معجزه نانو در ماندگاری موادغذایی بسته بندی شده

در تحقیقاتی که در مصر باستان انجام پذیرفت، مشخص شد که نوع رنگ به کار رفته بر روی ظروف سفالی یافته شده، از نوعی ذرات نانویی تشکیل شده است.

در تحقیقاتی که در مصر باستان انجام پذیرفت، مشخص شد که نوع رنگ به کار رفته بر روی ظروف سفالی یافته شده، از نوعی ذرات نانویی تشکیل شده است.
این نوع رنگ را بر روی شیشه هایی که در برخی از ساختمان های باستانی به کار رفته بود نیز پیدا کرده اند. فن آوری نانو را می توان به عنوان یاری رسان آینده صنایع بسته بندی به خصوص در دو زمینه بسته بندی مواد غذایی و کشاورزی به حساب آورد. فن آوری نانو این توانایی را به بشر بخشیده است تا عمق ذرات، تا حد مولکول، اتم و حتی ذرات کوچک تر از اتم را بشناسد و قادر باشد با انجام تغییراتی در این ذرات غیرقابل دسترسی، آنها را به صورت دلخواه خود تغییر داده و مورد استفاده قرار دهد.
نکته ای که این فن آوری را برای دانشمندان امروزی جالب توجه کرده و آن را به عنوان مرکز جدید توجه دانشمندان مختلف درآورده است، کاربرد فوق العاده وسیع این فن آوری در تمامی صنایع و حیطه های فعالیت خلق شده توسط بشر است. شاید باور این موضوع کمی برای مردم عادی و حتی برخی از دست اندرکاران این علم سخت و یا حتی غیر ممکن باشد ولی از فن آوری نانو حتی می توان در زمینه ساخت لوازم موسیقی نیز کمک گرفت. اخیرا دانشمندان اسپانیایی نانو موفق شده اند، گیتاری طراحی کرده و بسازند که در آن از فن آوری نانو کمک گرفته شده است تا این نیاز ملی اسپانیایی ها را به مجموعه تولیدات این فن آوری افزون نمایند.
نانوکامپوزیت ها بسیار سبک هستند و به دلیل خواص ممانعت کنندگی شان، برای بسته بندی ماءالشعیر بسیار مناسب هستند. از نانوکامپوزیت های خاک رسی نیز می توان برای تولید مواد اولیه بطری های ماءالشعیر استفاده کرد. مهم ترین خصوصیت این مواد، بازدارندگی آنان از خروج گاز CO2در این نوشیدنی هاست. استفاده از فن آوری نانو خروج دی اکسید کربن را دراین نوشیدنی ها به حداقل می رساند. قابل توجه است که تولیدکنندگان ماءالشعیر و نوشیدنی های تخمیری سال هاست به دنبال ممانعت کننده ای می گردند که این گاز را در داخل بطری ها برای مدت زمان طولانی نگهداری نماید.
یکی دیگر از موارد استفاده نانو در صنعت تولید نوشیدنی ها که می توان آن را یک معجزه بزرگ نام نهاد، تسترهای نانو هستند که می توان از آن ها در تست طعم و مزه انواع نوشیدنی ها سود برد. در حقیقت این وسیله یک زبان الکترونیکی است. البته نانو هدایای دیگری نیز برای صنعت بسته بندی مواد غذایی به همراه داشته است که شاید مهم ترین آنها فیلم های نانو باشد. این فیلم ها قادرند باعث افزایش زمان ماندگاری محصول تولید شده شوند و به این ترتیب به محیط زیست نیز کمک می کنند چرا که محصول با زمان ماندگاری بیشتر یعنی هدر رفت کمتر مواد. به علاوه به دلیل ضخامت اندک این فیلم ها، از انعطاف پذیری بالاتری نسبت به فیلم های معمولی برخوردارند. این نازکی در شفافیت این فیلم ها نیز موثر بوده و به زیبایی محصول نیز کمک می کنند. البته نازکی فیلم های نانو، به این معنی نیست که آنها از مقاومت و استحکام مناسبی برخوردار نیستند بلکه از فیلم های معمولی نیز محکم تر هستند. این فیلم های نانویی در برابر گرمای محیط ، مقاومت بالاتری داشته و برای پرکنی داغ نیز بسیار مناسب هستند.
از دیگر مزایای این فیلم ها مقاومت در برابر ضربه است. واضح است که همین فیلم ها به تنهایی موفق شده اند بسیاری از خواسته های دست اندرکاران بسته بندی را یک جا برآورده سازند و حتی از آن نیز فراتر رفته و به نگرانی های زیست محیطی نیز پاسخ داده است و در صرفه جویی در مصرف انرژی نیز نقش مهمی ایفا نموده است. یکی دیگر از موارد کاربرد نانو در ممانعت کنندگی استفاده از پوشش های اکسید آلومینیوم در مقیاس های نانو است که بسیار شبیه به اکسید سیلیس بوده اما از ممانعت کنندگی بهتری برخوردار است.
از دیگر هدایای نانو، برای صنعت بسته بندی می توان به انواع حس گرهای تولیدی این صنعت اشاره نمود. یکی از معروف ترین و کارآمدترین این حس گرها، حس گرهای RFID هستند که کمک بسیار زیادی به جلوگیری از فاسد شدن مواد غذایی بر روی قفسه فروشگاه ها و داخل یخچال منازل می کند. فیلم های متالایز از دیگر دست آوردهای نانو است. این فیلم ها با این که از چند لایه مختلف و در نهایت از یک لایه فلز تشکیل شده اند، تنها 40 تا 50 نانومتر ضخامت دارند و به راحتی می توان از آنها به عنوان جایگزین فیلم ها و ورقه های فویل آلومینیوم استفاده کرد. این فیلم های متالایز از خواص ممانعت کنندگی بسیار مطلوبی برخوردارند و می توان آنها را در بسته بندی موادی که به اکسیژن حساس هستند، به کار برد. یکی از دست آوردهای نانو که پیش تر اشاره کوتاهی به آن داشتیم،Nanoclayها هستند. این نوع خاک رس به راحتی در بخش های مختلف تولید فیلم قابل استفاده است و از آن می توان به عنوان یک بازدارنده بسیار مطلوب در صنایع نوشیدنی سودبرد. راندمان بالایNanoclayها شاید بارزترین ویژگی آن باشد. اگر تنها 10 درصد از مواد تشکیل دهنده یک فیلم ازNanoclayها باشد تا 75 درصد خاصیت بازدارندگی در آن محصول ایجاد می نماید. به علاوه از سختی مناسبی نیز برخوردار است.
یکی از شاهکارهای Nanoclayها ، خاصیت اشتعال ناپذیری آن می باشد. همان طور که می دانیم، پلاستیک از اشتعال پذیری بالایی برخوردار است که با استفاده از Nanoclay ها به عنوان یک لایه پوشش دهنده، می توان این خاصیت را از پلاستیک گرفت و ایمنی آن را تا حد بسیار بالایی افزایش داد. از Nanoclayها می توان حتی در تولید درب پوش ها نیز استفاده نمود چرا که این مواد از EVOHساخته شده اند و برای انواع مایعات نوشیدنی و غیر نوشیدنی مناسب می باشد. کاربرد نانو در بسته بندی های اکتیو (فعال) نیز کاملا مشهود است چرا که در این بسته بندی ها، مهم ترین نگرانی در مورد جذب و مصرف اکسیژن است. به علاوه خاصیت ضدمیکروبی نیز برای این نوع بسته بندی بسیار مهم است که محصولات نانو به خوبی به این نیاز پاسخ می دهند. حتما به یاد دارید که پیش تر در همین مقاله، به انواع حس گرهای نانو اشاره کردیم و مهم ترین آنها یعنی RFID را مثال زدیم. حال می خواهیم به چند نمونه دیگر از این حس گرها بپردازیم. همان طور که می دانیم، مهم ترین نگرانی موجود در صنعت بسته بندی، نگرانی های زیست محیطی است.
حس گرهای دمایی و اکسیژن برای رفع چنین نگرانی هایی طراحی شده اند. حس گرهایی نیز برای اعلام فساد باکتریایی و یا سمی، طراحی و تولید شده اند. این حس گرها را می توان مانند برچسب های RFID به صورت مجزا از بسته بندی تولید نمود و یا آنها را داخل فیلم های مختلف بسته بندی و به عنوان بخشی از فیلم تولید کرد. این فیلم ها با تغییرات اسیدی رخ داده در غذا، تغییر رنگ داده و فساد محصول را اعلام می نمایند. این نوع حس گرها را می توان بر روی انواع بسته بندی و حتی بسته بندی های کاغذی و فلزی چاپ نمود. رنگ، پس از فاسدشدن محتوی بسته بندی، قابل تغیر است. از دیگر حس گرها که برای اعلام فساد از آنها استفاده نمی شود، حس گرهای رسیدگی انواع میوه جاتی است که به صورت نارس بسته بندی می شوند تا وقتی به دست مصرف کننده می رسد، رسیده باشد و زود فاسد نشود. حس گرهای RFID دو نوع هستند. یک نوع از این برچسب ها خود دارای باتری بوده و فرستنده امواج دارند که البته بسیار گران قیمت هستند و به نوع Activeمشهور هستند ولی نوع Passive آنها انرژی را از محیط می گیرد و نیاز به باتری ندارد به همین دلیل از قیمت پایین تری برخوردار است. مواد چسبی تولید شده با استفاده از فن آوری نانو از خاصیت خشک شوندگی سریعی برخوردارند و ثبات بیشتری در برابر مایعات دارند. میزان چسب مورد استفاده بسیار ناچیز است و ضخامت چسب مصرفی در حدود 50 نانومتر است.
تولیدکنندگان اصلی Nanoclay در ایالات متحده: شرکت Nanocor که محصولات خود را با نامNanomer عرضه می کند، از رزین های نایلون و پلی اولفین (مستربچ های NanoMax) برای تولید آن استفاده می نماید.
شرکت تولیدی Southern Clay دومین شرکت بزرگ محصولات نانویی با نام تجاری Colisite می باشد. هر دوی این شرکت ها قادر به تولید محصولاتی تا قطر 1000 نانومتر هستند.
شرکت Glaskin از پوشش های اکسید سیلیس با ظرفیت های مختلف با ضخامت 40 تا 60 نانومتر به عنوان ممانعت کننده های نانویی در بطری های PET نوشیدنی استفاده می کند.
شرکت Sidel از لایه های ممانعت کننده داخلی برای بطری های PET تولیدی خود استفاده می نماید. ضخامت این لایه های ممانعت کننده 20 تا 200 نانومتر است و برای این کار از گاز Acetyleneاستفاده می کند.
شرکت ژاپنی Kirin & Mitsubishi از محافظ های پلاسمایی نانو که از گازهای یونیزه و کربن بدون شکل با ضخامت 20 تا 40 نانومتر تولید می شود، برای حفاظت محصولات خود، استفاده می کند.
شرکت صنایع شیمیایی میتسوبیشی Nanoclay هایی تحت نام Imprem N تولید می کند. بطری های PET، فیلم ها و ظروف شکل دهی حرارتی شده از دیگر محصولات این شرکت است.
شرکت PolyOne با استفاده از Nanoclayهای شرکت Nanocor ترکیبات مختلفی برای افزایش خواص فیزیکی محصولات خود تولید می کند.
شرکت Alcoa CSI از لاینرهای ممانعت کننده EVOH نانویی برای تولید درب بطری، استفاده می نماید.
شرکت کره ای LC Chem برای بسته بندی هیدروکربن های غیرغذایی از Nanoclay استفاده می کند.
شرکت Nanova تولیدکننده نانوکالک با ترکیبات 20 نانومتری کربنات کلسیم و نانوتالک با ترکیبات سیلیکات منیزیم تولید می کند.
شرکت ژاپنی Kuraray فیلم های PET با پوشش نانوکامپوزیت های پلیمری تولید می کند. این فیلم ها شامل، لایه ممانعت کننده با ضخامت یک میکرون با قابلیت استریلیزه شدن می باشد، شفافیت و قابیلت چاپ بسیار بالایی داشته و قابل استفاده در ماکروویو است. از دیگر محصولات این شرکت ژاپنی می توان به نانوفیلم های نایلونی پوشش داده شده با نانوکامپوزیت ها اشاره کرد.
شرکت Honeywell از بطری های 6 لایه Nanoclay برای بسته بندی عسل سود می برد و آن را با نامAgies به بازار عرضه می نماید. بطری های PET و فیلم ها نیز از تولیدات این شرکت است.
شرکت Tritan system در حیطه های نظامی با دولت های مختلف و NASA همکاری دارد. این شرکت با تولید بسته بندی های چند لایه با استفاده از Nanoclay های Cloisite با لایه EVOH برای افزایش ماندگاری محصول، استفاده می کند.

معجزه نانو روکش ها در بسته بندی:

بیشتر پوشش هایی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، اصطلاحا <خاموش> هستند، یعنی تنها قابلیت اعمال خاصیت اولیه خود را دارند، بدون این که توانایی سازگاری با محیط و اصلاح خواص در اثر تغییر شرایط محیط را داشته و یا بتوانند عیب ها و نقایص بالقوه مانند مشکلات خوردگی را به کاربر اطلاع دهند. پوشش هایی مبتنی بر فن آوری نانو، امکان دسترسی به قابلیت های چندمنظوره را فراهم می نمایند؛ بدین معنی که می توانند حداقل دو ویژگی همزمان مانند مقاومت بالا در برابر خوردگی و آب گریزی یا ابرآب گریزی (در زوایای تماس 100 تا 170) را داشته باشند.

محصولات نانوکامپوزیتی عموما به شکل پرکننده هایی در شبکه های پلیمری همانند پلی پروپیلن، پلی آمیدها، پلی استایرن، پلی متیل متاکریلات، SEBS و پلی آنیلین در صنایع بسته بندی به کار می روند. پرکننده های نانوکامپوزیتی موجود در بازار شامل موارد زیر 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 -

نانوکامپوزیت ها به دلیل خواص حرارتی، مقاومت و رسانایی بهبود یافته، در حال حاضر برای بسته بندی نوشابه های غیرالکلی، مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرند. نانو مواد مقاوم کننده مانند نانولوله ها، کربن سیاه با ابعاد نانومتری، سیلیکا، کربنات کلسیم، اکسیدها، الیاف کربنی و تالک به عنوان افزودنی در مخلوط های پلیمری به کار می روند. کامپوزیت های ساخته شده مبتنی بر نانومواد رسی به عنوان مقاوم های حرارتی و لایه های عایق گاز در بسته بندی مواد غذایی و نوشیدنی کاربرد دارند. نانوکامپوزیت های رسی جالب ترین زمینه نوآوری در عرصه کامپوزیت ها بوده و احتمالا طی 10 تا 15 سال آینده بیشترین سهم بازار را در اختیار خواهند داشت.

برچسب زنی هوشمند و کاربردهای مشابه برای صنایع غذایی و بسته بندی می تواند استقبال مشتری، رتبه و کیفیت محصول را افزایش داده و برای فروش آن لاین مفید واقع شود. فن آوری نانو همچنین می تواند برای پیاده سازی پروتکل های رهگیری به منظور ارتقای کیفیت و سلامت صنایع غذایی مورد استفاده قرار گیرد. هم اکنون فن آوری نانو در حوزه وسیع و در حال گسترشی از کاربردها به کار گرفته شده است.

پیش بینی می شود حجم بازار صنعت چاپ رنگی در سطح جهان بیش از 300 میلیارد دلار باشد و به نظر می رسد با کنار گذاشتن تکنیک های مرسوم چاپ بتوان ارزش این بازار را بالاتر برد. برای تولید عکس های با کیفیت، لازم است نقاط رنگی دارای اندازه های 50 میکرومتر و یکنواختی کمتر از 2+ - درصد باشند. دقت مطلق باید از 20بهتر باشد و این امر وقتی اتفاق می افتد که حجم هر قطره جوهر به اندازه 3 پیکولیتر

(3*01- 21Lit) و جرم آن 10 نانوگرم باشد، در غیر این صورت شاهد بعضی تصاویر غیرحقیقی خواهیم بود. اکثر چاپگرها از روش های الکترونیکی و نرم افزاری گوناگونی استفاده می کنند و پیچیدگی آنها به قدری زیاد است که به هوشمندترین ابزارهای افشانه ای در سطح جهان تبدیل شده اند.

امید خیلی زیادی برای تولید مواد بسیار ریز (نه فقط جوهر) برای ترسیم روی سطوح وجود دارد که در صورت عملی شدن منجر به تولید طیف گسترده ای از محصولات و ابزارهایی (از باطری های خورشیدی گرفته تا قرص های دارویی) خواهد شد که تا امروز به ویژه با قیمت های مشابه با هیچ روش دیگری قابل حصول نبوده اند. با کسب موفقیت در چاپگرهای جوهرافشان روزی فرا خواهدرسید که ابزارهای جوهرافشان همتراز با سایر کاربردها مخصوصا در صنعت الکترونیک قرار خواهند گرفت. با انجام تحقیقات وسیع برای فهم بهتر رازهای شیمیایی و فیزیکی قطره های جوهرافشان، در آینده عرصه های تحت تاثیر این فن آوری، صرفا محدود به تصور دانشمندان و مهندسان خواهد شد.