تهیه و بررسی خواص فیلم چند جزیی زیست تخریب­ پذیر در بسته­ بندی مواد غذایی

سارا طبشی: دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد، گروه مهندسی صنایع پلی­مر، دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات تهران

عبدالرسول ارومیه­ ای: عضو هیئت علمی پژوهشگاه پلی­مر و پتروشیمی ایران

سعید بازگیر: عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

علی اصغر کتباب: دکترای مهندسی پلی­مر،عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چكيده

در طی سال­های اخیر استفاده از پلی­مرهای[5] زیست تخریب­پذیر در تولید مواد بسته­بندی، مورد توجّه تولیدکنندگان قرار گرفته است. بسته ­بندی­ های زیست تخریب­ پذیر بر پایه بیوپلی­مرها[6] و پلی­ مرهای سنتزی[7] هستند که به طور معمول از نشاسته و پلی­اولفین­هایی[8] نظیر پلی­اتیلن سبک[9]، پلی­اتیلن سنگین[10]، پلی­پروپیلن[11] و پلی استایرن[12] استفاده می­گردد. فیلم­های زیست تخریب­ پذیر تولید شده بر پایه نشاسته و پلی­اتیلن سنگین دارای مزایایی چون، زیست تخریب­پذیری، مقاومت در برابر مواد شيميايي و تنش­هاي شکننده­ ي محيط می باشد؛ اما وجود معایبی مانند انعطاف ­پذیری و مقاومت ضربه پایین، استفاده از آن­ها را محدود می­سازد. در این پژوهش، اثر ترکیب درصدهای متفاوتی از[13]  LLDPE و HDPE  را در کامپوزیت زیست تخریب­ پذیر چند جزئی نشاسته / پلی­ اتیلن سنگین / پلی­اتیلن خطی سبک و پلی­اتیلن مالئیک انیدرید[14]، از طریق روش مخلوط­کن داخلی مورد بررسی قرار داده شد. سپس به بررسی خواص کششی نظیر مدول، استحکام کششی در نقطه تسلیم و درصد ازدیاد طول در نقطه­ی شکست پرداخته شد و نتایج حاصل نشان می­دهد که افزایش مقدارLLDPE  در آمیزه باعث افزایش قابل توجّهی در ازدیاد طول تا نقطه شکست در مقایسه با نسبت ثابتی از آلیاژ پلی­اتیلن سنگین و سبک خطی به عنوان نمونه شاهد بوده است. بنابراین فیلم چند جزئی فوق با ترکیب درصد30%LLDPE  و 34%  HDPEو درصد ثابتی از نشاسته و سازگارکننده در شرایط بهینه، بهترین خواص را از خود نشان داده است به طوری که با بررسی خواص زیست تخریب­پذیری این آمیزه، مشاهده گردید که بعد از مدّت سه ماه در حدود 10% نمونه‌ تخریب شده است. میزان گذردهی اکسیژن در آمیزه چند جزیی حاوی 30%LLDPE حاکی از کاهش بیش از 50% مقدار اکسیژن عبوری، نسبت به آلیاژ HDPE/LLDPE گردیده است.

واژه هاي كليدي

کامپوزیت زیست تخریب­پذیر، پلی­اتیلن سنگین پلی­اتیلن سبک خطیLLDPE، نشاسته، خواص مکانیکی و گذردهی اکسیژن.

 

1- مقدمه

استفاده از روش­های نوین در بسته ­بندی محصولات غذایی به دلیل قابلیت بازیافت و تجزیه­ پذیری(قابلیت برگشت به چرخه طبیعت به صورت انرژی)، فوایدی را برای جامعه به ارمغان می­آورد]4[. امروزه طبق آمارهای به دست آمده حداقل بیشتر از 30 درصد از کل پلاستیک­ها در صنعت بسته­ بندی و بیش از نیمی از آن­ها، برای بسته ­بندی مواد غذایی به کار می­روند. این امر نشانگر کاربرد بسیار مهم این مواد می­باشد[5]. با توجّه به مشکل آلودگی محیط زیست به وسیله پلاستیک­ها و عدم تخریب آن­ها، پلاستیک­های زیست تخریب­ پذیر اهمیت خاصی پیدا کرده ­اند که در این میان نیز پلاستیک­های تخریب پذیر بر پایه نشاسته به دلیل ارزان و تجدید پذیر بودن جزء نشاسته، مورد توجّه ویژه محققان قرار گرفته است[1]. نشاسته يك کربوهیدراتی[15] طبيعي و زيست تخريب­ پذیر است. از مهم­ترین چالش‌هایی كه در تهیه‌ی آميزه­ هاي پايه نشاسته وجود دارد می‌توان به مشكلات امتزاج­ پذيري و افت خواص مكانيكي آميزه در مقادير بالاي نشاسته اشاره كرد[6]. افزودن نشاسته به پلی­الفین­ها می‌تواند روش قابل قبولي در افزايش زيست تخریب پذيری پلاستیک‌ها باشد. از جمله مواد پلی­مری مورد مصرف در بسته­ بندی، پلی­الفین­ ها هستند که از بین آن­ها پلی­اتیلن به علت طیف گسترده­ ی کاربردی خود جزء مواد استثنایی در صنعت پلاستیک محسوب می­شود[7]. پلی­اتیلن، اکنون به طور عمده در سه نوع پایه(LDPE, LLDPE, HDPE) تولید می­شود. بسته­ بندی تولید شده با پلی­اتیلن سنگین، سفت­ تر و شفاف­ تر بوده، فرآیند­پذیری آن آسان و نفوذ ناپذیری آن در برابر رطوبت خوب است، دارای مقاومت مکانیکی بالاتر و استحکام کششی بیشتر است ولی این نوع پلی­اتیلن دارای معایبی از جمله انعطاف­پذيري و مقاومت ضربه­ ی پایین­تری نسبت به ساير پلي­اتيلن­ ها می­باشد. از طرفی پلی­اتیلن سبک خطی در مقابل پارگي و سوراخ شدن مقاومت داشته و استحکام وکشش بهتري را نشان مي­ دهد[8]. به همین دلیل از آن در بسته­ بندي مواد غذايي، فيلم­ هاي کششي، کيسه­ هاي حمل مواد سنگين و کيسه­ هاي زباله استفاده شده است]2[. اكثر پلي­مرهاي سنتزي[16] آبگریز[17] هستند و از نظر ترموديناميكي[18] با نشاسته آبدوست[19]، امتزاج­ پذير نيستند. بنابراين اختلاط ساده نشاسته و پلی­اتیلن منجر به عدم سازگاري فازها خواهد شد، از اين رو استفاده از سازگار­كننده مناسب در هنگام فرآيند كردن آميزه ضروري است. سازگار­كننده­ هايی که عمدتاً در تهیه‌ی اين آمیزه‌ها استفاده می‌شوند عبارتند از: پلي­وينيل الكل[20] و اتيلن وينيل استات[21]، پلي­وينيل بوتيرات[22]، پلي­اتيلن شاخه­ دار شده با مالئیک انيدريد و پلی‌پروپیلن شاخه­ دار شده با مالئیک انيدريد و غیره که كاربرد گسترده­ اي در صنايع بسته­ بندي و محصولات بهداشتي، پوشش­ دهي كاغذ و غیره پيدا كرده­ اند[8]. تحقيقات نشان مي‌دهند تمايل مصرف­كنندگان به استفاده از بسته­ بندي طرفدار محيط زيست بيشتر شده است به طوري كه اكثر آن­ها به دنبال خريد آن دسته از محصولات و مواد غذايي هستند كه داراي چنين بسته­ بندي‌هايي باشند.

در این تحقیق، فیلم زیست تخریب­ پذیر چندجزئی از نشاسته/ پلی­اتیلن سنگین/ پلی­اتیلن سبک خطی/ پلی­اتیلن مالئیک انیدرید تهیه گردید. سپس خواص فیزیکی و مکانیکی، زیست تخریب­پذیری و خواص گذردهی فیلم حاصل نسبت به اکسیژن مورد مطالعه قرار گرفت.

5- Polymers

6- Biopolymers

7- Synthetic

8- Polyolefines

9- Low density polyethylene

10- High density polyethylene

11- Polypropylene

12- Polystyrene

13- Linear low density polyethylene

14- Anhydride

1- Carbohydrate

2- Synthetic

3- Hydrophobic

4- Thermodynamic

5- Hydrophilic

6- Ethylene vinyl alcohol

7- Polyvinyl acetate

8- Butyrate