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).