولید میکند و خواص مکانیکی آن در مقایسه با سایر فیلمهای پلی ساکاریدی و هم چنین فیلمهای پروتئینی نسبتا بهتر میباشد. خواص مکانیکی فیلمهای نشاسته ای تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار دارد به عنوان مثال نسبت آمیلوز به آمیلو پکتین در نشاسته نقش تعیین کننده ای در خواص مکانیکی فیلم دارد یکی از عوامل موثر در خواص مکانیکی فیلمهای نشاستهای سایر ترکیباتی است که در فرمولاسیون محلول تشکیل دهنده فیلم مورد استفاده قرار میگیرند و مهم ترین عامل از این نظر میزان نرم کننده میباشد که استفاده بیش از حد از آن میتواند باعث تضعیف بیشتر خواص مکانیکی فیلم شده و کاربرد های فیلم نهایی را محدود سازد(قنبرزاده و همکاران، 1388).
نشاسته پلی ساکاریدی با دو پلیمر خطی آمیلوز و شاخه دار آمیلو پکتین می باشد. اغلب نشاسته ها حاوی حدود 25% آمیلوز و 75% آمیلوپکتین می باشند. برای نشاسته با آمیلوز بالا به دلیل قدرت تشکیل ژل خوب و ساختار پلیمر خطی مارپیچ ، یکی از مواد بسیار عالی و مفید برای تشکیل فیلم محسوب می گردد. (فورسل11،2002)
علاقه به استفاده از نشاسته به عنوان پر کننده به منظور زیست تخریب کردن در صنایع بسته بندی از سال 1970 آغاز شد، Griffin اولین کسی بود که از نشاسته به عنوان پر کننده در پلاستیک های سنتتیک استفاده کرد، او محصولی با بیش از 50% نشاسته بدست آورد که در آن از پلیمر سنتزی LDPE وTPS استفاده شد. این فیلم مانع عبور مایع بود اما در برابر گاز ها نفوذ پذیری داشت(گیلبرت12،2000؛ مالی13،2005). نشاسته به دلیل ماهیت پلیمری قابلیت فیلم سازی را دارد( بمیلر14، 2009).
نشاسته فیلم های شفاف، نیمه شفاف، بی طعم و بی مزه و بیرنگ تولید میکند(میلارینن15،2002). نشاسته به دلیل فراوانی در طبیعت (دومین بایو پلیمر فراوان در طبیعت است)، ارزان بودن و قابلیت ترمو پلاستیک شدن به عنوان ماده بسته بندی مورد توجه زیادی قرار دارد. هرچند نشاسته به تنهایی، دارای معایبی مانند آبدوستی بالا و ویژگی مکانیکی ضعیف (شکنندگی) می باشد.(قنبرزاده،2007؛ جی.اچ.لی16،2009)
عموما پلاستی سایزرها برای فیلم های خوراکی بر پایه نشاسته برای غلبه بر شکنندگی فیلم مورد استفاده قرار می گیرند. معمولا پلاستی سایزر هایی که برای فیلم های نشاسته ای استفاده می شود سوربیتول و گلیسرول است .یکی از معایب عمده فیلم های نشاسته مقاومت پائین آن ها به رطوبت است. (مالی، 2005)
فیلم هایی که بر پایه نشاسته تهیه می گردند نسبت به رطوبت نسبی محیط پیرامون حساس می باشند؛ به همین دلیل رطوبت نسبی محیط باعث تغییر ویژگی های مکانیکی و مقاومت نسبت به نفوذ گاز ها می گردد.( شی17، 2007)
نشاسته به دلیل ماهیت پلیمری قابلیت فیلم سازی دارد. به علاوه به دلیل قیمت مناسب و در دسترس بودن توجه زیادی به آن می شود.(بمیلر، 2009). یکی از معایب فیلم های نشاسته، مقاومت پایین آنها به رطوبت است(آهویناینن18، 2003). برای حل این مشکل می توان از چربی ها یا پلیمر های زیست تخریب پذیر مقاوم به رطوبت استفاده کرد.(کاتر19،2006)
نشاسته یک جزء غذایی عمده است و یک کربوهیدرات تجزیه پذیر که از هزاران واحد گلوکز ساخته شده است. نشاسته دربرگیرنده زنجیرههای خطی و شاخه دار مولکولهای گلوکز است که آمیلوز20 و آمیلو پکتین 21نامیده می شوند. آمیلوز که یک حالت خطی نشاسته است مسئول شکل گیری فیلم های قوی است. پیوند های فیزیکی در شبکه ماکرو مولکولی نشاسته بیشتر براساس آمیلوز هستند و بر خصوصیات مکانیکی فیلم ها تاثیر می گذارند از سوی دیگر، ساختار شاخه دار آمیلو پکتین عموماً باعث ایجاد فیلم هایی می شود که شکننده هستند.(فازیله22 و همکاران،2011)
نشاسته ترکیبی از دو پلیمر است آمیلوز، یک اتصال خطی (4 1 ) از glucan-D- و آمیلو پکتین، یک مولکول پر شاخه که از شاخه های کوچک (4 1 ) glucan-D- و پیوند (6 1)در اتصالات تشکیل شده است. طول زنجیره آمیلوز حدود 6000 واحد D – گلوکو پیرانوز، با وزن مولکولی بین 600000 – 150000 دالتون است. آمیلو پکتین،بر عکس بسیار پرشاخه است به طورمیانگین 26- 17 شاخه، با واحد های D- گلوکوزیل جدا شده از پیوند های (6 1 ) است. اندازهی مولکولی آمیلو پکتین بزرگتر از آن است که به طور دقیق مشخص شود ولی مطالعات پراکنش نور حدود 106 D- گلوکوزیل در هر مولکول را نشان داد که آمیلو پکتین را یکی از بزرگترین ماکرو مولکول های موجود در طبیعت میکنند. همهی نشاستهها از این دو ترکیب ساخته شدهاند. نسبت آن ها در نمونههای نشاسته معمولا 20 به 80 آمیلوز به آمیلو پکتین است (یقبانی و محمدزاده، 1384 ؛ قنبرزاده و همکاران، 1388 ؛فاسیهودین23 و همکاران،1999).
نشاسته که به وفور در طبیعت یافت میشود، به دلیل قیمت پائین، قابلیت تجدید شوندگی و بازیافت زیستی، یکی از مواد خام جذاب و مورد علاقه برای استفاده در بسته بندیهای خوراکی محسوب میگردد. علاوه بر این حساسیت زا نبوده و به دلیل دارا بودن ویژگیهای مکانیکی و مقاومت در برابر نفوذ گازها، امکان به کارگیری و استفاده از آن در صنایع غذایی وجود دارد ( الماسی و همکاران، 1388 ؛ جوانمرد و همکاران، 1385؛ امینی، 1391)
نشاسته در طبیعت به شکل نیمه کریستالی وجود دارد با این توضیح که شکل کریستالی آن منحصرا مربوط به بخش آمیلو پکتین و حالت آمورفی آن نمایانگر بخش آمیلوز می باشد. آمیلوز پلیمر خطی تشکیل یافته از واحد های گلوکو پیرانوز با پیوند های4-1-D-? گلیکوزیدی می باشد درحالی که آمیلو پکتین یک پلیمر شاخه ای است که دارای پیوند های 6-1-D-? گلیکوزیدی نیز می باشد و از پلیمر های طبیعی با وزن مولکولی بالا محسوب می شود.(لویی24 ،2003)
2-4-1 روش های تولید فیلم نشاسته


دیدگاهتان را بنویسید