ورق های مقوایی پوشش داده شده با نانو سلولز و پلی پیرول برای کاربرد در بسته بندی مواد غذایی

چکیده:

در حال حاضر ، مطالعات روی چاپ و بسته بندی هایی که باعث بهبود ماندگاری مواد غذایی قابل فساد می شوند و همچنین باعث کاهش ضایعات  زمان دفع  می شوند، مورد تشویق قرار می گیرد. بنابرین روش های بهبود موثر ورق مقوایی بعنوان محصولی، بر پایه مواد موجود در طبیعت و قابل بازیافت مورد علاقه قرار گرفته است. این مطالعه روی ارزش افزوده ورق مقوایی با پوشش (2،2،6،6،  تترامتیل پیپریدین-1- (yl با نام مخفف( TEMPO) ، مواد اکسید شده نانو سلولز ( (TOCNو پلی پیرول (PPY)  تاکید می کند. ویژگی های مکانیکی و کاهش نفوذپذیری گاز به دلیل شبکه متراکم تشکیل شده توسط TOCN و ذرات پلی پیرول طور معناداری بهبود یافته اند. این نتایج پیشنهاد می دهد ممکن است بتوان سطوح پوشش داده شده با ذرات پلی پیرول را در صنایع بسته بندی که در آن ورق های چند لایه مقوایی مورد کاربرد قرار می گیرد، استفاده کرد. در حال حاضر ورق های مقوایی در اینگونه صنایع معمولا  با پلاستیک معمولی پوشش داده می شوند و این روش می تواند در کاهش ضایعات موثر باشد.

کلید واژه ها:

ورق مقوایی، پلی پیرول، نانوفیبلیرید، سلولز، پوشش دهی،کامپوزیت

• مقدمه:

بسته بندی مواد غذایی باید به میزان مناسبی اطمینان بخش حفظ کیفیت و سلامت آن ماده خوراکی باشد. بنابرین انتخاب نوع ماده بکاررفته در بسته بندی صنایع غذایی دارای اهمیت فروانی می باشد. این مواد باید بتوانند در مقابل عوامل محیطی مانند دما و رطوبت نسبی که ممکن است روی خصوصیات بسته بندی مانند قابلیت نفوذ پذیری تاثیر بگذارد مقاومت کنند.[1] بعلاوه صنایع غذایی یکی از بزرگترین استفاده کنندگان از بسته بندی هستند و به منظور کاهش قیمت تمام شده مایل به استفاده ازکمترین مواد اولیه در بسته بندی های خود هستند [2].

در پاسخ به رشد انتظارات اجتماعی، در سال های اخیر توجه به مطالعات در زمینه کاربرد نانوتکنولوژی در بسته بندی به طور معناداری افزایش یافته است [5-3]. این مواد می توانند با استفاده از کند کردن و جلوگیری از فرایندهای رشد میکروبی باعث حفظ کیفیت و سلامت محصولات غذایی شوند [6،7]. بخصوص استفاده از بسته بندی های فعال با خاصیت ضد باکتریایی می تواند در کاهش یا جلوگیری از رشد باکتری ها و حفظ مواد غذایی موثر باشد [1،7]. ترکیبات مصنوعی پلیمری مانند پلی اتیلن به طور گستره ای در بسته بندی مواد غذایی استفاده می شود. دلیل این امر فراوری ساده، ایجاد گازهای مفید، ویژگی های ایجاد مانع در برابر عامل نامطلوب چربی و قابلیت تنظیم می باشد.  با این وجود، این نوع مواد بسته بندی تقریبا همیشه غیرقابل تجزیه هستند که به تولید زباله و آلودگی محیط زیست منجر می شوند [8]. با توجه به این موضوع و افزایش نگرانی ها درباره تاثیرات محیطی استفاده از مواد بر پایه سوخت های فسیلی، منجر به احساس نیاز به وجود مواد جدیدی در این زمینه شده است.  در حال حاضر تلاش های قابل توجهی برای یافتن بسته بندی های جایگزین که بتواند ماندگاری و کیفیت مواد غذایی را  بیشتر کند و در عین حال منجر به کاهش تولید زباله شود در دست اقدام است[9]. در این زمینه صنایع تمایل به استفاده از بسته بندی هایی ساخته شده با موادی بر پایه طبیعی و از منابع تجدیدپذیر هستند تا مشکل آلودگی های محیط زیستی زباله ها را تا حدی برطرف سازند [1،10].

بر این اساس، استفاده از مواد بر پایه سلولزی مانند کاغذ و مقوا در صنعت بسته بندی مواد غذای رو به افزایش است.  با این وجود،  مواد طبیعی همانند همتایان مواد مصنوعی پلیمری شان می بایستی کارکردهای بسته بندی مناسب از قبیل محافظت، حفظ کیفیت و سلامت محصول را تضمین کند [7]. متاسفانه استفاده از این مواد به دلیل مستعد بودن در نفوذ پذیری رطوبت و ویژگی های استحکام مکانیکی پایین  به شدت محدود شده است [11]. بنابرین راه حل های زیادی به منظور بهبود ویژگی های انواع بسته بندی با مواد بر پایه طبیعت کشف شده است. این روش ها شامل ترکیب این مواد با پلیمرهای مصنوعی، تغییر و اصلاح شیمیایی یا یک پوشش دهنده ساده می باشند. اخیرا توجه به مطالعات در مورد استفاده از پوشش دهنده های محافظ روی مقوا برای استفاده در بسته بندی محصولات غذایی افزایش چشمگیری داشته است [10]. این راه حل ها باعث حفظ کیفیت و تازگی مواد غذایی در طول زمان تولید تا استفاده می شوند [5،12]. به طور ایده آل، این لایه همچنین می تواند بعنوان یک مانع در برابر حلال های ارگانیک (افزایش قابلیت آبگریزی) یا کاهش نرخ تبخیر آب مواد غذایی و نفوذپذیری اکسیژن کاغذ و مقوا  نیز استفاده شود. بعلاوه  پوشش با خاصیت پخش کنندگی در نوع بسته بندی های پوشش دهنده ورق، می تواند منجر به افزایش بازدهی و سرعت تولید محصول شود در این نوع بسته بندی ها شما بسته به کاربرد خود می توانید ساختار یک لایه یا چند لایه را انتخاب کنید که در صورت انتخاب صحیح می تواند باعث ایجاد یک جعبه با خاصیت ترکیبی شود که ویژگی های مختلف مورد نظر شما را شامل شود.[15-14]. بنابرین استفاده از بیوپلیمرها بعنوان پوشش با خاصیت پخش کنندگی بویژه (نانوسلولز یا میکروفیبرها) که در محیط زیست تجزیه پذیر و قابل بازیافت هستند در حال افزایش است [5،16]. همچنین نانوفیبرهای سلولزی مقاومت خوبی در برابر اکسیژن علاوه بر استحکام مکانیکی عالی ناشی از ساختار شبکه ای محکم، از خود  نشان داده اند [17-19]. با این وجود، میل ترکیب شدن با آب در سلولز مشکل مهمی در استفاده از این مواد برای بعضی از بسته بندی ها  است که ترکیب آن با بیوپلیمرها یا پلیمرهای مصنوعی می تواند این موضوع را برطرف کند. ترکیب پلی پیرول (PPy) با مواد سلولزی یک افزایش در میزان آبگریزی و کاهش تبخیر آب انتقالی (WVTR) را نشان می دهد [20]. پوشش PPy روی مواد سلولزی از آن جهت بسیار مورد علاقه واقع شده است که خواص مطلوب و مکملی از جمله  ضدباکتریایی و ضد اکسیده شدن برای حفظ کیفیت و سلامت مواد غذایی را نیز از خود نشان داده است [21-23]. هدف این مطالعه آماده ساختن یک ورق مقوایی پوشش داده شده با (TOCN) و پلی پیرول به عنوان یک وسیله برای بسته بندی مواد غذایی است. این پوشش باید خواص را تجزیه پذیری، ویژگی های استحکام مکانیکی، قابلیت کم نفوذپذیری گاز در نانوسلولز و خواص فیزیکی شیمیایی  PPyرا همراه با یکدیگر داشته باشد. به نظر می رسد در صورت موفقیت در آزمایشات، این کامپوزیت چند لایه می تواند یک گزینه عالی برای بسته بندی فعال مواد غذایی باشد.

• مواد و روش ها

2.1. مواد

پیرول(C4H5N) و FeCl3 از شرکت Sigma Aldrich خریداری و بلافاصله پس از دریافت استفاده شدند. ژل TOCN با استفاده از اکسیداسیون  TEMPOو همگن سازی پالپ چوب از نوع کرافت سفیده شده با سونیکاتور تولید می شود [24]. این ژل ترکیبی از 30 درصد فیبرهای بلند (میکرو) و 70 درصد فیبرهای کوتاه (نانو فیبر) با پهنا و طول متوسط تقریبی به ترتیب 306±112 نانومتر و 3.5±1.0 نانومتر می باشد[25]. بعلاوه میزان کربوکسیلmmol/Kg 40±1480 طبق [24] اندازه گیری شد. در این آزمایشات از ورق تجاری سفید نشده تخت با ضخامت 50 میکرومتر و گراماژ g/m245 استفاده شد.

2.2. روش ها

2.2.1. فرایند پوشش دهی

در اولین گام 2 میلی لیتر از پیرول (98%) تهیه شده را به 80 میلی لیتر از سوسپانسیون TOCN (0.5درصد w/w) اضافه می کنیم. مخلوط را ده دقیقه به هم می زنیم. سپس 10 میلی لیتر از ماده اکسیدان (FeCl3) 0.3Mبه منظورآغاز پلیمریزاسیون پیرول و تبدیل به پلی پیرول را اضافه می کنیم. (Fig.1) مخلوط را 30 دقیقه دیگر به هم می زنیم قبل از اینکه رنگ آن به سیاهی(که نشانه پلیمریزاسیون است) برسد. مخلوط TOCN-PPy را پیش از خشک شدن روی کاغذ با آب مقطرشستشو می دهیم و سپس ورق پوشش دهی شده  در دمای محیط خشک شده و سه مرتبه در دمای اتاق و در فشار                                      Psi (1.3MPa)  200 زیر غلطک اتو می شود.

2.2.2. تعیین مشخصات ساختاری مقوا

قبل از تعیین مشخصات نمونه ها در دمای اتاق و در رطوبت نسبی (RH) 50% برای 24 ساعت خنک می شوند. با حداقل وزن گیری از 6 نمونه میزان متوسط وزن ورق مقوایی و ورق پوشش داده شده با دقت 0.001 گرم مشخص می شود. طبق روش ذکر شده در استاندارد ISO 534:2011 و با میکرومتر Lhomargy  ضخامت ورق معمولی و ورق پوشش داده شده با دقت 0.01 میلی متر از شش نمونه از هرکدام اندازه گیری می شود. این مقادیر با روش تصویربرداری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و با دستگاه مدل VP-SEM SU 1510 Hitachi Japan چک شده است. بعلاوه ریخت شناسی مقوا به وسیله تحلیل طیف سنجی انتشار انرژی با اشعه ایکس (EDX) با دستگاه برند Oxford Instrument  (ساخت کشور انگلستان)  انجام شد.  نمونه ها با روکش طلا و با استفاده از دستگاه علمی بین المللی با نام تجاریPS-2 Coating Unit  ساخت کشور هند پوشش دهی شدند. آنالیز با استفاده از طیف سنج تبدیل فوریه مادون قرمز نیز روی ورق پوشش داده شده با استفاده از دستگاه طیف سنج مدل Nicolet IS FT-IR  (ThermoScientific, USA) انجام شد. رنج هر طیف از 16 اسکن با وضوح 4  بر سانتی متر در محدوده 600-3600 بر سانتی متر  بدست آمد و برای هر نمونه در سه نقطه متفاوت اندازه گیری انجام شد.

2.2.3. تعیین ویژگی های مقوا

نفوذپذیری هوا در نمونه ها به وسیله یک دستگاه Parker Print Surf   طبق استاندارد ISO 5636:3  اندازه گیری می شود. شار هوایی که از نمونه ها با سطوح مشخص عبور می کند زمانیکه ورق بین دو گیره  قرار دارد و هوا با فشار 1960 کیلو پاسکال به سطح وارد می شود را  برحسب لیتر بر دقیقه بیان کرده و بر اساس آن میزان نفوذپذیری هوا اندازه گیری می شود. استحكام كششي ورق ها نیز در سرعت کششی mm/min 10 در یک دستگاه با استاندارد بین المللی با مدل  Instron 4201 در دمای اتاق و تحت رطوبت کنترل شده اندازه گیری می شود. مدول یانگ از  منحنی تنش-کرنش بدست می آید. نمونه ها در این اندازه گیری ها از ورق های مقوایی پوشش دهی شده و ورق های معمولی به طول 25 میلیمتر پهنای سه میلیمتر و ضخامت تقریبا 0.05 میلیمتر می باشند. از هر ورق کاغذ 5 قطعه جهت نمونه آماده شد و میزان متوسط مقادیر اندازه گیری شد. زاویه تماس ایستایی به وسیله دستگاه سنجش این پارامتر با مدل FTA4000 اندازه گیری شد. (تنظیم روی اولین 10 آنگستروم) در این آزمایش حداقل 5 قطره  با حجم تقریبی ^2-  3.10  میکرو لیتر روی هر ورق قرار داده شد و در مجموع 300 عکس در 90 ثانیه از هرکدام از قطره ها گرفته شد.  

2.2.4. شبیه سازی بسته بندی مواد غذایی

یک آزمایش شبیه سازی برای جعبه بسته بندی گوجه گیلاسی برای تعیین اینکه آیا ورق پوشش دهی شده در عمل مزایایی نسبت به ورق معمولی در صنایع غذایی دارد یا نه انجام شده است. طبق شرایط در نظر گرفته شده یک عامل ضد باکتریایی باید بوسیله پوشش دهی سطح داخلی جعبه ایجاد شود. گوجه ها را به میزان مساوی طبق شرایط زیر در سه گروه مورد آزمایش قرار دادیم.

گروه1: گوجه ها را در جعبه با مقوای معمولی به مدت 10 روز بدون باز کردن درب قرار می دهیم.

گروه 2: گوجه ها را در جعبه با مقوای پوشش دهی شده به مدت 10 روز بدون باز کردن درب قرار می دهیم.

گروه 3 : نمونه های کنترلی هستند که در ظرفی در هوای آزاد به مدت ده روز نگهداری می شوند.

شرایط دما، نور و گردش هوا در نمونه ها یکسان است. و هردوجعبه در یک سایز و یک طرح هستند.

2.2.5. ارزیابی بازیافت:

برای بازیافت جعبه ها با پوشش دهی ذکرشده نیاز است پلی پیرول از روی آن برداشته شود.برای ارزیابی قابلیت بازیافت مقوای پوشش دهی شده را به مدت ده دقیقه در آب قرار می دهیم سپس با استفاده از کاردک لایه پوشش را  به صورتی جدا می کنیم که سطح مقوای زیرین دیده شود. هرچند این فرایند به یک پروسه تجاری برای تهیه پالپ کاغذ نزدیک نیست  آزمایشات بازیافت در آینده نزدیک برای تعیین الزامات شرایط دقیق خمیر  تجاری کاغذ انجام خواهد شد.

3. بحث و نتیجه گیری

3.1 ریخت شناسی و ساختار

مطالعات اخیر [20,22] خواص عالی استفاده از TOCN به عنوان ماده بستر را نشان داده است. هرچند به منظور حداقل کردن هزینه این گونه بسته های اصلاح شده، هدف کم کردن سهم TOCN  (بعنوان ماده ای که تولید آن گرانقیمت است.) می باشد. حتی ممکن است بتوان این ماده را با نوع کلاسیکی از مقوا که دارای قیمت پایینتری است جایگزین کرد. رنگ قهوه ای مقوا با فرایند پوشش دهی PPY به مشکی تغییر پیدا خواهد کردو ضخامت ورق و چگالی آن به ترتیب و به طور متوسط 2 میکرو متر و 3.5 گرم بر متر مربع افزایش خواهد داشت که علاوه بر تغییرات مثبتی که در ویژگی های ورق ایجاد میکند در میزان هزینه های حمل را تاثیر قابل توجهی ندارند.

شکل 2 طیف های جذبی مقوای معمولی و مقوای پوشش دار را نشان می دهد. تفاوت ویژگی های باند های سلولزی C-O-C، C-H و O-H در 1028، 2916 و3331 cm^-1 به طور قابل ملاحظه ای مشخص است[20]. در نمونه ورق پوشش دهی شده نقاط اوج ویژگی ها در 786،897، 1203و 1542 cm^-1است که به ترتیب نشانگر ارتعاشات کششی C-C، C=C، ارتعاشات کششی   C-N ارتعاش های C-H و ارتعاش های حلقه ای پیرول هستند. این باندها نشان می دهد که  PPY را در سطح مقوا ی پوشش دهی شده نیز می توان یافت [25]. حضور TOCN در این تحلیل دقیقا مشخص نمی شود زیرا نانوفیبرها در طول پلیمریزاسیون کاملاتوسط PPY پوشیده شده است و اگر بخشی از آن پوشیده نشده باشد ارتعاش آن تقریبا برابر ارتعاش سلولز است.

تصاویر گرفته شده از دستگاه SEM سطح مقوای پوشش دهی شده و سطح مقطع آن را نشان می دهد. (Fig 3c). ساختار سطح رویه مقوا (Fig 3a) یک شبکه نامنظم از الیاف را تشکیل می دهد. این سطح کاملا زبر با منافذ بسیار و در بعضی نواحی توده هایی دیده می شود. با توجه به سطح مقطع جعبه در شکل Fig 3b مشخص می شود که سطح مقوا کاملا با لایه ای از TOCN/PPY پوشش داده شده است. در طول پلیمریزاسیون پلی پیرول، نانوذرات PPY ، TOCN  را می پوشانندکه این موضوع محو ساختار سلولزی را تحت پیوند پلیمری (همانطور که در جدول 2 نشان داده شده است) با تغییر در میزان کربن و اکسیژن را توضیح می دهد. این سطح کاملا  صاف تر به نظر می رسد و منافذ موجود در مقوا با پوشش دهی بسته می شوند. در شکل C3 سطح مقطع مقوای پوشش دهی شده روی بخش بالایی مقوا را نشان می دهد. لایه PPY به وسیله نرم افزار Image J به میزان 20 میکرومتر تخمین زده شد که با میزان نتیجه گیری از جدول 1 همخوانی دارد. ساختار TOCN/PPy نسبتا بسته و متراکم است. به دلیل اینکه پلیمریزاسیون پلی پیرول قبل از کاربرد روی ورق انجام شده است به نظر می رسد این ماده نتوانسته روی سطح کاغذ به طرز یکنواخت و عمیقی پخش شود. پوشش در ناحیه وسط، ورق در مقایسه با بخشش های بالایی بازتر و بی نظم تر می باشد. در این نواحی (مرکز ورق مقوایی) اثری از نیتروژن مشاهده نمی شود که موید این مطلب است که PPy در آن انتشار پیدا نکرده است. در حقیقت آنالیز مقدار C،N وOو دیگر عناصری مانند Al،Si وCa روی ورق های پوشش داده شده (لایه بالای و مرکزی) و ورق معمولی به وسیله آنالیز EDX انجام شد ونتایج آن در جدول 2 گزارش شده است. تحلیل ها روی سطح مقطع ورق مقوایی و سطوح پوشش داده شده وجود نیتروژن تنها روی سطح رویی جعبه را تائید می کنند که و بنابرین وجود PPy با توجه به عناصر تشکیل دهنده مقوا که کربن، هیدروژن و اکسیژن هستند دلیل این امر می باشد. میزان 7% نیتروژن با مقادیر پیشبینی شده از نظر تئوری همخوانی دارد[20]. توده های موجود در شکل3a بیشتر از Al، Si و Ca تشکیل شده است و احتمالا اثری از کربنات کلسیم یا خاک رس است که اغلب در آب سفید مورد استفاده در فرایند ساخت کاغذ یافت می شود. این درحالیست که این مواد در تولید این نوع مقوا بکار نمی روند و دلیل وجود آن ها وجود آب سفید در دستگاه های مشترکی است که در ساخت انواع کاغذ مورد استفاده هستند.

3.2 ویژگی های مکانیکی

نتایج ویژگی های مکانیکی هر نمونه از جعبه های مقوایی در جدول 3 و شکل 4 نشان داده شده است. شکل 4 به طور واضح نشان می دهد که استفاده از پوشش TOCN/PPy روی ورق های مقوایی همراه با چه فوایدی از نظر مکانیکی است. در واقع TOCN ویژگی های مکانیکی را به ورق اعطا می کند و در اینن مورد عامل تقویت این ماده کامپوزیتی می باشد [16]. استحکام TOCN را می توان به وجود گروه کربوکسیل و پیوند هیدروژنی بین مولکولی و درون مولکولی که در ساختار درهم پیچیده نانوسلولز رخ می دهد نسبت داد. به دلیل پلیمریزاسیون شیمیایی که منجر به تشکیل پودر PPy  می شود این ماده از نظر استحکام مکانیکی بسیار ضعیف می باشد. در حقیقت زنجیره های آلیفاتیک نمی توانند مثل پیوند های هیدروژنی قوی باعث ایجاد انسجامئ خوبی بین ذرات PPy شوند.

در این شرایط در مقوای پوشش داده شده تنش کششی و مدول یانگ به ترتیب 2.5 تا 3 برابر افزایش یافته است. بهبود استحکام مقوای پوشش داده شده می تواند عمدتا به دلیل زنجیره های TOCN باشد که ماده مقاومی است. همچنین نتایج نشان می دهد کشیدگی در نقطه شکست با حضور TOCN/PPy به شدت کاهش یافته است که موید افزایش در مدول یانگ و سختی بیشتر می باشد. ممکن است فکر کنیم حضور PPy پیوند های بین TOCN را محدود می کند زیرا زنجیره های آلیفاتیک PPy باعث شکستن پیوند های هیدروژنی را می شکنند، با این وجود، پوشش متراکم نشان داده شده در شکل 3 به عنوان عامل جالبی برای تقویت این ماده عمل می کند. علاوه بر استحکام مکانیکی این پوشش به میزان کمی باعث افزایش خاصیت آبگریزی نیز می شود. میزان زاویه تماسی در جدول 3 نشان داده شده است. اگرچه مقواها عمدتا از مواد سلولزی ساخته شده اند ولی به نظر می رسد زاویه تماسی در این نوع مقوا نسبت به سلولز خالص با زاویه 25 درجه زیاد است(74º)[26]. ممکن است این میزان به دلیل وجود Lignin باشد زیرا در این آزمایش از مقوای سفید نشده استفاده شده است. به دلیل وجود زنجیره های آلیفاتیک انتظار داریم خاصیت آبگریزی را در مقوای پوشش دهی شده مشاهده کنیم[22].

به علاوه پوشش نازک PPy روی ریخت شناسی سطح ورق تاثیرگذاشته و باعث تغییر رفتار جذبی مقوا می شود که در شکل 5 قابل مشاهده است.

در شکل 5 در مقوای بدون پوشش جذب قطره آب در 14 ثانیه صورت می گیرد. زاویه تماسی به دلیل میل ترکیبی شدید الیاف سلولز با آب به سرعت کاهش می یابد. در مقایسه با مقوای معمولی، مقوای پوشش دهی شده، خاصیت جذب آب ضعیفی دارد. این پدیده را با تراکم زیاد PPy می توان توضیح داد. پخش پوشش PPy روی الیاف سلولزی وجود هرگونه میل ترکیبی سلولز با آب را ازبین برده و باعث خاصیت آبگریزی این سطح می شود. این مطلب کاهش کندتر زاویه تماسی را در مقوای پوشش داده شده نسبت به مقوای معمولی توضیح می دهد. (80º به67º در 90 ثانیه). این موضوع باعث کاهش خاصیت رطوبت پذیری و درنتیجه استحکام بیشتر مقوا به دلیل عدم جذب رطوبت می شود که مورد علاقه صنایع غذایی است. 3.3. شبیه سازی بسته بندی مواد غذایی

کیفیت مواد غذایی برای مشتریانی که نه تنها محصولات خوبی می خواهند بلکه محصولاتی با ظاهری خوب نیز ببرایشان اهمیت دارد. بسیار مهم است.

 با این حال ، اگر غذا به سرعت مصرف نشود ، برخی از عوامل (میکرو ارگانیسم ها ، اکسیژن ، رطوبت و نور) می توانند سرعت تخریب آن را تسریع کننداین پدیده به ویژه در میوه ها و سبزیجات کاملا رسیده (تغییر و تخریب سطح پوست ، وجود چین و چروک روی آن و تغییر رنگ) قبل از پوسیدگی قابل مشاهده است. این مراحل به طور کلی منجر به هدر رفتن مواد غذایی می شود که مناسب قرن بیس و یکم نیست.  بنابراین ، به دنبال کارهای تحقیقاتی قبلی، ما در نظر داشتیم خواص PPy را روی بسته بندی مقوایی مواد غذایی پیاده سازی کنیم.  [20،22]. این مطالعات خواص ضد باکتریایی و آنتی اکسیدانی بسیار خوبی را برای بهبود حفظ مواد غذایی نشان داده اند. به عنوان یک آزمایش کیفی ، گوجه فرنگی گیلاسی به مدت 10 روز در جعبه های مقوای معمولی و مقوای پوشش داده شده قرار داده شد. چندین گوجه فرنگی به عنوان نمونه کنترلی در هوای آزاد باقی مانده است. شکل 6 نشان می دهد که بعد از 10 روز ، گوجه فرنگی های موجود در نمونه کنترل همه در حالت کاملا رسیده و بسیار چروکیده هستند. به نظر می رسد آنها طبق نظر بسیاری از مصرف کنندگان قابل مصرف نیستند. بیشتر گوجه فرنگی هایی که در جعبه های مقوایی قرار دارند ، نیز دچار همین وضعیت هستند. با این حال ، برخی از آنها هنوزبعد از 10 روز سالم به نظر می رسند. سرانجام ، جعبه های مقوایی پوشش داده شده ، تمام گوجه فرنگی ها بافت خاص و ظاهر جذاب را برای مصرف را حفظ کرده اند. این را می توان با این واقعیت توضیح داد که پلی پیرول دارای خاصیت آنتی اکسیدانی است که رسیدن گوجه فرنگی را به تاخیر می اندازد و به دلیل اینکه تبادل کمتری با محیط وجود دارد (جدول 3). نفوذپذیری هوا به طور قابل توجهی در مقایسه با مقوای معمولی کاهش می یابد. (>1.0 در مقابل 12.5 میلی لیتر در دقیقه). از آنجا که اکسیژن یکی از عوامل اصلی تخریب مواد غذایی است [27] ، کاهش ارتباط با محیط خارج باعث کاهش پدیده تخریب می شود. در حالی که این آزمایش عمدتاً کیفی است ، این نتایج نشان می دهد که تأثیر قابل توجهی از حفظ مواد غذایی با مقوا پوشش داده شده وجود دارد. علاوه بر این ، کار قبلی ما در آزمایشگاه [28] نشان داد که این نوع جدید از بسته بندی فعال با توجه به مشکلات حل شویی ذرات ایمن هستند. در واقع ، نشان داده شده است که پس از غوطه وری برای 48 ساعت ، تنها به میزان

0.0002 مول بر لیتر پلی پیرول با تولرانس6- 10*5.2آزاد شده بود که نشان می دهد این پوشش پتانسیل تماس مستقیم با مواد غذایی را دارد.  تحقیقات بیشتر لازم است تا  کلیه موارد مورد نیاز از جمله مجوز تماس با مواد غذایی ، مشکلات حساسیتی ، قرار گرفتن در معرض طولانی مدت و غیره برای این نوع بسته بندی ارزیابی شود. تا پارامترهای لازم برای یک بسته بندی مواد غذایی طبق مقررات را دارا باشد.

3.4.  افزایش قابلیت بازیافت

افزایش استفاده از بسته بندی های پلاستیکی به مشکلی برای طبیعت تبدیل شده است [29]. بنابرین استفاده از بسته بندی های تخریب پذیر یا قابل بازیافت یک راه حل جالب توجه است. از این نظر، ورق های مقوایی با توجه به تهیه مواد با پایه طبیعی، موادی هستند که به راحتی قابل استفاده مجدد و بازیافت هستند. در مقابل پلی پیرول قابل بازیافت نیست. بنابرین جداسازی پلی پیرول از ورق مقوایی نکته مهمی است. پس از 10 دقیقه قرارگیری در آب، پوشش می تواند به آسانی (همراه با مقداری الیاف کاغذ) از روی مقوا برداشته شود. بین 10 تا 15 درصد وزن کاغذ ممکن است در فرایند جداسازی کم شود، با این وجود حدود 80 درصد کاغذ قابل بازیافت است. افزایش نرخ برش خمیرهای کاغذ تجاری سرعت جداسازی پوشش PPy را بیشتر می کند با این وجود آزمایشات بیشتری برای بررسی دقیق تر و علمی تر این پدیده نیاز است. هرچند آزمایشات اولیه نشان می دهد که این پوشش به راحتی جداسازی می شود و این محصول قابل بازیافت است.

 .4. نتیجه گیری:

در این مطالعه ، ما تولید ماده  TOCN-PPy با استفاده از پلیمریزاسیون شیمیایی پیرول را برای پوشش دهی روی مقوا گزارش کردیم. با استفاده از این روکش ، ما خصوصیات مکانیکی را بهبود بخشیده و میزان نفوذپذیری گاز مقوا را تا حد زیادی کاهش می دهیم. بهبود به شبکه متراکم تشکیل شده توسط TOCN و ذرات پلی پیریرول روی سطح مقوا نسبت داده شد. علاوه بر این ، زنجیره های آلیفاتیک PPy منافذ مواد سلولزی ساختار مقوا را بستند و باعث کاهش نفوذپذیری هوا و جذب آب می شوند. علاوه بر این ، این روش نشان می دهد که می توان یک بسته بندی مواد غذایی مبتنی بر مقوا را که نسبت به بسته بندی ورق های معمولی موثرتر هستند تولید کرد و این امر باعث می شود تا عمر مفید بیشر برای غذاهای قابل فساد امکان پذیر باشد. علاوه بر این ، ساختار زیست تخریب پذیر این مواد می تواند ضایعات بسته بندی تولید شده توسط پلاستیک را نیز کاهش دهد ، زیرا برای بازیافت می توان مقوا را از روکش جدا کرد. اگرچه خواص بسته بندی های  پلاستیکی هنوز بهتر از انواع مقوایی  باقی مانده است ، اما این بسته بندی جدید با روکش TOCN-PPy به عنوان جایگزینی جالب برای پلیمرهای کلاسیک مورد استفاده به نظر می رسد.

Benoit Bideaua, Eric Lorangera,⁎, Claude Daneaultb

a Lignocellulosic Materials Research Center, Université du Québec à Trois-Rivières, 3351 boul. des Forges, C.P. 500, Trois-Rivières, QC, G9A 5H7, Canada

 bDepartment of Chemical Engineering, Université du Québec à Trois-Rivières, 3351 boul. des Forges, C.P. 500, Trois-Rivières, QC, G9A 5H7, Canada