عملکرد بسته بندی مواد غذایی بر پایه نانوکامپوزیت های پلی (لاکتیک اسید)/رس طی هوازدگی طبیعی: مکانیسم ها و ویژگی ها

نویسندگان

دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، مازندران، گروه علوم و صنایع غذایی

چکیده

نانوکامپوزیت­های پلی­لاکتیک اسید، به واسطه زیست تخریب پذیری کاربردهای متعددّی در بسته­بندی مواد غذایی دارند. با این وجود، کاربرد نانوکامپوزیت پلی­لاکتیک اسید تا حدّی به دلیل محدودّیت خصوصیات فیزیکی همچون پایداری حرارتی، ممانعت­کنندگی از گاز و شکننده­ بودن، محدود است. پراکنش نانو رس در ماتریکس پلی­لاکتیک اسید می­تواند باعث بهبود قابل توجّهی در خصوصیات نانوکامپوزیت­های آن گردد. در این مطالعه، مکانیسم­های درگیر در هوازدگی طبیعی و اثر آن در تغییر خصوصیات نانوکامپوزیت­های پلی­لاکتیک اسید طی دوره نگهداری بررسی شده است. تخریب شیمیایی پلیمر یک فرآیند بسیار مهم و برگشت ناپذیر است که عملکرد تمام مواد پلاستیکی را طی دوره بسته­بندی تحت تأثیر قرار داده و در نهایت منجر به افت خصوصیات محافظت­کنندگی آن می­گردد. هوازدگی طبیعی (یا هوازدگی در فضای باز) به طور گسترده جهت ارزیابی دوام پلیمرهای بسته­بندی مواد غذایی استفاده شده­اند. فرآیند تخریب نوری اکسیداتیو یا فتواکسیداسیون نانوکامپوزیت­های بسته­بندی به عوامل مختلفی بستگی دارند و مهم­ترین عامل آن، نور خورشید است که مسئول شروع یا آغازگر فرآیندهای نوری در تخریب پلیمرها می­باشد. ماهیت محصولات اصلی اکسیداسیون نانوکامپوزیت­های بسته­بندی به خوبی شناخته شده؛ اگرچه مکانیسم­های مؤثر در اکسیداسیون تا حدّی بحث برانگیز است. مطالعات نشان داد که خصوصیات فیزیکوشیمیایی و عملکردی نانوکامپوزیت­های پلی‌لاکتیک اسید و رس PLA/Cloisite 30B، طی نگهداری تغییر می­کند. همچنین، ترکیبات با وزن مولکولی پایین در پلیمر ایجاد شده و این میزان کاهش با افزایش میزان رس، زیاد می­شود. شاخص بلورینگی طی دوره نگهداری افزایش می­یابد. دمای انتقال شیشه­ای (Tg) کاهش یافت که این میزان کاهش در مقادیر بالای رس، بیشتر بود. افت پاسخ مکانیکی در نتیجه تخریب نوری پلیمر هم مشهود است. بر این اساس، گزارش شد که اغلب خصوصیات کششی فیلم­های پلی لاکتیک اسید تحت تأثیر تابش نور ماوراء بنفش است. حضور پر­کننده­های رس در ماتریکس نانوکامپوزیت­های پلی­لاکتیک اسید می­تواند، علاوه بر بهبود خصوصیات فیزیکی فیلم­های حاصل (شکننده بودن، بازدارندگی به گازها و غیره)، فرآیند تخریب­پذیری آن­ها را هم به کمتر از شش ماه کاهش می­دهد که مشکل عمده پلیمرهای سنتزی در مبحث بسته­بندی مواد غذایی است.

کلیدواژه‌ها


  1. Paul, M.-A., Alexandre, M., Degee, P., Henrist, C., Rulmont, A., and Dubois, P., (2003). "New nanocomposite materials based on plasticized poly (L-lactide) and organo-modified montmorillonites: thermal and morphological study," Polymer, vol. 44, pp. 443-450.
  2. Krishnamachari, P., Zhang, J., Lou, J., Yan, J., and Uitenham, L., (2009). "Biodegradable poly (lactic acid)/clay nanocomposites by melt intercalation: a study of morphological, thermal, and mechanical properties," International Journal of Polymer Analysis andCharacterization, vol. 14, pp. 336-350.
  3. Becker, J. M., Pounder, R. J., and Dove, A. P., (2010). "Synthesis of poly (lactide) s with modified thermal and mechanical properties," Macromolecular rapid communications, vol. 31, pp. 1923-1937.
  4. Alexandre, M. and Dubois, P., (2000). "Polymer-layered silicate nanocomposites: preparation, properties and uses of a new class of materials," Materials Science and Engineering: R: Reports, vol. 28, pp. 1-63.
  5. Bourbigot, S., Samyn, F., Turf, T., and Duquesne, S., (2010). "Nanomorphology and reaction to fire of polyurethane and polyamide nanocomposites containing flame retardants," Polymer degradation and stability, vol. 95, pp. 320-326.
  6. Dintcheva, N. T., Al-Malaika, S., and La Mantia, F. P., (2009). "Effect of extrusion and photo-oxidation on polyethylene/clay nanocomposites," Polymer degradation and stability, vol. 94, pp. 1571-1588.
  7. Ray, S. S. and Bousmina, M., (2005). "Biodegradable polymers and their layered silicate nanocomposites: in greening the 21st century materials world," Progress in materials science, vol. 50, pp. 962-1079.
  8. Zaidi, L., Kaci, M., Bruzaud, S., Bourmaud, A., and Grohens, Y., (2010). "Effect of natural weather on the structure and properties of polylactide/Cloisite 30B nanocomposites," Polymer degradation and stability, vol. 95, pp. 1751-1758.
  9. Pandey, J. K., Reddy, K. R., Kumar, A. P., and Singh, R., (2005). "An overview on the degradability of polymer nanocomposites," Polymer degradation and stability, vol. 88, pp. 234-250.
  10. Touati, N., Kaci, M., Bruzaud, S., and Grohens, Y., (2011). "The effects of reprocessing cycles on the structure and properties of isotactic polypropylene/cloisite 15A nanocomposites," Polymer degradation and stability, vol. 96, pp. 1064-1073.
  11. Sampers, J., (2002). "Importanceof weathering factors other than UV radiation and temperature in outdoor exposure," Polymer degradation and stability, vol. 76, pp. 455-465.
  12. Trozzolo, A. M., (1972). "Stabilization against oxidative photodegradation," Polymer Stabilization. New York: Wiley-Interscience, pp. 198-202.
  13. Al-Madfa, H., Mohamed, Z., and Kassem, M., (1998). "Weather ageing characterization of the mechanical properties of the low density polyethylene," Polymer degradation and stability, vol. 62, pp. 105-109.
  14. Hamid, S., Qureshi, F., Amin, M., and Maadhah, A., (1989). "Weather-induced degradation of LLDPE: Calorimetric analysis," Polymer-plastics technology and engineering, vol. 28, pp. 475-492.
  15. Pluta, M., Murariu, M., Alexandre, M., Galeski, A., and Dubois, P., (2008). "Polylactide compositions. The influence of ageing on the structure, thermal and viscoelastic properties of PLA/calcium sulfate composites," Polymer degradation and stability, vol. 93, pp. 9.931-25.
  16. Tsuji, H., Echizen, Y., and Nishimura, Y., (2006). "Enzymatic degradation of poly (l-lactic acid): Effects of UV Irradiation," Journal of Polymers and the Environment, vol. 14, pp. 239-248.
  17. Tsuji, H., Echizen, Y., and Nishimura, Y., (2006). "Photodegradation of biodegradable polyesters: A comprehensive study on poly (l-lactide) and poly (ɛ-caprolactone)," Polymer degradation and stability, vol. 91, pp. 1128-1137.
  18. Janorkar, A. V., Metters, A. T., and Hirt, D. E., (2007). "Degradation of poly (L‐lactide) films under ultraviolet‐induced photografting and sterilization conditions," Journal of applied polymer science, vol. 106, pp. 1042-1047.
  19. Gardette, M., Therias, S., Gardette, J.-L., Murariu, M., and Dubois, P., (2011). "Photooxidation of polylactide/calcium sulphate composites," Polymer degradation and stability, vol. 96, pp. 616-623.
  20. Ikada, E., (1997). "Photo-and bio-degradable polyesters. Photodegradation behaviors of aliphatic polyesters," Journal of Photopolymer Science and Technology, vol. 10, pp. 265-270.
  21. Grossetete, T., Rivaton, A., Gardette, J., Hoyle, C., Ziemer, M., Fagerburg, D., and Clauberg, H., (2000). "Photochemical degradation of poly (ethylene terephthalate)-modified copolymer," Polymer, vol. 41, pp. 3541-3554.
  22. Bocchini, S., Fukushima, K., Blasio, A. D., Fina, A., Frache, A., and Geobaldo, F., (2010). "Polylactic acid and polylactic acid-based nanocomposite photooxidation," Biomacromolecules, vol. 11, pp. 2919-2926.
  23. Brigatti, M. F., Medici, L., and Poppi, L., (1996). "Sepiolite and industrial waste-water purification: removal of Zn 2+ and Pb 2+ from aqueous solutions," Applied Clay Science, vol. 11, pp. 43-54.
  24. Belbachir, S., Zaïri, F., Ayoub, G., Maschke, U., Naït-Abdelaziz, M., Gloaguen, J.-M., Benguediab, M., and Lefebvre, J.-M., (2010). "Modelling of photodegradation effect on elastic–viscoplastic behaviour of amorphous polylactic acid films," Journal of the Mechanics and Physics of Solids, vol. 58, pp. 241-255.
  25. Kaci, M., Sadoun, T., and Cimmino, S., (2001). "Crystallinity measurements of unstabilized and HALS-stabilized LDPE films exposed to natural weathering by FT-IR, DSC and WAXS analyses," International Journal of Polymer Analysis and Characterization, vol. 6, pp. 455-464.
  26. Solarski, S., Ferreira, M., and Devaux, E., (2008). "Ageing of polylactide and polylactide nanocomposite filaments," Polymer degradation and stability, vol. 93, pp. 707-713.
  27. Vasanthan, N. and Ly, O., (2009). "Effect of microstructure on hydrolytic degradation studies of poly (l-lactic acid) by FTIR spectroscopy and differential scanning calorimetry," Polymer degradation and stability, vol. 94, pp1372-1364.
  28. Wu, T.-M. and Wu, C.-Y., (2006). "Biodegradable poly (lactic acid)/chitosan-modified montmorillonite nanocomposites: Preparation and characterization," Polymer degradation and stability, vol. 91, pp. 2198-2204.
  29. Spinks, G., Brown, H., and Liu, Z., (2006). "Indentation testing of polystyrene through the glass transition," Polymer testing, vol. 25, pp. 868-872.
  30. Dhakal, H., Zhang, Z., and Richardson, M., (2006). "Nanoindentation behaviour of layered silicate reinforced unsaturated polyester nanocomposites," Polymer testing, vol. 25, pp. 846-852.