4-9- نفوذپذيري نسبت به اکسيژن 69
4-10- FTIR , UV 72
فصل پنجم : نتايج و پيشنهادات 80
پيشنهادات 82
منابع 83
چکيده انگليسي 94
فهرست جداول
جدول صفحه
جدول 4-1- رنگ سنجي براساس غلظت هاي نانو دي اکسيد سيليس 69
جدول 4-2- رنگ سنجي براساس خاک رس 69
جدول 4-3- بررسي ميزان نفوذپذيري اکسيژن 70
جدول 4-4- بررسي ميزان نفوذپذيري اکسيژن 71
فهرست نمودار
نمودار صفحه
نمودار 1-6- تحقيق 7
نمودار 4-2- اثر ميزان افزودن نانو خاک رس بر نفوذپذيري نانو کامپوزيت نشاسته سيب زميني..53
نمودار 4-3- اثر ميزان افزودن نانو دي اکسيد سيليس بر نفوذپذيري نانو کامپوزيت نشاسته
سيب زميني 53
نمودار 4-4- اثر ميزان افزودن نانو خاک رس بر حلاليت در آب نانو کامپوزيت نشاسته
سيب زميني 55
نمودار 4-5- اثر ميزان افزودن نانو دي اکسيد سيليس بر حلاليت در آب نانو کامپوزيت نشاسته
سيب زميني 56
نمودار 4-6- اثر ميزان افزودن نانو خاک رس بر ظرفيت جذب آب نانو کامپوزيت نشاسته
سيب زميني 57
نمودار 4-7- اثر ميزان افزودن نانو دي اکسيد سيليس بر ظرفيت جذب آب نانو کامپوزيت نشاسته
سيب زميني 57
نمودار 4-8- اثر ميزان افزودن نانو خاک رس بر کش آمدگي در نقطه شکست نانو کامپوزيت نشاسته
سيب زميني 60
نمودار 4-9- اثر افزودن نانو دي اکسيد سيليس بر کش آمدگي در نقطه شکست نانو کامپوزيت نشاسته
سيب زميني61
نمودار 4-10- اثر ميزان افزودن نانو خاک رس بر مقاومت کششي نانو کامپوزيت نشاسته
سيب زميني 61
نمودار 4-11- اثر ميزان افزودن نانو دي اکسيد سيليس بر مقاومت کششي نانو کامپوزيت نشاسته
سيب زميني 62
نمودار 4-12- اثر ميزان افزودن نانو خاک رس بر مدول الاستيک نانو کامپوزيت نشاسته
سيب زميني 62
نمودار 4-13- اثر ميزان افزودن نانو دي اکسيد سيليس بر مدول الاستيک نانو کامپوزيت نشاسته
سيب زميني 63
نمودار 4-14- جذب تعادلي فيلم نشاسته سيب زميني و فيلم نشاسته حاوي نانو دي اکسيد
سيليس65
نمودار 4-15- جذب تعادلي فيلم نشاسته سيب زميني و فيلم نشاسته حاوي نانو خاک رس66
نمودار 4-16- جذب تعادلي فيلم نشاسته حاوي نانو خاک رس و حاوي نانو دي اکسيد
سيليس66
نمودار 4-17- محتواي رطوبت در غلظت هاي مختلف نانو خاک رس67
نمودار 4-18- محتواي رطوبت در غلظت هاي مختلف نانو دي اکسيد سيليس 68
نمودار 4-19- ميزان عبور اشعه UV از فيلم هاي نشاسته سيب زميني با غلظت هاي مختلف نانو
خاک رس 73
نمودار 4-20- ميزان جذب اشعه UV از فيلم هاي نشاسته سيب زميني با غلظت هاي مختلف نانو
دي اکسيد سيليس 74
نمودار 4-21- ميزان عبور اشعه UV از فيلم هاي نشاسته سيب زميني با غلظت هاي مختلف نانو
دي اکسيد سيليس 74
نمودار 4-22- ميزان جذب اشعه UV از فيلم هاي نشاسته سيب زميني با غلظت هاي مختلف نانو
حح خاک رس 75
نمودار 4-23- FTIR فيلم کنترل نشاسته سيب زميني75
نمودار 4-24- FTIR فيلم کنترل نشاسته سيب زميني با 1 درصد نانو دي اکسيد سيليس76

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

نمودار 4-25- FTIR فيلم کنترل نشاسته سيب زميني با 2 درصد نانو دي اکسيد سيليس76
نمودار 4-26- FTIR فيلم کنترل نشاسته سيب زميني با 3 درصد نانو دي اکسيد سيليس77
نمودار 4-27- FTIR فيلم کنترل نشاسته سيب زميني با 5 درصد نانو دي اکسيد سيليس
77
نمودار 4-28- FTIR فيلم کنترل نشاسته سيب زميني با 1 درصد نانو خاک رس78
نمودار 4-29- FTIR فيلم کنترل نشاسته سيب زميني با 2 درصد نانو خاک رس78
نمودار 4-30- FTIR فيلم کنترل نشاسته سيب زميني با 3 درصد نانو خاک رس79
نمودار 4-31- FTIR فيلم کنترل نشاسته سيب زميني با 5 درصد نانو خاک رس79
فهرست اشکال
شکل صفحه
شکل 1 – شکل ميکروسکوپي نانو خاک رس 38
شکل2- شکل ميکروسکوپي نانو دي اکسيد سيليس 38
شکل3- مراحل آماده سازي فيلم 39
شکل4- آزمون WVP 43
شکل5- آزمون حلاليت 45
شکل 6- آزمون WAC 46
شکل 7- ايزوم ترم 47

شکل 8- نمونه اي از فيلم 50
چكيده
نشاسته که به وفور در طبيعت يافت مي شود به دليل قيمت پايين، قابليت تجديد شوندگي ، دارا بودن ويژگي هاي مکانيکي و مقاومت در برابر نفوذ گاز ها يکي از مواد خام جذاب براي استفاده در بسته بندي هاي مواد خوراکي محسوب مي شود. يکي از معايب اصلي بايوپليمرها آب دوستي آن ها ميباشد که استفاده از آن ها را در صنعت بسته بندي محدود کرده است. استفاده از فناوري نانو در زمينه علم پليمر به توليد پليمر هاي نانو بايو کامپوزيت منجرشده است، اين نانو بايو کامپوزيت ها زيست تخريب پذير هستند ضمن اين که خواص کاربردي مطلوبي از خود نشان مي دهند. در اين تحقيق اثر نانو دي اکسيد سيليکون و نانو خاک رس بر خواص مکانيکي، فيزيکو شيميايي و نمودار تعادلي رطوبت فيلم هاي نشاسته سيب زميني مورد بررسي قرار گرفت. در اين پژوهش فيلم نشاسته اي بر مبناي نشاسته سيب زميني و افزودن پلاستي سايزر سوربيتول / گليسرول به نسبت وزني 3 به 1 به روش کاستينگ تهيه شد. دي اکسيد سيليکون و نانو خاک رس با غلظت هاي 0، 1، 2، 3، 5% به فيلم ها قبل از کاستينگ اضافه شده و به کمک امواج اولترا سونيک در فيلم ها يکنواخت شده و فيلم ها در شرايط کنترل شده خشک شدند. خواص فيزيکو شيميايي شامل ميزان جذب آب يا WAC1، عبور دهي نسبت به بخار آب يا WVP2 و خواص مکانيکي براي فيلم ها اندازه گيري شد.
هم چنين نمودار جذب تعادلي براي نانو بايو کامپوزيت ها نيز تعيين گرديد. نتايج نشان داد که افزودن نانو ذرات دي اکسيد سيليکون و نانو خاک رس ميزان جذب آب و نفوذ پذيري نسبت به بخار آب را به طور معني داري (05/0 P<) کاهش مي دهد. هم چنين نمودار جذب تعادلي فيلم هاي محتوي نانو ذرات دي اکسيد سيليکون به طور معني داري پايين تر از فيلم هاي فاقد نانو ذرات قرار گرفت که حاکي از کاهش آب دوستي نانو بايو کامپوزيت مي باشد. لذا افزودن ذرات نانو دي اکسيد سيليکون علاوه بر بهبود خواص اساسي فيلم هاي بايو پليمري به آب گريزي آن ها نيز کمک مي نمايد.
فصل اول
مقدمه
1-1پيش زمينه
در گروه مواد تجديد شدني بر پايه ي مواد پليمري زيست تخريب پذير، نشاسته يکي از قابل توجه ترين مواد بود به دليل اين که به آساني در دسترس است ومي تواند محصولات نهايي موثري ايجاد کند. نشاسته فرم اصلي کربوهيدرات در گياهان است. نشاسته يک پليمر نيمه بلورين تشکيل شده از يک مخلوطي از آميلوز يک پلي ساکاريد خطي وآميلوپکتين يک پلي ساکاريد منشعب ميباشد. نسبت مقدار آميلوز و آميلوپکتين به منبع گياهي بستگي دارد. در کاربرد هاي بسته بندي، مواد برپايه نشاسته ، به دليل زيست تخريب پذيري، به طور گسترده در دسترس بودن و هزينه ي کم مورد توجه زياد واقع شده اند( زپا3 و همکاران، 2008)
نشاسته پليمري از مولکولهاي گلوکز است. اين ماده در بافت هاي گياهي به صورت دانه هاي جدا از هم يا گرانول وجود دارد که قطر آنها از2 تا100 ميکرون متغيراست. گرانولها به لحاظ شکل ممکن است به صورتهاي کروي، بيضي و يا چند وجهي باشند که با ميکروسکوپ قابل بررسي هستند. اين گرانولها اکثراً داراي يک مبدا مرکزي موسوم به هيلام ميباشند که اغلب توسط حلقه هاي متحد المرکزي احاطه شده اند. مهم ترين منبع تهيه نشاسته، ذرت است اما نشاسته گندم، برنج، سيب زميني، کاساوا و ساگو نيز توليد و به بازار عرضه ميشود. دراين ميان بزرگ ترين گرانولها مربوط به سيب زميني و کوچک ترين آنها متعلق به برنج است. نشاسته از دو قسمت يا دو نوع مولکول پليمري تشکيل شده است. يک قسمت به صورت خطي وفاقد انشعاب موسوم به آميلوز است و قسمت ديگر که داراي انشعاب ميباشد آميلو پکتين نام دارد(فاطمي، 1384),
نشاسته ترکيب اصلي و مهم سيب زميني مي باشد که 17 تا21 درصد ازوزن تازه سيب زميني و حدود 80 درصد ماده خشک آن راتشکيل ميدهد. نشاسته به عنوان اندوخته ي غذايي بسياري از گياهان محسوب مي شود.(يقباني، 1387)
فناوري نانو به دليل تعامل نزديکي که با ساير رشتههاي علوم دارد به سرعت در حال گسترش است و در اين علم پليمر را نيز از مزاياي خود بي بهره نگذاشته است. استفاده از فناوري نانو در زمينهي علم پليمر به توليد پليمر هاي نانو کامپوزيت منجر شده است. نانوکامپوزيت ها پليمر هايي هستند که درآنها از ترکيبات آلي يا غير آلي مختلفي که داراي اشکال مختلف صفحه اي، کروي و يا به صورت ذرات ريز بوده واندازه اي در حد ابعاد نانو دارند به عنوان فيلر يا پرکننده استفاده ميشود. فيلمهاي حاصل از ترکيب نانو مواد و بيوپليمرها و يا به اصطلاح نانوکامپوزيتهاي بيوپليمري خواص کاربردي مطلوبتري از خود نشان ميدهند که مهمترين آنها افزايش مقاومت مکانيکي و کاهش نفوذپذيري نسبت به بخار آب ميباشد. افزايش بازدارندگي در برابر نفوذ گازها، افزايش کارايي فيلم در استفاده به عنوان بسته بندي فعال، افزايش مقاومت حرارتي ماده بسته بندي و ايجاد شفافيت و بهبود خواص ظاهري فيلم از ديگر مزاياي نانوکامپوزيت هاي بيوپليمري است.(قنبرزاده، 1388).
نانو رسها مهم ترين و پر کاربردترين موادي هستند که در توليد نانو کامپوزيتهاي بيو پليمري مورد استفاده قرار مي گيرند. اين دسته از نانو مواد نسبت به ساير مواد داراي دو ويژگي منحصر به فرد هستند که باعث گسترش استفاده از آن ها در توليد نانو کامپوزيتها گرديده است: توانايي نانو رسها درپخش شدن به صورت لايه هاي مجزا از هم و قابليت تغيير در خواص سطحي اين مواد و ايجاد سازگاري با انواع پليمرها و بيو پليمرها. توليد آسان تر و در نتيجه قيمت پايين تر، دسترسي آسان تر و سازگاري بيشتر با بيو پليمرها از جمله دلايلي است که باعث افزايش توجه به استفاده از نانو رس ها در توليد نانو کامپوزيت هاي بيوپليمري شده است.(قنبرزاده، 1388)
ترکيب شيميايي سيليکون دي اکسايد که به عنوان سيليکا شناخته مي شود يک اکسيد سيليکون با فرمول شيمياييSiO2 است. اکسيد سيليس از قديم به دليل سختي اش شناخته شده است. سيليس معمولا در طبيعت به صورتsandy (شني)، کوارتز، کريستالي (جامد)، بخار سيليس، سيليس کلوييدي، ژل سيليس و آيروژل مي باشد. سيليس اصولا در توليد شيشه براي پنجره ها، شيشه نوشيدني ها و … به کار ميرود. بيشتر فيبر هاي نوري در زمينه ارتباطات از سيليس ساخته مي شوند. سيليس يک افزودني رايج درتوليد مواد غذايي است که اصولا به عنوان يک عامل جاري شدن در موادغذاييپودري،يابراي جذب آب درکاربرد هاي هيگروسکوپيک(نمک گيري)استفاده مي شود. سيليکون جزء اوليه خاکستر سبوس برنج است که براي مثال در تصفيه کردن و هم چنين ساخت سيمان استفاده مي شود.( ويکي پديا)

1-2 اهميت موضوع
نشاسته هاي داراي خواص عملکردي مانند نشاسته سيب زميني، متقاضي زيادي در صنايع مختلف به ويژه صنايع غذايي دارند. در ايران تنها ذرت و گندم جهت تهيه ي نشاسته مصرف مي شوند. با توجه به اين که اين دو محصول مصارف مهم تري در مقايسه با استخراج نشاسته دارند، لذا ميتوان انتظار داشت که منبع مناسبي براي توليد نشاسته نباشند و سيب زميني به دلايل زير ميتواند به عنوان جايگزيني براي آن مطرح شود:
1.امکان افزايش توليد با استفاده از بذور سالم و کشت مکانيزه
2.وجود امکانات و شرايط اقليمي و جغرافيايي کشور براي افزايش سطح زير کشت و توليد در تمام ايام سال
3.مزيت نسبي از نظر ميزان استحصال نشاسته از واحد سطح
اگر چه هزينه توليد نشاسته در سيب زميني بالاتر از ساير منابع است ليکن خواص عملکردي آن ممکن است مصرف آن را در محصولات خاصي توجيه سازد.(يقباني، 1387)
نشاسته سيب زميني به طور ذاتي چندين خصوصيت مطلوب دارد که به منظور بهبود و افزايش پايداري و سفتي ژل ها در بعضي مواد غذايي، به عنوان يک جزء مهم و اساسي بر نشاسته ذرت، گندم و ساير نشاسته ها ترجيح داده مي شود. علاوه بر اين در مقايسه با ساير نشاسته ها قدرت تورم و قدرت باند شدن بالايي از خود نشان مي دهد در حالي که دماي ژلاتينه شدن پاييني دارد. (يقباني، 1387)
بيو پليمر ها نسبت به پليمر هاي سنتزي داراي مزايايي هستند که مهم ترين آن ها زيست تخريب پذيري و تجديد پذيري اين مواد است. بازدارندگي بيو پليمر ها نسبت به گاز ها باعث افزايش ماندگاري محصولات تازه مثل ميوه هاوسبزي ها مي شود. بازدارندگي نسبت به ترکيبات فرار و روغن ها به حفظ کيفيت مواد غذايي در طول عرضه و نگهداري کمک مي کند. علاوه بر اين بيو پليمر ها ترکيبات مناسبي براي حمل انواع مواد افزودني و ضد ميکروبي به حساب مي آيند که با آزاد سازي کنترل شده اين ترکيبات قادرند سرعت انواع فساد هاي ميکروبي و شيميايي را در مواد غذايي کاهش دهند. اما با اين وجود خواص مکانيکي ضعيف و نفوذ پذيري بالا نسبت به بخارآب دو عيب اصلي بيو پليمر ها محسوب مي شود که با ورود فناوري نانو به اين عرصه اين مشکلات نيز برطرف شدند. فيلم هاي حاصل از ترکيب نانو مواد و بيو پليمر ها و يا به اصطلاح نانو کامپوزيت هاي بيو پليمري خواص کاربردي مطلوب تري از خود نشان ميدهند که مهم ترين آن ها افزايش مقاومت مکانيکي و کاهش نفوذ پذيري نسبت به بخارآب مي باشد. افزايش بازدارندگي در برابر نفوذ گازها، افزايش کارايي فيلم در استفاده به عنوان بسته بندي فعال، افزايش مقاومت حرارتي ماده بسته بندي و ايجاد شفافيت و بهبود خواص ظاهري فيلم از ديگر مزاياي نانو کامپوزيت هاي بيو پليمري مي باشد.(قنبرزاده،1388)

1-3 اهداف
1. بررسي اثرات نانو ذرات خاک رس و دي اکسيد سيليکون بر روي خواص مکانيکي فيلم هاي بر پايه نشاسته سيب زميني
2. بررسي اثرات نانو ذرات خاک رس و دي اکسيد سيليکون بر روي خواص فيزيکو شيميايي فيلم هاي بر پايه نشاسته سيب زميني
3.بررسي اثرات نانو ذرات خاک رس و دي اکسيد سيليکون بر ويژگي هاي ممانعت کنندگي فيلم هاي بر پايه ي نشاسته سيب زميني
4.بررسي اثرات نانو ذرات خاک رس و دي اکسيد سيليکون بر نمودار تعادلي رطوبت فيلم هاي بر پايه نشاسته سيب زميني
1-4- سوالات پژوهشي
1. آيا نانو ذرات خاک رس و دي اکسيد سيليکون بر روي خواص مکانيکي فيلم هاي بر پايه نشاسته سيب زميني اثر دارد؟
2. آيا نانو ذرات خاک رس و دي اکسيد سيليکون بر روي خواص فيزيکو شيميايي فيلم هاي بر پايه نشاسته سيب زميني اثر دارد؟
3.آيا نانو ذرات خاک رس و دي اکسيد سيليکون بر روي ويژگي هاي ممانعت کنندگي فيلم هاي بر پايه نشاسته سيب زميني اثر دارد؟
4.آيا نانو ذرات خاک رس و دي اکسيد سيليکون بر نمودار تعادلي رطوبت فيلم هاي بر پايه نشاسته سيب زميني اثر دارد؟

1-5 – محدوديت ها
در استفاده از ترکيبات نانو مورد استفاده در غلظت بالاتر از 5% ، به دليل عدم حلاليت محدوديت وجود دارد.
1-6 – نمودارتحقيق
نمودار1-1: نمودار روش پژوهش
فصل دوم
مروري بر پژوهش هاي پيشين
2- 1بسته بندي
در جهان حدود 125 ميليون تن پلاستيك توليد مي شود كه حدود 30 ميليون تن آن در بخش بسته بندي مصرف مي شود. آلودگي ناشي از مواد بسته بندي توليد شده از مشتقات نفتي و مشكلات ناشي از روش هاي مختلف آلودگي زدايي (مانند دفن كردن ، سوزاندن و بازيافت آنها) توجه پژوهشگران را در طي سال هاي اخير به يافتن جايگزين هاي مناسب براي اين نوع مواد بسته بندي معطوف كرده است.(فانگ4،2003)
امروزه بخش بزرگي از مواد استفاده شده در صنعت بسته بندي از فرآوردهاي نفتي و پتروشيمي به دست مي آيند که غير قابل تجزيه در طبيعت بوده و مشکل زيست محيطي ايجاد ميکنند. از اين رو محققين همواره به دنبال راه حلهايي براي اين موضوع ميباشند. رشد روز افزون محصولات زيستي و توسعه تکنولوژيهاي نوين سبب کاهش وابستگي به استفاده از سوخت هاي فسيلي گرديده است. در چند دهه اخير ميزان توجه و علاقه افراد به استفاده از بيو پليمر ها به دليل افزايش بيشتر آگاهي مصرف کنندگان، افزايش قيمت نفت خام، افزايش آلودگيهاي زيست محيطي و تجزيه ناپذير بودن پليمر هاي نفتي و توجه به گرماي جهاني افزايش يافته است و سبب شده تلاش هاي فراواني در جهت توليد مواد بسته بندي با منشا طبيعي(پروتئين، چربي و کربوهيدرات) به صورت فيلم يا پوشش صورت گيرد. اين گونه بيو پليمر ها در مقايسه با استفاده از پلاستيکها اثرات مخرب کمتري بر محيط زيست دارند.(لياقتي ،1391)

2-1-1بسته بندي از ديدگاه محيط زيست
هدف اصلي از بسته بندي مواد غذايي از نظر توليد کنندگان و مصرف کنندگان اين است که ضايعات يا به عبارتي ميزان زباله را کاهش دهند. براي اين منظور مي توان روشهاي نويني را در سيستم بسته بندي ارائه نمود. جايگزين کردن سيستمهاي جديد بسته بندي ميتواند براي کليه مصرف کنندگان و حتي توليد کنندگان مهم ترين هدف به شمار آيد. به طور کلي آثار بسته بندي در محيط زيست را ميتوان به دو گروه تقسيم نمود :
1) بسته بندي از ديدگاه محيط زيست و اقتصادي که شامل جمع آوري و استفاده مجدد از ضايعات ، صرفه جويي در مواد خام و انرژي و به عبارتي توليد انرژي با سوزاندن زباله و تخريب کامل ضايعات ظروف غير قابل بازيافت است .
2) بستهبندي به عنوان آلايندههاي محيط زيست(مواد اوليه مصرفي)، در حال حاضر افزون بر600 نوع قوطي در اندازهها، اشکال و انواع مختلف وجود دارد که براي بسته بندي 2500 نوع محصول مختلف به کار ميرود. براي حفاظت در برابر خوردگي قوطي هاي فلزي، از انواع مرکب، چاپ و لاک استفاده ميشود که همه غير قابل بازيافتند. پلاستيکها با منشا مواد نفتي مثل پلي اولفينها، پلي استر ها، پلي آميدها به علت در دسترس بودن در مقادير زياد و قيمت پايين و خصوصيات کاربردي مطلوب به طور گسترده اي به عنوان مواد بسته بندي به کار ميروند. اما چنين ترکيباتي کاملا زيست تخريب ناپذيرند و منجر به آلودگي زيست محيطي ميشوند. بنابراين استفاده از آن ها در هر شکل و نوعي بايد محدود و حتي به تدريج به واسطه مشکلات دفع مواد زائد ممنوع گردد(لياقتي،1391)
2-1-2 فيلم و پوشش هاي بسته بندي
فيلم يا پوشش به عنوان لايهاي يکپارچه و نازک از ترکيبات پليمر ي مختلف، بر روي موادغذايي قرار داده ميشود. پوشش همان فيلمي است که جهت ماده غذايي به کار برده شده است. ساختار اصلي آن ها بر پايه پليمر هاي طبيعي يا سنتزي با خواص ويژه هستند. عملکرد آن ها، ايجاد يک سد در مقابل انتقال مواد(آب، گاز و چربي )، حفظ و انتقال اجزاء مواد غذايي و افزودنيها و رنگها، طعم دهندهها)، جلوگيري از رشد ريز سازوارهها در سطوح مواد غذايي و نيز حفاظت مکانيکي آن ها ميباشد. خواص کاربردي فيلمها به ميزان زيادي متاثر از عللهايي مانند فرمولاسيون، تکنولوژي تهيه فيلم، ويژگيهاي حلال و افزودنيهاست (لياقتي، 1391)

2-1-3 کاربرد فيلم و پوششهاي بسته بندي
برخي از اهداف توليد فيلم و پوششها به طور خلاصه عبارتند از:
1) کاهش مهاجرت اکسيژن، مواد مولد عطر و طعم، چربي و رطوبت
2)بهبود بخشيدن به کيفيت ظاهري غذا
3)تجزيه پذير بودن
4)کاهش نياز به استفاده از مواد بسته بندي بسپاري سنتزي (لياقتي، 1391)
2-2- کامپوزيت
کامپوزيت ها ،ترکيبات ساخته شده از پليمر و پر کننده آلي يا غير آلي هستند. استفاده از پر کننده اي غير آلي در ماتريکس پليمر، استحکام و سفتي پليمر را افزايش مي دهد و توليد آن ها به صورت بالقوه مي تواند باعث بهبود ويژگي هاي مکانيکي مواد بسته بندي و ظروف نشاسته اي گردد( سورنتينو5،2007 ؛ زپا،2009)

2-2-1 تعريف نانوتکنولوژي
مقياس نانو، ابعادي کمتر از nm 100 (معمولا nm 0.1 تا nm 100)(Saxl o, 2003) را شامل مي شود ، که شامل موادي يا سطوح خارجي بسيار زياد و نا همگوني کم که پديده هاي کوانتومي بروز مي دهند مي باشد. علم نانو، مطالعه پديده ها و خواص نوين مواد ، دراين مقياس (در حد اتم ها و مولکول ها ) مي باشد. فناوري نانو، کاربرد دانش ، مهندسي و فناوري در مقياس نانو در جهت توليد مواد و سيستم هايي است که وظايف خاص الکتريکي، مکانيکي ، بيولوژيکي ، شيميايي يا محاسباتي را انجام مي دهند. نانو تکنولوژي بر اساس ارائه خواص و عملکرد هاي نويني از نانو ساختار ها ، دستگاه ها و سيستم ها به علت ساختار بسيار کوچک آن هاست. اين دستگاه ها عموما کاربرد هاي بيولوژيکي و پزشکي دارند(Saxlo, 2003). به طور کلي نانو تکنولوژي، فن آوري تغيير در خواص مولکول هاي تشکيل دهنده مواد است. و به همين دليل مقياس نانو بهترين تعريف براي تکنولوژي ميباشد.
2-2-2 تعريف نانو کامپوزيت
کامپوزيت ترکيبي از يک ماده زمينه و ماده اي به عنوان پر کننده است و به سه دسته ماکرو ، ميکرو ، نانو تقسيم مي شود. اگر يکي از مواد تقويت کننده مورد استفاده ، در مقياس 1 تا 100 نانومتر باشند، به آن ها نانو کامپوزيت اطلاق مي شود. به طور عام تقويت کننده مي تواند به شکل هاي صفحه اي ، رشته اي يا ذره اي باشد. با نازک کردن لايه ها ، کوچک کردن قطر رشته ها و ريزتر کردن ذرات در حد نانو، به ترتيب در هر يک از تقويت کننده ذکر شده، مي توان نانو کامپوزيت را ايجاد نمود.در سال هاي اخير کاربرد فناوري نانو در توليد مواد پلاستيکي با کارايي بالا توسعه زيادي يافته است (چيوارک6،2009)
استفاده از نانو پرکننده ها در توليد کامپوزيت ها بسيار رايج شده و نانو کامپوزيت هاي حاصل ، ويژگي هاي مکانيکي و بازدارندگي بهتر و منحصر به فردي را نسبت به پليمر خالص، نشان مي دهند قابل ذکر است که نانو کامپوزيت ها اين ويژگي را در مقادير کم نانو پرکننده (معمولا کمتر از 5%) نشان مي دهند(آل بويه،1391)
2-3 – بايو نانوکامپوزيت
2-3-1 بايو تکنولوژي
نانو بايو تکنولوژي حوزه نوظهور علمي و فني است که گرايش چند رشته اي از علوم (شيمي ، زيست شناسي، فيزيک ، علم مواد) است. اين حوزه از يک سو ، به فعاليت هاي هم گام علم مواد و بيولوژي اشاره دارد و از سوي ديگر حد فاصل علم فيزيک و بيولوژي است. نانو بايو تکنولوژي با سيستم هايي در مقياس نانوکه با راهکار بالا به پائين ساخته شده اند(خرد کردن واحدهاي بزرگتر به اجزاي کوچکتر ) يا از روش پائين به بالا براي سامان دادن اجزا بهره مي برند، سر کار دارند.(آل بويه ، 1391)
نانو بايو تکنولوژي بيش از آن که شاخه اي از بايو تکنولوژي باشد شاخه اي از نانو تکنولوژي است. بايو تکنولوژي از سازواره هاي زنده در کاربرد هاي صنعتي مختلف است، ولي نانو بايو تکنولوژي استفاده از قابليت هاي نانو تکنولوژي در کاربرد هاي زيستي است. بنابراين واژه نانو بايو تکنولوژي نيز مانند واژه هايي چون بيو مکانيک و بيو متريال به استفاده از تکنولوژي هاي مختلف، در کاربرد هاي زيستي اشاره دارد و نه به استفاده از قابليت هاي ارگانيزم هاي حياتي در کاربرد هاي مختلف صنعتي(پاپر7، 1999). نانو کامپوزيت ها جايگزين خوبي براي بطري هاي پلاستيکي نوشيدني ها هستند. استفاده از پلاستيک براي ساخت بطري باعث فساد و تغيير طعم نوشيدني مي شوند، نانو کامپوزيت ها مي توانند به عنوان مواد بسته بندي جديد استفاده شوند، يک مثال نانو کامپوزيت هاي تشکيل شده از نشاسته سيب زميني و کلسيم کربنات است، اين فوم مقاومت خوبي به حرارت دارد، سبک و زيست تخريب پذير است و مي تواند براي بسته بندي مواد غذايي به کار رود. افزودن 5-3% از نانو خاک رس به ماده پلاستيک آن را سبک تر، قوي تر و مقاوم تر به حرارت مي کند و خواص ممانعت کنندگي بهتر در برابر اکسيژن، دي اکسيد کربن، رطوبت و مواد فرار دارد)آل بويه، 1391)
2-3-2 تعريف بايونانوکامپوزيت:
در طول چند سال اخير “بايو نانو کامپوزيت” تبديل به يک اصطلاح رايج براي تعيين نانوکامپوزيت ها که شامل پليمر هاي طبيعي (بايو پليمر ها) در ترکيب با مواد معدني هستند و نشان دهنده حداقل يک بعد در مقياس نانومتر هستند مي باشد(روييز هيتزکي8 ،2005) . قسمت قابل توجه اي از تلاش ها در حال حاضر متمرکز است بر گسترش نانو کامپوزيت ها بر مبناي بايو پليمر که ويژگي آن ها در مقايسه با نانو کامپوزيت هاي مشتق شده از پليمر هاي سنتزي به خوبي شناخته شده است.(بهبود خواص مکانيکي ، پايداري حرارتي بالاتر ، مانع گازها)(الکساندر9،2000). علاوه بر اين ويژگي ها بايو نانو کامپوزيت ها مزيت قابل توجه اي از زيست سازگاري، زيست تخريب پذيري و برخي موارد بهبود ويژگي هاي عملکردي به وسيله ارائه بايولوژي يا بخش معدني نشان دادند. موجودات زنده توليد کننده نانو کامپوزيت ها ي طبيعي هستند که آرايش سلسه مراتبي شگفت انگيز از ترکيبات آلي و معدني از مقياس نانو تا مقياس ميکرو را نشان مي دهد.(داردر10، 2007)
2-4- نشاسته
نشاسته در بين بيو پليمر ها مقاوم ترين فيلم را توليد ميکند و خواص مکانيکي آن در مقايسه با ساير فيلمهاي پلي ساکاريدي و هم چنين فيلمهاي پروتئيني نسبتا بهتر ميباشد. خواص مکانيکي فيلمهاي نشاسته اي تحت تاثير عوامل مختلفي قرار دارد به عنوان مثال نسبت آميلوز به آميلو پکتين در نشاسته نقش تعيين کننده اي در خواص مکانيکي فيلم دارد يکي از عوامل موثر در خواص مکانيکي فيلمهاي نشاستهاي ساير ترکيباتي است که در فرمولاسيون محلول تشکيل دهنده فيلم مورد استفاده قرار ميگيرند و مهم ترين عامل از اين نظر ميزان نرم کننده ميباشد که استفاده بيش از حد از آن ميتواند باعث تضعيف بيشتر خواص مکانيکي فيلم شده و کاربرد هاي فيلم نهايي را محدود سازد(قنبرزاده و همکاران، 1388).
نشاسته پلي ساکاريدي با دو پليمر خطي آميلوز و شاخه دار آميلو پکتين مي باشد. اغلب نشاسته ها حاوي حدود 25% آميلوز و 75% آميلوپکتين مي باشند. براي نشاسته با آميلوز بالا به دليل قدرت تشکيل ژل خوب و ساختار پليمر خطي مارپيچ ، يکي از مواد بسيار عالي و مفيد براي تشکيل فيلم محسوب مي گردد. (فورسل11،2002)
علاقه به استفاده از نشاسته به عنوان پر کننده به منظور زيست تخريب کردن در صنايع بسته بندي از سال 1970 آغاز شد، Griffin اولين کسي بود که از نشاسته به عنوان پر کننده در پلاستيک هاي سنتتيک استفاده کرد، او محصولي با بيش از 50% نشاسته بدست آورد که در آن از پليمر سنتزي LDPE وTPS استفاده شد. اين فيلم مانع عبور مايع بود اما در برابر گاز ها نفوذ پذيري داشت(گيلبرت12،2000؛ مالي13،2005). نشاسته به دليل ماهيت پليمري قابليت فيلم سازي را دارد( بميلر14، 2009).
نشاسته فيلم هاي شفاف، نيمه شفاف، بي طعم و بي مزه و بيرنگ توليد ميکند(ميلارينن15،2002). نشاسته به دليل فراواني در طبيعت (دومين بايو پليمر فراوان در طبيعت است)، ارزان بودن و قابليت ترمو پلاستيک شدن به عنوان ماده بسته بندي مورد توجه زيادي قرار دارد. هرچند نشاسته به تنهايي، داراي معايبي مانند آبدوستي بالا و ويژگي مکانيکي ضعيف (شکنندگي) مي باشد.(قنبرزاده،2007؛ جي.اچ.لي16،2009)
عموما پلاستي سايزرها براي فيلم هاي خوراکي بر پايه نشاسته براي غلبه بر شکنندگي فيلم مورد استفاده قرار مي گيرند. معمولا پلاستي سايزر هايي که براي فيلم هاي نشاسته اي استفاده مي شود سوربيتول و گليسرول است .يکي از معايب عمده فيلم هاي نشاسته مقاومت پائين آن ها به رطوبت است. (مالي، 2005)
فيلم هايي که بر پايه نشاسته تهيه مي گردند نسبت به رطوبت نسبي محيط پيرامون حساس مي باشند؛ به همين دليل رطوبت نسبي محيط باعث تغيير ويژگي هاي مکانيکي و مقاومت نسبت به نفوذ گاز ها مي گردد.( شي17، 2007)
نشاسته به دليل ماهيت پليمري قابليت فيلم سازي دارد. به علاوه به دليل قيمت مناسب و در دسترس بودن توجه زيادي به آن مي شود.(بميلر، 2009). يکي از معايب فيلم هاي نشاسته، مقاومت پايين آنها به رطوبت است(آهويناينن18، 2003). براي حل اين مشکل مي توان از چربي ها يا پليمر هاي زيست تخريب پذير مقاوم به رطوبت استفاده کرد.(کاتر19،2006)
نشاسته يک جزء غذايي عمده است و يک کربوهيدرات تجزيه پذير که از هزاران واحد گلوکز ساخته شده است. نشاسته دربرگيرنده زنجيرههاي خطي و شاخه دار مولکولهاي گلوکز است که آميلوز20 و آميلو پکتين 21ناميده مي شوند. آميلوز که يک حالت خطي نشاسته است مسئول شکل گيري فيلم هاي قوي است. پيوند هاي فيزيکي در شبکه ماکرو مولکولي نشاسته بيشتر براساس آميلوز هستند و بر خصوصيات مکانيکي فيلم ها تاثير مي گذارند از سوي ديگر، ساختار شاخه دار آميلو پکتين عموماً باعث ايجاد فيلم هايي مي شود که شکننده هستند.(فازيله22 و همکاران،2011)
نشاسته ترکيبي از دو پليمر است آميلوز، يک اتصال خطي (4 1 ) از glucan-D- و آميلو پکتين، يک مولکول پر شاخه که از شاخه هاي کوچک (4 1 ) glucan-D- و پيوند (6 1)در اتصالات تشکيل شده است. طول زنجيره آميلوز حدود 6000 واحد D – گلوکو پيرانوز، با وزن مولکولي بين 600000 – 150000 دالتون است. آميلو پکتين،بر عکس بسيار پرشاخه است به طورميانگين 26- 17 شاخه، با واحد هاي D- گلوکوزيل جدا شده از پيوند هاي (6 1 ) است. اندازهي مولکولي آميلو پکتين بزرگتر از آن است که به طور دقيق مشخص شود ولي مطالعات پراکنش نور حدود 106 D- گلوکوزيل در هر مولکول را نشان داد که آميلو پکتين را يکي از بزرگترين ماکرو مولکول هاي موجود در طبيعت ميکنند. همهي نشاستهها از اين دو ترکيب ساخته شدهاند. نسبت آن ها در نمونههاي نشاسته معمولا 20 به 80 آميلوز به آميلو پکتين است (يقباني و محمدزاده، 1384 ؛ قنبرزاده و همکاران، 1388 ؛فاسيهودين23 و همکاران،1999).
نشاسته که به وفور در طبيعت يافت ميشود، به دليل قيمت پائين، قابليت تجديد شوندگي و بازيافت زيستي، يکي از مواد خام جذاب و مورد علاقه براي استفاده در بسته بنديهاي خوراکي محسوب ميگردد. علاوه بر اين حساسيت زا نبوده و به دليل دارا بودن ويژگيهاي مکانيکي و مقاومت در برابر نفوذ گازها، امکان به کارگيري و استفاده از آن در صنايع غذايي وجود دارد ( الماسي و همکاران، 1388 ؛ جوانمرد و همکاران، 1385؛ اميني، 1391)
نشاسته در طبيعت به شکل نيمه کريستالي وجود دارد با اين توضيح که شکل کريستالي آن منحصرا مربوط به بخش آميلو پکتين و حالت آمورفي آن نمايانگر بخش آميلوز مي باشد. آميلوز پليمر خطي تشکيل يافته از واحد هاي گلوکو پيرانوز با پيوند هاي4-1-D-? گليکوزيدي مي باشد درحالي که آميلو پکتين يک پليمر شاخه اي است که داراي پيوند هاي 6-1-D-? گليکوزيدي نيز مي باشد و از پليمر هاي طبيعي با وزن مولکولي بالا محسوب مي شود.(لويي24 ،2003)
2-4-1 روش هاي توليد فيلم نشاسته


پاسخ دهید