نانو تکنولوژی در صنایع چاپ و بسته بندی

چاپ دیجیتال نسبت به چاپ افست چه برتری و کاستی دارد ؟
چاپ دیجیتال نسبت به چاپ افست چه برتری و کاستی دارد ؟
۱۳۹۶-۰۸-۰۲
جایگاه جهانی بروشور و کاتالوگ و تراکت و کارت ویزیت
جایگاه جهانی بروشور و کاتالوگ و تراکت و کارت ویزیت
۱۳۹۶-۰۸-۱۳

نانو تکنولوژی در صنایع چاپ و بسته بندی

فرصت ها و چالش ها
اساس نانو فناوری، درک خواص و رفتار جدید ذراتی با اندازه کمتر از 100 نانومتر، بهره برداری از خواص و پدیده های این بعد از مواد، ابزارها و سیستم های نوین است. نانو فناوری امروزه در کشور از سوی صاحبان صنایع و دولتمردان مورد توجه
بسیار زیادی قرار گرفته است. ورود نانو فناوری به صنایع چاپ و بسته بندی امید فرصت های جدید و دستاوردهای بزرگی را ایجاد خواهد کرد. از کاربردهای عمده ی این فناوری در صنایع چاپ و بسته بندی می توان به تولید نانو ذرات با خاصیت مانع شوندگی زیاد، نانو مرکب ها، ساخت بسته بندی های جدید متناسب با تغییرات غذا، تولید حسگرهای زیستی جدید جهت شناسایی پاتوژ نها، نانو غذاها، نانوکریستال ها،  نانوکاتالیست ها، استفاده از نانولوله ها به جهت افزایش مانع شوندگی، تولید غذای سالم و جداسازی فاکتورهای ضد تغذیه ای از آن ها، تولید غذاهای با ارزش غذایی بالا اشاره کرد. این مقاله به برخی از زمینه های مختلف کاربرد نانو فناوری در صنایع چاپ و بسته بندی پرداخته است.
مقدمه
امروزه از فناوری نانو در صنایع چاپ و بسته بندی به منظور دستیابی به اهداف مختلف از جمله افزایش ماندگاری مواد غذایی، کیفیت ضد میکروبی و خواص ممانعتی بهتر در صنایع بسته بندی مورد توجه صاحبان صنایع چاپ و بسته بندی قرار گرفته است. ارزش اقتصادی محصولات فناوری نانو در صنعت بسته بندی مواد غذایی از رقم 150 میلیون دلار در سال 2002 به 860 میلیون دلار در سال 2004 رسیده است. پیش بینی شده است که فناوری نانو 25 درصد تجارت بسته بندی مواد غذایی در دهه آینده را تغییر خواهد داد و بازار آن به 30 میلیارد دلار در سال خواهد رسید. در این تحقیق به فرصت ها و کاربردهای فناوری نانو در صنایع چاپ و بسته بندی پرداخته خواهد شد.

کاربرد فناوری نانو در صنایع چاپ

کاربرد فناوری نانو در صنایع چاپ

1- هدهای نانو ساختاری در چاپ دیجیتال: با بکارگیری نانو ساختارها در هد دستگاه چاپ دیجیتال منجر به تولید قلم هایی با نوک بسیار تیز و سختی بالا می شود که بر روی بستر پلیمری نرمی با سرعت جهندگی بالا شناورند که از این پس با هزینه کمتری به تولید تصاویر با کیفیت و وضوح بالا در حوزه چاپ می توان دست یافت. با این تکنیک جدید می تواند فرآیند چاپ الگوهای اولیه یا همان نمونه سازی سریع ادوات و  ساختارهای نانو مقیاس را چنان کم مصرف کرد که تعویض هدهای دستگاه های چاپ دیجیتال فرایند هزینه بری نباشد.
2- سرامیک با نانو حفره های یکنواخت: یکی از بزرگ ترین چالش ها در صنعت کاشی و سرامیک، چاپ بر روی سطوح کاشی و سرامیک می باشد. امروزه از نانو کریستال های سلولزی در مخلوط تهیه سرامیک استفاده می شود. استفاده از مواد پرکننده شامل نانوسلولزهای یکنواخت میزان بالایی از یکنواختی را در تولید سرامیک ها با تخلخل یکنواخت و ضخامت ثابت بوجود می آورند که این امر باعث افزایش چاپ پذیری سطوح کاشی و سرامیک می گردد.
3- نانو دی اکسید تیتانیوم: ریموندو و همکاران ( 2012 ) به بررسی قابلیت چاپ پذیری مصالح ساختمانی، روکش ها پوشش داده شده با نانو دی اکسید تیتانیوم و خصوصیات کاربردی آن پرداختند. در این تحقیق به منظور اعمال نانو پوشش دی اکسید تیتانیوم از روش چاپ اینکجت استفاده شده است. نانو دی اکسید تیتانیوم به میزان 0/4 گرم بر متر مربع اعمال شد. نتایج نشان داد که می توان در مقیاس صنعتی از نانو دی اکسید تیتانیوم برای تولید برای صنایع کاشی و سرامیک استفاده کرد .روش اعمال نانو ذرات و شرایط حرارتی تولید مصالح ساختمانی بر روی ضخامت، یکنواختی و خوشه ای شدن نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم تاثیرگذار است. قابل ذکر است به دلیل حضور نانو ذرات نانو اکسید تیتانیوم خاصیت آبگریزی سطوح کاشی و سرامیک افزایش یافتند.
کسمالا و همکاران ( 2011)، سنتز نانو ذرات نقره و ساخت جوهر پایه آبی برای پرینترهای جوهرافشان را مورد بررسی قرار دادند. چالش اصلی، دوام و قابلیت چاپ در جوهر چاپگرهایی که حاوی نانوذرات در پرینترهای جوهر افشان است غلبه بر تراکم زیاد ذرات در محیط می باشد. در این مطالعه ذرات نقره با قطر تقریبی 50 نانومتر تولید شدند. جوهر با استفاده از یک کوپلیمر سه بلوکه و با حساسیت بالا به اولتراسونیک سنتز شد. از جمله فاکتورهای متنوعی که بر کیفیت و ثبات جوهر تاثیر م یگذارد می توان به زمان تیمار اشاره کرد. جوهر حاوی 5 درصد وزنی نانو نقره دارای ویسکوزیته در حدود 2 مگاپاسکال. ثانیه و کشش سطحی 30 در دمای 25 درجه سانتیگراد است که به عنوان بهترین میزان افزودن نانو نقره به جوهر معرفی شد. همچنین جوهر دارای 5 درصد وزنی نانو نقره به طور موفقیت آمیزی بر روی سرامیک و آلومینیوم اکسید در دمای پایین چاپ شد.

فناوری نانو در صنعت بسته بندی مواد غذایی

فناوری نانو در صنعت بسته بندی مواد غذایی

تولید فیلم های بسته بندی با خاصیت مانع شوندگی بالا : مسئله سازترین عامل در بسته بندی مواد غذایی، اکسیژن است زیرا این عنصر باعث فساد چربی مواد غذایی و همچنین تغییر رنگ آن ها می شود. در بسته بندی های پلیمری، نانو ذرات به صورت زیگزاگ قرارگرفته اند و مانند سدی مانع از نفوذ اکسیژن می شوند؛ در واقع مسیری که گاز باید برای ورود به بسته طی کند طولانی می شود. به همین خاطر مواد غذایی در این بسته ها تازگی خود را بیشتر حفظ می کنند .نانوفیلترها که بر پایه ساختار نانولوله ای می باشند می توانند مولکول هایی مانند پروتئین ها، پپتیدها، ویتامین ها یا مواد معدنی را براساس اندازه، شکل و میل ترکیبی آن ها، از یکدیگر جدا کنند. استفاده از نانوفیلترها در محصولات لبنی یکی از کاربردهای اصلی نانو مواد می باشد که این مواد بارالکتریکی در منافذ ایجاد کرده و به صورت هوشمند عمل می کنند و عبور انتخابی صورت می گیرد که این نوع عملکرد از اکسیداسیون چربی ها نشات می گیرد.
لوپز و همکاران ( 2015 ) به بررسی نشاسته ترموپلاستیک ذرت که با نانو ذرات تالک تقویت شده اند، پرداختند. کیسه های بسته بندی از فیلم های فشرده شده حرارتی با نشاسته تقویت شده با نانو ذرات تالک ( 3- 1- 0 و 5 درصد وزنی) مورد مطالعه قرار گرفتند. مقاومت مکانیکی فیلم های نشاسته ای که دارای غلظت بالاتر از نانو ذرات تالک بود افزایش بیشتری از خود نشان دادند در صورتی که افزودن نانو ذرات تالک بر مدل یانگ تاثیر معکوس داشت. نفوذ بخار آب و اکسیژن به میزان 54 و 26 درصد در فیلم هایی که حاوی 3 درصد نانو ذرات تالک بودند کاهش یافت.
ماجید و همکاران ( 2013 ) به تولید و بررسی ویژگی های نانو چندسازه های الیاف/ نانورس پرداختند. نفوذپذیری ذاتی مواد پلیمرها نسبت به گازها و بخار و خواص ضعیف مکانیکی پلیمرها مشهود است که به منظور جبران این ضعف از نانو ذرات رس در ماتریس پلیمر استفاده شد. نتایج حاکی از جذب آب بیشتر در زمان حضور نانو ذرات رس در ماتریس پلیمر می باشد . اما قابل ذکر است که نفود ناپذیری ماتریس پلیمر پر شده با نانو ذرات رس نسبت به اکسیژن و دیگر مواد به شدت کاهش یافته است.
استفاده از نانوکیتوزان و کاغذهای آنتی باکتریال در حوزه فناوری روکش دهی بسیار متداول است. روش روکش دهی تیغه ای یک شیوه متداول در صنعت پوشش کاغذ سازی است. در این روش هیچ ساختار خاصی تشکیل نمی شود، زیرا فشار بالای تیغه موجب شکسته شدن تعاملات کلوئیدی در طی فرایند روکش دهی می شود. فناوری های جدید روکش دهی مانند روکش دهی پاششی و روکش دهی اکستروژنی/غشایی، زمینه را برای روکش دهی میکرو و نانو ساختاری فراهم آورده اند.
کاربردهای این فناوری چند منظوره است، روکش دهی ساختاری می تواند روکش های حجیمی را با خواص بسیار ممتاز و ویژگی خشک کنندگی سریع جوهر ایجاد نماید.
ساختار سطح روکش ها زمینه های از ساخت سطوح مافوق آبگریز و مافوق جاذب برای کاربردهای بسیار گسترده ارائه دهد. در روکش های نانوکامپوزیتی از ناهمسان گردی بسیار زیاد نانو رس ها برای افزایش مقاومت روکش در برابر آب، چربی و گازها استفاده می شود. روکش های نانو کامپوزیتی، قادر به ایجاد لایه های بسیار نازک، فوق العاده مستحکم و ضد خراش هستند. با استفاده از نانو ذراتی مانند دی اکسید تیتانیوم م یتوان روکش های مقاوم در برابر اشعه ی فرابنفش یا دیگر پدیده های نوری خاص تولید کرد.
کاربرد میکرو فیبریل های سلولزی در صنایع بسته بندی : کاربرد میکرو فیبریل های سلولزی در صنایع بسته بندی مواد غذایی، عمدتا به خاطر افزایش تقاضا برای سلامتی انسان و ایمنی و حفاظت از محصول، افزایش عمر قفس ها، مقرون به صرفه بودن و دوستدار محیط زیست بودن در طول سالهای اخیر به طور معناداری گسترش یافته است. امروزه طیف زیادی از مواد اولیه بسته بندی را مشتقات نفتی مانند پلی اولفین ها تشکیل می دهند، اما با توجه به افزایش ملاحظات زیست محیطی، مواد حاصل از منابع تجدیدپذیر مانند نشاسته، کیتوزان و سلولز به طور گسترده ای به عنوان جایگزینی بالقوه مورد بررسی قرار گرفته اند.
این مواد برای حفاظت از محصولات باید به اندازه مواد حاصل از مشتقات نفتی رضایتمندی در افزایش ماندگاری مواد غذایی را حاصل کنند. نتایج حاصل از تحقیقات مختلف نشان می یدهد فیلم های نانو سلولزی و نانو کیتوزانی و صفحات پوشش داده شده با نانو سلولز دارای مانع شوندگی بسیار زیادی در مقابل اکسیژن، بخار آب، نور، میکروارگانیسمها و دیگر آلاینده ها می باشد. از جمله مواد جدیدی که از مواد سلولزی نشات می گیرد می توان به سلولز میکروفیبریله شده اشاره کرد. اخیرا میکروفیبری لهای سلولزی به عنوان ماده بست هبندی با داشتن ویژگ یهای ممانعتی و مکانیکی بسیار زیاد در صنعت بسته بندی به طور صنعتی مورد استفاده واقع شدند. در واقع، مقاومت فیل مهای میکروفیبریل های سلولزی در وزن پایه 35گرم بر متر مربع دارای شاخص کشش 146 نیوتن. متر/گرم و مدول الاستسیته 17. 5 گیگا پاسکال می باشد. این فیلم ها سرعت انتقال اکسیژن بسیار کمی را از خود نشان دادند. در تولید فیلم میکروفیبریل های سلولزی انتخاب نوع حلال بر روی فاکتور تخلخل فیلم تاثیر بسیار زیادی دارد. به عنوان مثال، برای فیلم های حاصل از میکرو فیبریل های سلولزی با حلال آب تخلخل 28 درصد و فیلم های خشک شده با حلالهایی مانند متانول، اتانول و استون تخلخل بیشتر از 40 درصد حاصل شد. به طور کلی بکارگیری فیلم های بر پایه  میکروفیبریل های سلولزی به عنوان یک لایه پوشش دهنده نفوذپذیری هوا را به طور معنی کاهش میدهد. با توجه به اینکه میکروفیبریل های سلولزی از سلولز خالص شده تولید می شود، ویژگی آب دوستی با مقادیر زیاد از جمله مشکلات فرایندی استفاده از میکروفیبریل های سلولزی در مقابل بخار آب مواجه می باشد. این فاکتور اصلی ترین عیب برای کاربرد میکروفیبریل های سلولزی در بسته بندی می باشد. برای غلبه کردن بر این موضوع استرتژی های مختلفی شامل اصلاحات شیمیایی و افزودن مواد آبگریز مورد بررسی قرار گرفته است. میکروفیبریل های سلولزی محتوی لیگنین می توانند فرصتی برای کاهش هزینه های عملیاتی با مزایای بالقوه مقاومتی و ویژگی های ممانعتی بهتر است.

بکارگیری فناوری نانو در حفاظت از مواد غذایی بسته بندی شده : بسته بندی ها را می توان به دو قسمت اصلی تقسیم نمود: دسته اول بسته بندی های فعال که حاوی موادی هستند که دارای عملکردی خاص و شبیه به بسته بندی هایی که تنها از ورود اکسیژن جلوگیری می کنند.
دسته دوم بسته بندی های هوشمند می باشند که به تغییرات محیط واکنش نشان می دهند. در حال حاضر در بسه بندی سلولزی از نانومواد استفاده می شود. این نانومواد شامل چسب هایی مبتنی بر نانو ذرات نشاسته بوده که از منابع تجدیدپذیری مانند ذرت تهیه می شوند و جایگزین چسب های مبتنی بر مواد نفتی شده اند. همچنین در ظروف بسته بندی مقوائی نانو مواد جایگزین پلی وینیل الکل و پلی وینیل استات می شوند. استفاده از نانو فناوری در ظروف نگهداری مواد غذایی، باعث افزایش زمان ماندگاری به مدت 18 ماه می شود، از نانوکامپوزیت ها برای بسته بندی غلات، گوشت های فرآوری شده، پنیرها، شیر، آبمیوه ها، بطری ها و نوشیدنی های گازدار استفاده می شود. نانوکامپوزیت ها نیز یکی از کاربردهای نانوتکنولوژی در بسته بندی های مواد غذایی هستند، مثلا ایمپرم نوعی پلاستیک سبک است که با نانو ذرات خاک رس ترکیب شده است و نانو کامپوزیتی تولید کرده که مقاومتر و شفافتر از شیشه است و شکنندگی کمتری دارد و جهت تولید بطری های نوشیدنی استفاده می شود و از فرار ملکول های دی اکسیدکربن و نفوذ مولکولهای اکسیژن به درون نوشیدنی جلوگیری می کند بنابراین باعث حفظ تازگی و افزایش زمان ماندگاری محصول می شود. نانو ذرات اکسید منیزیوم و اکسید روی باعث از بین بردن میکروارگانیسم ها می شوند که می تواند در بسته بندی مواد غذایی بسیار کاربردی باشد. نانو حسگرهای تغییر رنگ دهنده جهت شناسایی سریع شکر در غذا مبتنی بر غشاهای نانوالیاف نایلون که این غشاها با استفاده از الکترو ریسندگی تولید می شوند. برخی از پیشرفت هایی که در آیند های نه چندان دور در این زمینه قابل دستیابی هستند، عبارتند از : تولید بسته بندی هایی که توانایی بازتاب گرما از یک بستنی یخی را دارند و می توانند آن را از ذوب شدن در یک محیط گرم حفظ کنند، تولید بسته بندی هایی که می تواند هنگامی که سوراخ می شوند، خود را ترمیم کنند و بسته بندی هایی که می توانند تحت شرایط خاصی مانند فاسد شدن محصول غذایی خواص و ظاهر آنها تغییر کند، به عنوان مثال بسته بندی هایی که می توانند فاسد شدن شیر را با تغییر رنگ خود نشان دهند.
پانا و همکاران ( 2014 ) به بررسی اثر بسته بندی نانوکامپوزیت های حاوی نسبت های مختلف از نانو روی و نانو نقره بر کیفیت گوشت مرغ پرداختند. در این مقاله خاصیت ضدمیکروبی، انتقال نانوذرات و میزان نفوذشان از بسته بندی بر پایه پلی اتیلن چگالی پایین محتوی نانو نقره و نانو روی ( 5- 10 درصد وزنی ) به گوشت مرغ پرداختند. گوشت در یک دوره زمانی (0-7-10-15 و 20) روزه در بسته بندی حاوی نانو ذرات روی و نقره نگهداری شد. تعدادی از فاکتورها مانند اثرات محیطی، رنگ گوشت، خصوصیات ظاهری و شاخص اکسیداسیون چربی اندازه گیری شد. صرف نظر از بسته بندی با افزایش مدت زمان ذخیره سازی غلظت اکسیژن کاهش و غلظت دی اکسید کربن افزایش یافت. نتایج نشان می دهد که پس از گذشت 15 روز بیشترین کاهش در ارزش گوشت اتفاق افتاد در حالی که در بسته بندی بدون نانو مواد روی و نقره (نمونه شاهد) بعدا ز گذشت 7 روزا رزش گوش به حداکثر مقدار خود رسیده است. در نتیجه می توان نتیجه گرفت که اضافه کردن ترکیب نانو روی و نقره به بسته بندی خاصیت ضدمیکربی ایجاد می کند و همچنین میزان انتقال مواد از بسته بندی به ماده غذایی کاهش می یابد.
هو و همکاران(2011) به بررسی تاثیر نانو کامپوزیت ها به عنوان بسته بندی مواد غذایی و تاثیر آنها بر کیفیت کیوی در طول مدت زمان نگهداری پرداختند. نتایج نشان داد که افزودن نانوذرات نقره بر پلی اتیلن باعث کاهش قابل توجه اکسایش، نفوذ بخار آب و رشد اسپرها شد. علاوه بر آن، اسید آسکوربیک و میزان فنول در میوه نگهداری شده در بسته بندی ساخته شده از نانو کامپوزیت های نقره در مقایسه با نمونه های شاهد افزایش یافت. این نتایج نشان داد که نانو کامپوزیت ها یک تکنیک مناسب برای کاهش پوسیدگی میوه و حفظ کیفیت میوه در طول ذخیره سازی بعدا ز برداشت می باشد.

نتیجه گیری
صنایع چاپ و بسته بندی، هر روز بیش از پیش با الزامات بیشتری همراه است که امروزه روش های بسته بندی هوشمند با عملکرد چندگانه به مرحله اجرا در آمده است. حال با توجه به اهمیت روز افزون مسائل بهداشتی و نظارت همه جانبه کنترل کیفی بر کیفیت مطلوب محصول نهایی پس از بسته بندی تا مرحله مصرف محصولات غذایی، استفاده از یک فناوری نوین که بتواند دامنه ای از مشکلات مربوط به صنعت بسته بندی مواد غذایی را کم کند می تواند ضروری باشد. با توجه به تحقیقات انجام شده در زمینه به کارگیری نانو ذارات که توانایی افزایش ماندگاری غذا، افزایش ارزش غذایی و غیره را شامل می شوند می توان چنین نتیجه گرفت که فناوری نانو می تواند در زمینه صنایع چاپ و بسته بندی کارامد باشد و در مقیاس صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. بکارگیری فناوری نانو در تولید نانوهدهای چاپ دیجیتال، مرکب های حاوی نانو لوله های کربنی و استفاده از نانوپلیمرهای طبیعی مانند نانو سلولز و نانو کیتوزان به جهت افزایش خاصیت مانع شوندگی و آنتی باکتریال بودن بسته بندی از جمله موفقیت های نانوفناوری در صنایع چاپ و بسته بندی بوده است. حال با توجه به وجود چالش در بکارگیری علوم و فنون نوین در زمینه های مختلف می توان مطالعات در زمینه کاربرد این فناوری و استفاده از نانو ذرات در صنایع چاپ و بسته بندی مواد غذایی را ره گشای آن دانست.

محمد فیض آبادی فراهانی
محمد فیض آبادی فراهانی

کارشناس در زمینه طراحی گرافیک و چاپ با 10 سال سابقه فعالیت |
متخصص و مشاور در زمینه تبلیغات کاغذی و اینترنتی |
مشاور در زمینه طراحی سایت و سئو

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *