براي آشنايي با گوشهاي از كاربردهاي نانو در مواد بستهبندي و خواص و نتايج آنها در بستهبنديهاي مختلف، مطلب زير را كه برگرفته از گزارشي است با عنوان <كاربرد نانوروكشها در صنعت بستهبندي> ميخوانيد.
با اين توضيح كه اصل گزارش توسط <شركت پژوهشگران عصر جديد> تهيه شده است. نام افراد و مراكز پژوهشي درگير در مطالعات و پژوهشهاي نانو نيز در اين گزارش آمده است.
بيشتر پوششهايي كه امروزه مورد استفاده قرار ميگيرند، اصطلاحا <خاموش> هستند، يعني تنها قابليت اعمال خاصيت اوليه خود را دارند، بدون اينكه توانايي سازگاري با محيط و اصلاح خواص در اثر تغيير شرايط محيط را داشته و يا بتوانند عيبها و نقايص بالقوه مانند مشكلات خوردگي را به كاربر اطلاع دهند. پوششهايي مبتني بر فنآوري نانو، امكان دسترسي به قابليتهاي چندمنظوره را فراهم مينمايند؛ بدين معني كه ميتوانند حداقل دو ويژگي همزمان مانند مقاومت بالا در برابر خوردگي و آبگريزي يا ابرآب گريزي (در زواياي تماس ۱۰۰ تا ۱۷۰) را داشته باشند.
محصولات نانوكامپوزيتي عموما به شكل پركنندههايي در شبكههاي پليمري همانند پلي پروپيلن، پلي آميدها، پلي استايرن، پلي متيل متاكريلات،SEBS و پلي آنيلين در صنايع بستهبندي به كار ميروند. پركنندههاي نانوكامپوزيتي موجود در بازار شامل موارد زير 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 -
نانوكامپوزيتها به دليل خواص حرارتي، مقاومت و رسانايي بهبود يافته، در حال حاضر براي بستهبندي نوشابههاي غيرالكلي، مواد غذايي مورد استفاده قرار ميگيرند. نانو مواد مقاومكننده مانند نانولولهها، كربن سياه با ابعاد نانومتري، سيليكا، كربنات كلسيم، اكسيدها، الياف كربني و تالك به عنوان افزودني در مخلوطهاي پليمري به كار ميروند. كامپوزيتهاي ساخته شده مبتني بر نانومواد رسي به عنوان مقاومهاي حرارتي و لايههاي عايق گاز در بستهبندي مواد غذايي و نوشيدني كاربرد دارند. نانوكامپوزيتهاي رسي جالبترين زمينه نوآوري در عرصه كامپوزيتها بوده و احتمالا طي ۱۰ تا ۱۵ سال آينده بيشترين سهم بازار را در اختيار خواهند داشت.
برچسبزني هوشمند و كاربردهاي مشابه براي صنايع غذايي و بستهبندي ميتواند استقبال مشتري، رتبه و كيفيت محصول را افزايش داده و براي فروش آنلاين مفيد واقع شود. فنآوري نانو همچنين ميتواند براي پيادهسازي پروتكلهاي رهگيري به منظور ارتقاي كيفيت و سلامت صنايع غذايي مورد استفاده قرار گيرد. هم اكنون فنآوري نانو در حوزه وسيع و در حال گسترشي از كاربردها به كار گرفته شده است.
پيشبيني ميشود حجم بازار صنعت چاپ رنگي در سطح جهان بيش از ۳۰۰ ميليارد دلار باشد و به نظر ميرسد با كنار گذاشتن تكنيكهاي مرسوم چاپ بتوان ارزش اين بازار را بالاتر برد. براي توليد عكسهاي با كيفيت، لازم است نقاط رنگي داراي اندازههاي ۵۰ ميكرومتر و يكنواختي كمتر از ۲+- درصد باشند. دقت مطلق بايد از ۲۰بهتر باشد و اين امر وقتي اتفاق ميافتد كه حجم هر قطره جوهر به اندازه ۳ پيكوليتر
(۳*۰۱- ۲۱Lit) و جرم آن ۱۰ نانوگرم باشد، در غير اين صورت شاهد بعضي تصاوير غيرحقيقي خواهيم بود. اكثر چاپگرها از روشهاي الكترونيكي و نرمافزاري گوناگوني استفاده ميكنند و پيچيدگي آنها به قدري زياد است كه به هوشمندترين ابزارهاي افشانهاي در سطح جهان تبديل شدهاند.
اميد خيلي زيادي براي توليد مواد بسيار ريز (نه فقط جوهر) براي ترسيم روي سطوح وجود دارد كه در صورت عملي شدن منجر به توليد طيف گستردهاي از محصولات و ابزارهايي (از باطريهاي خورشيدي گرفته تا قرصهاي دارويي) خواهد شد كه تا امروز به ويژه با قيمتهاي مشابه با هيچ روش ديگري قابل حصول نبودهاند. با كسب موفقيت در چاپگرهاي جوهرافشان روزي فرا خواهدرسيد كه ابزارهاي جوهرافشان همتراز با ساير كاربردها مخصوصا در صنعت الكترونيك قرار خواهند گرفت. با انجام تحقيقات وسيع براي فهم بهتر رازهاي شيميايي و فيزيكي قطرههاي جوهرافشان، در آينده عرصههاي تحت تاثير اين فنآوري، صرفا محدود به تصور دانشمندان و مهندسان خواهد شد.
كاهش قيمت نانومواد
تمايل به كاهش قيمت نانومواد باعث افزايش اقبال عمومي به كاربردهاي فنآوري نانو خواهد شد. در حال حاضر توليد نانومواد و نانولولهها كاملا گران است. علاوه بر اين، دسترسي به تمام خواص يك نانوماده به آن سادگي كه محققان ادعا كردهاند، نيست. تاكنون دسترسي به ۶۰ درصد خواص مورد نظر از بهترين نتايج علمي بوده است.
همچنين جوهرهاي هوشمند كاربردهاي مختلفي در بستهبندي پلاستيكي دارند. جوهرهاي هوشمند بعد از چاپ و خشك شدن، اطلاعاتي درباره بستهبندي و محتواي آن به ما خواهند داد. آنها ميتوانند هم به صورت بيروني، مثلا براي دادن اطلاعاتي در مورد دماي بستر (جوهرهاي ترموكروميك) و هم به صورت دروني، مثلا براي دادن اطلاعاتي در مورد گاز موجود در بستهبندي(MAP) استفاده شوند.
دانشمندان دانشگاه استراد كلايد انگلستان نيز توانستهاند جوهر آبي رنگي بسازند كه بر پايه حلالي بازگشتناپذير است. اين جوهر چنانچه در معرض نور ماوراي بنفش(UV) قرار گيرد، تمام رنگ خود را از دست داده، نسبت به اكسيژن حساس ميشود. اين جوهر تنها زماني رنگ اصلي خود را بازمييابد كه در معرض اكسيژن قرار گيرد. اين پديده در تصميمگيري به خريداران كمك ميكند و آنها را متوجه تازه بودن يا نبودن بستهبندي مواد غذايي مينمايد.
اين جوهر آشكارساز و بازگشتناپذير اكسيژن كه بر پايه حلال است، از نانوذرات نيمه هادي فوتوكاتاليست، رنگ احياكننده و محلول در حلال، افزودني احياكننده با قدرت متوسط و پليمر تشكيل شده است.
روكشهاي انسدادي موانع انتشار
نوشيدنيهاي خاصي همانند ماءالشعير سالهاي متمادي در بطريهاي پلي اتيلن عرضه نميشدند. نفوذپذيري بالاي اين مواد نسبت به اكسيژن منجر به كاهش عمر قفسهاي اين نوشيدنيها ميشد. سيليكاي لايهاي(SiOx) ميتواند نفوذ اكسيژن را تا حد زيادي كاهش دهد.
استحكام كششي/ استحكام ضربهاي
افزودن اجزاي نانومقياس به كامپوزيتها استحكام كششي و ضربهاي آنها را افزايش ميدهد. تاكنون بيشترين مقاومت كششي در نانولولههاي كربني مشاهده شده است. بنابراين انتظار ميرود اين مواد اهميت بسيار زيادي در آينده داشته باشند.
مقاومت در برابر آتش
ثابت شده است كه افزودنيهاي نانو همچون نانوذرات ميتوانند به عنوان عوامل ضد آتش در پليمرها به كار رفته و يا عملكرد عوامل ضد آتش فعلي را بهبود بخشند.
محافظت در برابر آتش
روكشهايي از فيلمهايي كه مانعي قوي در برابر نفوذ گاز ايجاد كرده، انعطافپذير و شفاف بوده و در مقابل تركخوردگي مقاوم باشند، اولويت بالايي براي بستهبنديهاي پلاستيكي محسوب ميشوند.
حفاظت در برابر اشعه ماوراي بنفش
يكي از خطرات بالقوه مهم براي ارگانيسمها، مواد آلي و سيستمهاي رنگي، قرار گرفتن در معرض تابشهاي پرانرژي ماوراي بنفشA وB است. در نتيجه جاذبهاي ماوراي بنفش مبتني بر ذرات ريز دياكسيد تيتانيوم ارايه شده و كارايي خود را نشان دادهاند. هم خود رنگدانههاي معدني و هم روكش آلي، تاييدهاي قانوني لازم را دارا بوده و در نتيجه اين محصولات ميتوانند بدون هيچ مشكلي در بستهبنديهاي مواد غذايي مورد استفاده قرار بگيرند.
روكشهاي ضد باكتري، ضد كثيفي
براي حل مشكلات روزافزون سلامتي و عمر قفسهاي غذا و حفاظت از عناصر حساس مدارهاي نمايشگرها، يك روكش انسدادي چندمنظوره روي فيلمهاي پلاستيكي مورد نياز است. براي ايجاد ويژگيهاي سدي (نفوذپذيري پايينتر در برابر اكسيژن و آب)، فعاليت ضد ميكروبي و ويژگيهاي مكانيكي و اپتيكي بهبوديافته، روكشها بايد عملكرد بهتري از خود نشان دهند. ميتوان از تغيير سطحي و يا روكشهاي نانوكامپوزيتي براي ايجاد سطوح نچسبي كه ميتوانند ذرات خاص را هدفگيري كنند، استفاده كرد. فنآوري روكشهاي انسدادي موجود روي فيلمهاي پليمري را ميتوان به طور تقريبي به دو دسته طبقهبندي كرد: مبتني بر فشار اتمسفر، و مبتني بر خلا.
فنآوريهاي اتمسفري شامل اعمال يك رنگ لاكي روي سطح و سپس پخت آن توسط حرارت، اشعه ماوراي بنفش يا اشعه الكتروني ميباشد. روكشهاي مبتني بر خلاء را ميتوان از آلومينيوم يا (براي بستهبنديهاي شفاف) از اكسيدهاي فلزي معدني توليد كرد. روكشهاي پيچيدهتر بهطور معمول تركيبي از اين دو نوع روكش هستند.
حدود ۵۰ درصد از بازار بستهبندي غذايي پلي پروپيلني، از روكشهاي پليوينيليدين كلرايد(PVdC) شفاف استفاده ميكنند. اين ترموپلاستيك شفاف و تقريبا بيرنگ نفوذپذيري بسيار پاييني در برابر گازها داشته و در نتيجه بو و طعم را خيلي بهتر از نوع قبلي خود(PVC) محافظت ميكند. با اين حال نگرانيهاي زيستمحيطيPVdC موجب شده است كه مواد ديگري همچون تركيبات چندلايه از رنگهاي لاكي و روكشهاي اكسيد فلزي توسعه يابند؛ اما اين فنآوريها پيچيده بوده و توليد آنها گران است.
كاهش ضايعات بستهبندي با استفاده از فنآوري نانو
شركت فرانسوي دانون كه در زمينه مواد غذايي و نوشيدني فعاليت ميكند، در يك پروژه تحقيقاتي كه ميتواند به توليد پلاستيكهاي محكمتر و كاهش ضايعات كمك نمايد، مشاركت ميكند. هدف اين پروژه كه با همكاري دانشگاهQueen و بلفاست و سرمايهگذاري ۵/۲ ميليون يورويي دولت انگليس آغاز شده است، كاهش استفاده از مواد خام و بهبود عملكرد پليمرهاست. محققان اميدوارند از طريق فنآوري نانو به اين كاركردها
دست يابند.
هدف اصلي اين پروژه تجاريسازي نمونه توليد شده و استفاده از آن در صنعت است. در حال حاضر صنعت پليمر سالانه در حدود ۱۸ ميليارد يورو براي اقتصاد انگليس درآمد ايجاد ميكند و نانوكامپوزيتها در سالهاي اخير رويكرد كاملا جديدي را در اين حوزه ايجاد كردهاند.
چشمانداز بازار آينده بستهبندي مبتني بر فنآوري نانو
سه سال قبل كمتر از ۴۰ محصول بستهبندي مبتني بر نانو در بازار وجود داشت، ولي اين ميزان در حال حاضر به بيش از ۴۰۰ محصول افزايش يافته است. طبق اين مطالعه در حال حاضر روندهاي عمده بازار شامل بهبود كيفيت بستهبنديها براي افزايش دوام مواد غذايي، كاركردهاي آنتي باكتريال و هوشمند ساختن بستهبنديهاست. حجم بازار محصولات بستهبندي مبتني بر فنآوري نانو از ۱۵۰ ميليون دلار در سال ۲۰۰۲ به ۹۸۰ ميليون دلار در سال ۲۰۰۶ افزايش يافته است. صنعت بستهبندي مواد غذايي به طور فزايندهاي در حال توسعه بوده و به سمت كاركردهاي چندگانه حركت ميكند.
نانوحسگرهاي استفاده شده در بستهبندي، مصرفكننده را قادر ميسازد تا از كيفيت مواد غذايي داخل بستهها آگاه شود. حسگرها، اطلاعاتي درباره وضعيت محتويات داخل بستهها از جمله فاسد شدن آنها در اختيار مصرفكننده قرار ميدهند. كشورهاي چين و تايوان بخش قابل توجهي از بازار بستهبندي مبتني بر فنآوري نانو را به خود اختصاص داده و رقباي خود را در اين عرصه با چالش مواجه كردهاند.
راهكارهاي فنآوري نانو براي رفع ضايعات بستهبندي
متخصصان مواد در دانشگاه شفيلد هالام با همكاري ۳۵ سازمان تحقيقاتي و دانشگاههايي از ۱۳ كشور اروپايي در حال انجام پروژهاي موسوم بهSustainpack براي كاهش اثرات زيستمحيطي ضايعات بستهبندي هستند.
اين پروژه كه در نوع خود يكي از بزرگترين پروژههاي تحقيقاتي اين حوزه به شمار ميرود، يك برنامه تحقيقاتي چهارساله و با بودجه تقريبي ۳۶ ميليون يورو است كه هدف آن توسعه عناصر بستهبندي كاملا زيستسازگار است. اين پروژه به دنبال توسعه بستهبنديهاي مبتني بر الياف است. براي تحقق اين هدف از كاربردها و راهكارهاي فنآوري نانو و زيست فنآوري براي ايجاد ارزش افزوده به مشتريان و مصرفكنندگان استفاده ميشود.
Sustainpack به دنبال تشويق استفاده گسترده از محصولات بستهبندي طبيعي سنتي با توليد عناصر بستهبندي كاملا تجزيهپذير و قابل بازيافت با استفاده از پليمرهاي زيستي و كاغذ است. افزايش استفاده از مواد طبيعي براي توليد بستهبنديهاي ضد آب منجر به كاهش چشمگير ميزان انرژي مورد نياز براي توليد بستهها از طريق كاهش توليد بستهبنديهاي مبتني بر محصولات پتروشيمي ميشود.
پيشبيني ميشود كه پروژهSustainpack به مواد بستهبندي قابل بازيافت مبتني براستانداردهاي صنعت، تا سال ۲۰۱۵ دست يابد.
دستيابي به كاربردهاي جديدي از فيلمهاي پليمري اوپال
تصور كنيد به هنگام تميز كردن يخچال خود، بتوانيد با يك نگاه به بستهبندي از تغيير رنگ بستههاي مواد غذايي فاسد بودنشان را تشخيص دهيد، يا اينكه با دست كشيدن روي اسكناس و تغيير رنگ آن به تقلبي بودن آن پي ببريد.
اينها تنها دو مورد از كاربردهاي تجاري نويدبخش نوعي فيلم پلاستيكي انعطافپذير جديد از نوع بلورهاي فوتونيكي است كه گروهي از دانشمندان انگليسي و آلماني موفق به توليد آن شدهاند و تركيبي از بهترين خواص نوري طبيعي و مصنوعي را با هم دارند. آنها همانند ديگر اوپالهاي مصنوعي از ساختارهايي خودآرا برخوردار هستند.
رفع مشكلات بستهبندي مواد غذايي
همه ما از مشكلات بستهبندي سسهاي گوجه فرنگي و مايونز آگاهي داريم. هنگام استفاده از اين مواد غذايي، گاهي اوقات تا ۲۰ درصد محتويات داخل قوطيها و بطريها در داخل آنها باقي ميماند. اين امر نه تنها براي مصرفكنندگان، بلكه براي بازيافت آنها نيز مشكلاتي ايجاد ميكند. زيرا براي بازيافت آنها ابتدا بايد باقيمانده بستهبنديها برطرف شوند كه اين امر پرهزينه و زمانبر بوده و آب زيادي مصرف ميكند.
موسسه فران هوفر آلمان و موسسهIGB در اشتوتگارت به همراه دانشگاه فنآوري مونيخ و تعدادي از شركاي صنعتي كه به وسيله وزارت آموزش و تحقيقات اين كشور حمايت ميشوند، از طريق يك پروژه مشترك به دنبال حل اين معضل هستند. در چارچوب اين پروژه، موادي براي استفاده در بستهبنديها توسعه خواهند يافت كه ميزان بازماندههاي بستهبنديهاي مواد غذايي را تا نصف و حتي بيشتر كاهش خواهد داد.
محققان اين پروژه از فيلمهاي نازك كه ضخامت آنها كمتر از ۲۰ نانومتر است، در داخل سطوح بستهبنديها استفاده ميكنند.
در اين پوشانندهها از پلاسما استفاده شده و اين فرايند از طريق جايگذاري پلاستيك در داخل يك خلا انجام ميشود. محققان اين موسسه معتقدند از پوشانندههاي مختلف با ويژگيهاي خاص در سطوح بستهبنديها استفاده ميشود
منبع : سايت IranPrint
