فهرست جداول. ح
فهرست شکل ها ک
چکیده 1
فصل اول: کلیات… 2
1-1- پیش زمینه. 3
1-2- اهمیت موضوع. 5
1-3- اهداف پژوهش… 9
1-3-1- هدف اصلی.. 9
2-3-1- اهداف اختصاصی.. 10
1-4- پرسشهای تحقیق.. 10
1-5- محدودیتهای تحقیق.. 10
1-6- نمودار تحقیق.. 10
فصل دوم: ی بر پژوهش های پیشین.. 12
2-1- کامپوزیت.. 13
1-1-2- کامپوزیت‌های سبز(کامپوزیت‌های زیست‌تجزیه‌پذیر) 14
2-2- نانو کامپوزیت.. 14
1-2-2- تعریف نانوتکنولوژی.. 14
2-2-2- تعریف نانو کامپوزیت.. 15
2-3- بایو نانوکامپوزیت.. 15
1-3-2- بایو تکنولوژی.. 15
2-3-2 تعریف بایونانوکامپوزیت.. 16
3-3-2 بایو نانوکامپوزیت سبز. 17
2-4- نانو رسها ( سیلیکاتهای لایهای) 18
2-5- نشاسته و نشاسته سیب زمینی.. 23
1-5-2- تولید فیلم نشاسته. 24
2-5-2- خواص کاربردی فیلمهای نشاسته ای.. 28
2-5-2-1- بازدارندگی نسبت به بخار آب.. 28
2-5-2-2- بازدارندگی نسبت به گازها و ترکیبات فرار. 29
2-5-2-3- خواص مکانیکی.. 29
2-5-2-4- رنگ… 32
2-5-2-5- پلاستی سایزرها 32
2-5-3- نشاسته سیب زمینی.. 33
2-6- ژلاتین.. 36
2-6-1- پوششها و فیلمهای بر پایه ژلاتین.. 36
2-6-2- تعریف ژلاتین.. 36
2-6-3- کاربردهای ژلاتین در صنایع مختلف… 38
2-6-4- کلاژن. 38
2-6-5- تبدیل کلاژن به ژلاتین.. 39
2-6-6- شیمی ژلاتین.. 42
2-6-7- ترکیب آمینو اسیدی ژلاتین.. 43
2-6-8- نقطه ایزوالکتریک ژلاتین.. 45
2-6-9- تولید ژلاتین.. 46
2-6-9-1- روش اسیدی.. 47
2-6-9-2- روش قلیایی.. 47
2-6-10- تشکیل فیلم و خصوصیات.. 48
فصل سوم: مواد و روش ها 49
3-1- مواد. 50
3-2 روش تهیه فیلمهای نانوبایوکامپوزیتی.. 51
3-3 ضخامت فیلم. 52
3-4 آنالیز فیلم. 53
3-4-1- ویژگی های مکانیکی.. 53
3-4-2- رنگ سنجی.. 55
3-4-3- نفوذ پذیری بخار آب (WVP) 56
3-4-4- بررسی تعامل مواد شیمیاییFTIR.. 56
3-4-5- حلالیت فیلم ها 57
3-4-6- ظرفیت جذب آب (WAC) 57
3-4-7- ایزوترم جذب.. 58
3-4-8- اشعه مرئی – UV.. 59
3-4-9- نفوذ پذیری به اکسیژن. 59
3-5- تجزیه و تحلیل آماری.. 60
فصل چهارم: نتایج و بحث… 60
4-1- ارزیابی کیفی فیلمها 61
4-2-اندازه گیری رطوبت.. 62
4-3- اندازه گیری حلالیت.. 63
4-4-اندازه گیری میزان جذب آب.. 64
4-5- تعیین میزان نفوذ پذیری به بخار آب.. 65
4-6- نفوذ پذیری به اکسیژن. 70
4-7- اندازه گیری ویژگیهای مکانیکی.. 76
4-8- رنگ… 82
4-9- uv. 85
4-11- مدلسازی ایزوترم جذب.. 89
4-11-2- بررسی اثر ژلاتین بر ایزوترم جذب تعادلی فیلمهای ترکیبی نشاسته سیب زمینی.. 91
4-11-3- بررسی اثر نانو ذرات خاک رس بر ایزوترم جذب تعادلی فیلمهای ترکیبی نشاسته سیب زمینی/ژلاتین.. 92
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات… 93
5-1- نتیجه گیری.. 94
5-2- پیشنهادات.. 96
منابع و مراجع.. 98
English Abstarct: 104
چکیده
در این کار تحقیقاتی تولید و بررسی خصوصیات فیلمهای ترکیبی نشاسته سیب زمینی و ژلاتین/ نانو خاک رس مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور نانو خاک رس در نسبتهای 1%، 3% و 5% پلاستیسایزر40% به فیلمهای ترکیبی نشاسته سیب زمینی و ژلاتین اضافه شد. پس از آماده شدن محلول نانو و اضافه شدن به فیلمهای ترکیبی نشاسته سیب زمینی و ژلاتین، این فیلمها به روش کاستینگ تحت شرایط کنترل شده تهیه شد. خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی، عبور دهی در برابر بخار آب و اکسیژن و ایزوترم فیلمها تحت شرایط استاندارد مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمون مکانیکی فیلمهای ترکیبی نشاسته سیب زمینی و ژلاتین/ نانو خاک رس نشان داد که استحکام کششی از 08/26 تا 39/34 مگاپاسکال افزایش، درصد کشیدگی از 35/12 تا 03/7 درصد کاهش و مدول یانگ از1133/17 تا 1395/03 مگاپاسکال افزایش معنی دار داشت. برای فیلمهای ترکیبی نشاسته سیب زمینی و ژلاتین/ نانو خاک رس، کاهش نفوذ پذیری به بخار آب از 15/5 تا 77/4 (g/m.s.pa 10-7 ) و نفوذ یذیری به اکسیژن از 06/4 تا 05/4 cc–mil [m2. day]، میزان جذب آب، حلالیت و محتوای رطوبت فیلمهای ترکیبی نشاسته سیب زمینی و ژلاتین/ نانو خاک رس، نشان داده شد. بررسی پارامترهای رنگی نشان داد که با افزایش غلظت شفافیت از 80/94 تا 25/94 کاهش یافت. رنگ فیلمهای ترکیبی نشاسته سیب زمینی و ژلاتین/ نانو خاک رس، با افزایش غلظت رو به زردی و همچنین از سبزی کاسته شده و رو به قرمزی افزایش داشت. نمودارهای FTIR نشان داد که تعاملات انجام شده تماماً فیزیکی بوده و واکنشهای شیمیایی رخ نداده است. با بررسی ایزوترمهای جذب نانو بایوکامپوزیت حاصل مشخص شد که مقدار رطوبت آب تک لایه کاهش یافته و نمودار به سمت پایین جابجا شده است و این حاکی از آن است که ذرات نانو خاک رس روی توانایی آبگریز کردن فیلم را دارند. به طور کلی با توجه به بررسی های انجام شده نانو خاک رس روی توانایی بهبود خواص اساسی فیلمهای ترکیبی نشاسته سیب زمینی و ژلاتین را دارا میباشند و میتوانند به عنوان فیلرهای جاذب اشعه ماورا بنفش و فیلمهای بسته بندی مواد غذایی در صنایع غذایی مورد استفاده قرار گیرند.
واژگان کلیدی: نشاسته سیب زمینی، ژلاتین، نانو خاک رس، نفوذ پذیری به اکسیژن، نفوذ به بخار آب، حلالیت، میزان جذب آب، خواص مکانیکی،
1-1- پیش زمینه
از سال 1970 مصرف پلاستیکها هر 4 یا 5 سال 2 برابر می شود. حدود 30% پلاستیکهای تولیدی یک بار مصرف هستند. میزان پلاستیکهای یک بار مصرف در امریکا سالانه 8 میلیون تن است. همچنین بسیاری از پلاستیکهای مورد استفاده در بستهبندی بعد از استفاده، استفاده مجدد نمیشوند. علت این امر آلودگی بالای این مواد و نیاز به تمیز کردن قبل از استفاده مجدد است که به دلیل هزینه بر بودن، غیر اقتصادی است بر اساس یک بررسی 28- 14% حجم کل زبالههای جامد شهری و حدود 12- 9% حجم کل زبالههای جامد و فاضلاب شهری را پلاستیک ها تشکیل میدهند. از طرفی با توجه به طول عمر بالای پلاستیکها و تقریبا زیست تخریب پذیر نبودن این پلیمرها، دچار یک بحران زیست محیطی شدهایم و باید این مشکل به نحوی حل گردد یکی از راه حلهای این مشکل، سنتز و طراحی پلیمرهای زیست تخریب پذیر[1] است (امینی و همکاران، 1391).
تولید بیوپلیمرهایی که از منابع تجدیدپذیر بدست میآیند بر خلاف پلیمرهای سنتزی که بیشتر منشا نفتی دارند در محیط طبیعی تجزیه پذیر هستند و موجب حفظ منابع تجدید ناپذیر میگردد. این بیوپلیمرها که قابلیت برگشت به طبیعت را دارند از محصولات کشاورزی بدست آمده و موجب آلودگی محیط زیست نمیشوند و در فرایند کمپوست توسط میکروارگانیسم ها به محصولات طبیعی مانند آب، متان، دی اکسید کربن، و توده زیستی تبدیل میشوند. پلیمرهایی که پس از فرایند تجزیه توسط میکروارگانیسم ها کاملا به محصولات طبیعی تبدیل میشوند زیست تخریب پذیر نامیده میشوند (قنبرزاده و همکاران، 1388).
پلیمرهای زیست تخریبپذیر را میتوان بر اساس ترکیب شیمیایی، روش سنتز، روش فرایند، اهمیت اقتصادی، کاربرد، منشاء و …. طبقه بندی نمود. پلیمرهای زیست تخریب پذیر را بر اساس منشا میتوان به پلیمرهای طبیعی یا بیوپلیمرها که از منابع تجدید شونده حاصل میشوند و پلیمرهای سنتزی که از نفت خام (یک منبع غیر تجدید شونده) سنتز میشوند، طبقه بندی نمود.
بیوپلیمرها با منشاء طبیعی را میتوان به 6 زیر گروه طبقه بندی کرد:
1)پلی ساکاریدها، مانند: نشاسته، سلولز، لیگنین و کیتین
2)پروتئینها، مانند: ژلاتین، کازئین، گلوتن گندم، ابریشم، پشم
3)لیپیدها، که شامل: چربیهای حیوانی و روغنهای گیاهی مانند روغن کرچک
4)پلی استرهای تولید شده بوسیله میکروارگانیسمها یا بوسیله گیاهان مانند پلی هیدورکسی آلکانوآت ها(PHA) و پلی 3- هیدورکسی بوتیرات(PHB)
5)پلی استرهای سنتز شده از منومرهای با منشا طبیعی مانند: پلیلاکتیک اسید (PLA)
6)دیگر پلیمرهای طبیعی مانند کائوچوی طبیعی ( اسمیت، 2005).
بسته بندیهای زیستی حاصل از بیوپلیمرهای خالص دارای سرعت زیست تخریب پذیری بالاتری نسبت به فیلمهای آلیاژ شده میباشند ولی کیفیت مکانیکی و نفوذپذیری آنها به نسبت پایین تر است (قنبرزاده و همکاران، 1388).
دلایل استفاده از این نوع بسته بندی عبارتند از: جلوگیری از انتقال رطوبت، جلوگیری از خروج ترکیبات فرار موجود در ماده غذایی، کاهش دهنده سرعت تنفس، به تاخیر انداختن تغییرات در بافت ماده غذایی، مانعی بسیار عالی در برابر عبور چربیها و روغن ها، عبوردهی بسیار انتخابی گازهایی نظیر اکسیژن و دی اکسیدکربن (ایران منش، 1388).
فیلمهای خوراکی لایه نازکی از بیوپلیمرها هستند که برای بهبود و نگه داری بهتر مواد غذایی بر روی سطح ماده غذایی کشیده میشوند و یا بین اجزای مواد غذایی قرار داده میشوند. البته عمدتا” فیلمها و پوشش های خوراکی برای حذف بسته بندی غیر خوراکی استفاده نمیشوند بلکه به همراه بسته بندیهای مرسوم به بهبود کیفیت و ماندگاری کمک می کنند و تعداد لایه های بسته بندی را کاهش می دهند و بعد از این که بسته باز شد حفاظت از غذا را ادامه میدهند. فیلمهای خوراکی همچنین ممکن است به عنوان لایهای از بسته بندیهای چند لایه مورد استفاده قرار گیرند (قنبر زاده و همکاران، 1388).
|
[چهارشنبه 1399-10-03] [ 05:55:00 ب.ظ ]
|
