|
نانو فناوري، توانمندي توليد وساخت مواد، ابزار و سيستم هاي جديد با در دست گرفتن كنترل در مقياس نانومتري يا همان سطوح اتمي و مولكولي و استفاده از خواصي است كه در اين سطوح ظاهر مي شوند. يك نانومتر برابر با يك ميلياردم متر(10-9 متر) مي باشد. اين اندازه 18000 بار كوچك تر از قطر يك تار موي انسان است. به طور ميانگين 3 تا6 اتم در كنار يكديگر طولي معادل يك نانومتر را مي سازند كه اين خود به نوع اتم بستگي دارد. به طور كلي، فناروي نانو، گسترش، توليد و استفاده از ابزار و موادي است كه ابعادشان در حدود 1-100 نانومتر مي باشد.
اولين جرقه فناوري نانو در سال 1959 زده شد كه در اين سال ريچارد فاينمن اين ايده را مطرح ساخت كه در آينده اي نزديك مي توانيم مولكول ها و اتم ها را به صورت مستقيم دستكاري كنيم. واژه فناوري نانو اولين بار در سال 1947 توسط استاد دانشگاه توكيو به ربات ها جاري شد.
فناوري نانو به سه سطح قابل تقسيم است: مواد، ابزارها و سيستم ها. موادي كه در سطح نانو در اين فناوري به كار مي رود. را نانو مواد مي گويند. ماده نانو ساختار، به هر ماده اي كه حداقل يكي از ابعاد آن در مقياس نانومتري (زير 100 نانومتر) باشد اطلاق مي شود. اين تعريف به وضوح انواع بسيار زيادي از ساختارها، اعم از ساخته دست بشر يا طبيعت را شامل مي شود. منظور از يك ماده نانو ساختار، جامدي است كه در سراسر بدنه آن انتظام اتمي، كريستال هاي تشكيل دهنده و تركيب شيميايي در مقياس چند نانومتري گسترده شده باشند. درحقيقت اين مواد متشكل از كريستال ها يا دانه هاي نانومتري هستند كه هر كدام از آنها ممكن است از لحاظ ساختار اتمي، جهات كريستالوگرافي يا تركيب شيميايي با يكديگر متفاوت باشند. همه مواد از جمله فلزات، نيمه هادي ها، شيشه ها، سراميك ها و پليمرها در ابعاد نانو مي توانند وجود داشته باشند. همچنين محدوده فناوري نانو مي تواند به صورت ذرات بي شكل (آمورف)، كريستالي، آلي، غيرآلي و يا به صورت منفرد، مجتمع، پودر، كلوئيدي، سوسپانسيوني يا امولسيوني باشد.
خواص نانو مواد
با گذر از مقياس ميكرو به نانو، با تغيير برخي از خواص فيزيكي و شيميايي رو به رو مي شويم كه دو مورد مهم از آنها عبارتند از: افزايش نسبت مساحت سطحي به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات كوانتومي.
افزايش نسبت مساحت سطحي به حجم كه به تدريج با كاهش اندازه ذره رخ مي دهد، باعث غلبه يافتن رفتار اتم هاي واقع در سطح ذره به رفتار اتم هاي دروني مي شود. اين پديده بر خصوصيات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با ديگر مواد اثر مي گذارد. افزايش سطح، واكنش پذيري نانو مواد را به شدت افزايش مي دهد زيرا تعداد مولكول ها يا اتم هاي موجود در سطح در مقايسه با تعداد اتم ها يا مولكول هاي موجود در توده نمونه بسيار زياد است، به گونه اي كه اين ذرات به شدت تمايل به آگلومره (agglomeration) يا كلوخه اي شدن دارند. به عنوان مثال در مورد نانو ذرات فلزي، به محض قرار گيري در هوا، به سرعت اكسيد مي شوند. در بعضي مواقع براي حفظ خواص مطلوب نانو مواد، جهت پيشگيري از واكنش بيشتر، يك پايدار كننده را بايستي به آنها اضافه كرد كه آنها را قادر مي سازد تا در برابر سايش، فرسودگي و خوردگي مقاوم باشند.
البته اين خاصيت مزايايي هم در بر دارد. مساحت سطحي زياد، عاملي كليدي در كاركرد كاتاليزورها و ساختارهايي همچون الكترودها مي باشد. به عنوان مثال با استفاده از اين خاصيت مي توان كارايي كاتاليزورهاي شيميايي را به نحو موثري بهبود بخشيد و يا در توليد نانوكامپوزيت ها با استفاده از اين مواد، پيوندهاي شيميايي مستحكم تري بين ما ده زمينه وذرات برقرار شده و استحكام آن به شدت افزايش مي يابد. افزايش سطح ذرات، فشار سطحي را كاهش داده و منجر به تغيير فاصله بين ذرات يا فاصله بين اتم هاي ذرات مي شود. تغيير در فاصله بين اتم هاي ذرات ونسبت سطح به حجم بالا در نانو ذرات، تاثير متقابلي در خواص ماده دارد. تغيير در انرژي آزاد سطح، پتانسيل شيميايي را تغيير مي دهد. اين امر در خواص ترموديناميكي ماده (مثل نقطه ذوب) تاثير گذار است.
به محض آن كه ذرات به اندازه كافي كوچك شوند، شروع به رفتار مكانيك كوانتومي مي كنند. خواص نقاط كوانتومي مثالي از اين دست است. نقاط كوانتومي كريستال هايي در اندازه نانو مي باشد كه از خود نور ساطع مي كنند. انتشار نور توسط اين نقاط در تشخيص پزشكي كاربردهاي فراواني دارد. اين نقاط گاهي اتم هاي مصنوعي ناميده مي شوند، چون اكترون هاي آزاد آنها مشابه الكترون هاي محبوس در اتم ها، حالات گسسته و مجازي از انرژي را اشغال مي كنند.
علاوه بر اين، كوچك تر بودن ابعاد نانو ذرات از طول موج بحراني نور، آنها را نامرئي و شفاف مي نمايد. اين خاصيت باعث شده است تا نانو مواد براي مصارفي چون بسته بندي، مواد آرايشي و روكش ها مناسب باشند.
مواد در مقياس نان، رفتار كاملا متفاوت، نامنظم و كنترل نشده اي از خود بروز مي دهند. با كوچك تر شدن ذرات خواص نيز تغيير خواهد كرد. مثلا فلزات، سخت تر وسراميك نرم تر مي شود.
دسته بندي نانو مواد
مواد در مقياس نانو به دسته هاي زير قابل تقسيم مي باشد:
1. نانو لايه ها
2. نانو پوشش ها
3. نانو خوشه ها
4. نانو سيم ها
5. نانو لوله ها
6. نانو حفره ها
7. نانو ذرات (6،7)
نانو تكنولوژي يك تكنولوژي قدرتمند در به كارگيري طبيعت در سطح اتم و مولكول بوده و بر روي خصوصيات، سنتز و دستكاري ساختار زيستي و غير زيستي كمتر از 100 نانومتر متمركز شده است. در صنعت غذا، بسته بندي يكي از عوامل موثر در حفظ كيفيت و ايمني غذا مي باشد.
اهميت بسته بندي مواد غذايي
1. بسته بندي چهره كالاست و به همراه موارد مانند طرح و نام تجاري و كيفيت به نحوي با هم تركيب مي شوند تا كالا به راحتي معرفي شود.
2. بسته بندي در واقع اولين ارتباط مشتري با محصول است و تا حد زيادي وظيفه ارائه يك تصوير ذهني مطلوب از كالا را برعهده دارد.
3. بسته بندي محصول را از صدمات فيزيكي و آلودگي ها حفظ مي كند.
كاربرد نانو در صنعت بسته بندي
بسته بندي محصول را از صدمات فيزيكي و آلودگي ها حفظ مي كند بنابراين با توجه به ويژگي ها آنتي ميكروبيال توليدات نانوسيد، يكي از مهمترين كاربردهاي آن در صنايع بسته بندي مي باشد. از اين رو توليد بسته بندي هايي با كارايي وسيع موثر در برابر انواع ميكروارگانيسم ها به وسيله تكنولوژي نانو سيد مي تواند باعث افزايش عمر مفيد و ماندگاري دراز مدت محصولات شود. (با قرار دادن محصول در بسته بندي آنتي ميكروبيال از آلوده شدن محصول با عوامل ميكروبي جلوگيري مي شود)
2-2 كاربردهاي فناوري در بسته بندي وحفاظت از محصولات:
1. نانو كامپوزيت هاي مغناطيسي مورد استفاده در حسگرهاي برچسبي
2. نانو كامپوزيت هاي پليمري كلي (خاك رس) براي بهبود ويژگي هاي عايقي
3. پلاستيك هاي جديد براي استفاده در بطري ها با خواص عايق دربرابر اشعه uv و نفوذ گازها
4. برچسب هاي RFID
5. نفوذ ذرات پر كننده پليمرها
6. نانو با كدها و برچسب ها جهت بسته بندي و محافظت مقادير كم
7. ارتقاي دوام و قابليت استفاده و بسته بندي پلاستيك ها
8. روكش هاي با نانو كامپوزيت هاي پليمري و نانو اليافي
9. نانو مواد افزودني براي بهبود عملكرد( استحكام، مقاوم به آب، جذب، رسانايي و...)
10. كاغذ و يا پلاستيك هاي با قابليت حسگرها
11. نانو كدهاي ساخته شده از مواد كاغذي و يا پلاستيك هاي براي شناسايي و تاييد.
اهداف
12. بسته بندي هوشمند 2
كاربرد فناوري نانو در صنايع غذايي
فناوري نانو، توانايي اثر گذاري در بسياري از زمينه هاي صنايع غذايي را دارد. اين علم و فناوري جديد مي تواند نقاط ضعف صنعت بسته بندي را بر طرف كند. به عنوان مثال فيلم هايي با ساختارهاي نانويي و نيز با افزودن برخي مواد در ساخت آنها، به توليد بسته بندي هايي ختم مي شود كه مي تواند از تهاجم عوامل بيماري زا و ميكروب ها وديگر ميكروارگانيزم هايي كه بهداشت و سلامت غذا را به خطر مي اندازد، جلوگيري كنند. همچنين نانو حسگرهاي به كار رفته در بسته بندي مواد غذايي، مي تواند براي نمايش كيفيت مواد غذايي بسته بندي شده و اعلام وضعيت سلامت آن به كار رود. به طور خلاصه حوزه هاي مختلف كاربردي فناوري نانو در غذا و صنايع غذايي را مي توان به شش دسته نگهداري غذا، بهبود طعم و رنگ، سلامت غذا، بسته بندي، توليد غذا و فرآيندهاي غذايي تقسيم كرد.
1) نانو مواد آلي و غيرآلي (نانورس)
كاربرد نانو مواد مركب، مي توان كيفيت بسته بندي را با افزايش خاصيت مانع بودن آن، قيمت كمتر، نمايش بهتر و مواد سازگار با محيط زيست، بهبود دهد.
2) بسته بندي كاربردي
بسته بندي غذا با طراحي قاب هاي مختلف، مزيت هاي عملي مانند مقاومت در برابر آتش، جاذب گاز و مقاومت هاي حرارتي و مكانيكي، زمينه را براي افزايش توانايي مصرف و غيره فراهم مي كند.
3) نانو ذرات و نانو ساختارها
اين مواد مي توانند به طور موثري باكتري هاي مضر را در غذا از بين ببرند و سلامت غذا را افزايش دهند.
4) بسته بندي هوشمند با استفاده از نانو حسگرها
اين بسته بندي ها مي توانند تغييرات و فساد محتويات درون خود را آشكار سازند و به مصرف كننده، مواد مغذي دقيق را نشان دهند و قبل از فاسد شدن غذا به وي اطلاع دهند
ديگر كاربردها
-توليد غذاهاي كم چربي غني شده با فن آوري نانو:
مهندسان تغذيه در موسسه Technion با استفاده نانو ذرات پروتئين كه به طور طبيعي در شير وجود دارند راهي براي تزريق مواد مغذي سالم و اصلاح شده ابداع كردند. اين يافته ها مي توانند به توليد غذاهاي كم چرب يا بدون چربي داراي مواد مغذي كه در حال حاضر فقط در غذاهاي چرب موجودند، همچنين غني سازي مواد غذايي با مواد مغذي ديگر نظير ويتامين ها و مواد ضد اكسيد كننده منجر شوند.
-روند غني سازي شير به كمك فن آوري نانو:
1. ساخت محلولي فقد مسيل ها و حاوي كازئين
2. افزودن ويتامين D به محلول
3. اتصال كازئين به ويتامين D
4. اتصال كلسيم و فسفات كه به طور معمول در شير يافت مي شوند به كازئين غني شده با ويتامينD
5. سازماندهي مجدد پروتئين ها، همانند پروتئين هاي موجود در شير، در داخل كازئين با اين تفاوت كه با مقداري زيادي از ويتامين D غني شده بودند.
افزايش مدت زمان ماندگاري نگهداري غذا
يك ظرف پلاستيكي كه در آن از نانو ذرات نقره استفاده شده است. مواد غذايي را در طول مدت كاملا تازه نگه مي دارد اين ظروف قادرند مواد غذايي ميوه، سبزي، دارو، نان، پنير، سوپ، سس و گوشت را در طولاني مدت بدون تغيير در رنگ، مزه و خواص غذايي شان نگهداري كند و نسبت به ظروف معمولي ماده غذايي را سه تا چهار برابر تازه تر نگهداري كنند.
ماءالشعير بسيار مناسب هستند. از نانو كامپوزيت هاي خاك رس نيز مي توان براي توليد مواد اوليه بطري هاي ماءالشعير استفاده كرد. مهم ترين خصوصيت اين مواد، بازدارندگي آنان از خروج گاز CO2 در اين نوشيدني هاست. استفاده از فن آوري نانو خروج دي اكسيد كربن را در اين نوشيدني ها به حداقل مي رساند. قابل توجه است كه توليد كنندگان ماءالشعير و نوشيدني هاي تخميري سال هاست به دنبال ممانعت كننده اي مي گردند كه اين گاز را در داخل بطري ها براي مدت زمان طولاني نگهداري نمايد.
يكي ديگر از موارد استفاده نانو در صنعت توليد نوشيدني ها كه مي توان آن را يك معجزه بزرگ نام نهاد، تسترهاي نانو هستند كه مي توان از آنها در تست طعم و مزه انواع نوشيدني ها سود برد. در حقيقت اين وسيله يك زبان الكترونيكي است. البته نانو هداياي ديگري نيز براي صنعت بسته بندي مواد غذايي به همراه داشته است كه شايد مهم ترين آنها فيلم هاي نانو باشد. اين فيلم ها قادرند باعث افزايش زمان ماندگاري محصول توليد شده شوند و به اين ترتيب به محيط زيست نيز كمك مي كنند چرا كه محصول با زمان ماندگاري بيشتر يعني هدر رفت كمتر مواد. به علاوه به دليل ضخامت اندك اين فيلم ها، از انعطاف پذيري بالاتري نسبت به فيلم هاي معمولي برخوردارند. اين نازكي در شفافيت اين فيلم ها نيز موثر بوده و به زيبايي محصول نيز كمك مي كنند. البته نازكي فيلم هاي نانو، به اين معني نيست كه آنها از مقاومت و استحكام مناسبي برخوردار نيستند بلكه از فيلم هاي معمولي نيز محكم تر هستند. اين فيلم هاي نانويي در برابر گرماي محيط، مقاومت بالاتري داشته و براي پركني داغ نيز بسيار مناسب هستند.
از ديگر مزاياي اين فيلم ها مقاومت در برابر ضربه است. واضح است كه همين فيلم ها به تنهايي موفق شده اند بسياري از خواسته هاي دست اندركاران بسته بندي را يك جا برآورده سازند و حتي از آن نيز فراتر رفته و به نگراني هاي زيست محيطي نيز پاسخ داده است و در صرفه جويي در مصرف انرژي نيز نقش مهمي ايفا نموده است. يكي ديگر از موارد كاربرد نانو در ممانعت كنندگي استفاده از پوشش هاي اكسيد آلومينيوم در مقياس هاي نانو است كه بسيار شبيه به اكسيد سيليس بوده اما از ممانعت كنندگي بهتري برخوردار است. از ديگر هداياي نانو، براي صنعت بسته بندي مي توان به انواع حس گرهاي توليدي اين صنعت اشاره نمود. يكي از معروف ترين و كارآمدترين اين حس گرها، حس گرهاي RFID هستند كه كمك بسيار زيادي به جلوگيري از فاسد شدن مواد غذايي بر روي قفسه فروشگاه ها و داخل يخچال منازل مي كند. فيلم هاي متالايز از ديگر دست آوردهاي نانو است. اين فيلم ها با اين كه از چند لايه مختف و در نهايت از يك لايه فلز تشكيل شده اند، تنها 40 تا 50 نانومتر ضخامت دارند و به راحتي مي توان از آنها به عنوان جايگزين فيلم ها و ورقه هاي فويل آلومينيوم استفاده كرد. اين فيلم هاي متالايز از خواص ممانعت كنندگي بسيار مطلوبي برخوردارند و مي توان آنها را در بسته بندي موادي كه به اكسيژن حساس هستند، به كار برد. يكي از دست آوردهاي نانو كه پيش تر اشاره كوتاهي به آن داشتيم. Nanoclay ها هستند. اين نوع خاك رس به راحتي در بخش هاي مختلف توليد فيلم قابل استفاده است و از آن مي توان به عنوان يك بازدارنده بسيار مطلوب در صنايع نوشيدني سود برد. راندمان بالاي Nanoclay ها شايد بارزترين ويژگي آن باشد. اگر تنها 10 درصد از مواد تشكيل دهنده يك فيلم از Nanoclay ها باشد تا 75 درصد خاصيت بازدارندگي در آن محصول ايجاد مي نمايد. به علاوه از سختي مناسبي نيز برخوردار است.
يكي از شاهكارهاي Nanoclay ها، خاصيت اشتعال ناپذيري آن مي باشد. همان طور كه مي دانيم، پلاستيك از اشتعال پذيري بالايي برخوردار است كه با استفاده از Nanoclay ها به عنوان يك لايه پوشش دهنده، مي توان اين خاصيت را از پلاستيك گرفت و ايمني آن را تا حد بسيار بالايي افزايش داد. از Nanoclay ها مي توان حتي در توليد درب پوش ها نيز استفاده نمود چرا كه اين مواد از EVOH ساخته شده اند و براي انواع مايعات نوشيدني و غير نوشيدني مناسب مي باشد. كاربرد نانو در بسته بندي هاي اكتيو (فعال9 نيز كاملا مشهود است چرا كه در اين بسته بندي ها، مهم ترين نگراني در مورد جذب و مصرف اكسيژن است. به علاوه خاصيت ضدميكروبي نيز براي اين نوع بسته بندي بسيار مهم است كه محصولات نانو به خوبي به اين نياز پاسخ مي دهند. حتما به ياد داريد كه پيش تر در همين مقاله، به انواع حسگرهايي نانو اشاره كرديم و مهم ترين آنها يعني RFID را مثال زديم. حال مي خواهيم به چند نمونه ديگر از اين حس گرها بپردازيم. همان طور كه مي دانيم، مهم ترين نگراني موجود در صنعت بسته بندي، نگراني هاي زيست محيطي است.
حسگرهاي دمايي و اكسيژن براي رفع چنين نگراني هايي طراحي شده اند. حس گرهايي نيز براي اعلام فساد باكتريايي و يا سمي، طراحي و توليد شده اند. اين حس گرها را مي توان مانند برچسب هاي RFID به صورت مجزا از بسته بندي توليد نمود و يا آنها را داخل فيلم هاي مختلف بسته بندي و به عنوان بخشي از فيلم توليد كرد. اين فيلم ها با تغييرات اسيدي رخ داده در غذا، تغيير رنگ داده و فساد محصول را اعلام مي نمايند. اين نوع حس گرها را مي توان بر روي انواع بسته بندي و حتي بسته بندي هاي كاغذي و فلزي چاپ نمود. رنگ، پس از فاسد شدن محتوي بسته بندي، قابل تغيير است. از ديگر حسگرها كه براي اعلام فساد از آنها استفاده نمي شود، حس گرهاي رسيدگي انواع ميوه جاتي است كه به صورت نارس بسته بندي مي شوند تا وقتي به دست مصرف كننده مي رسد، رسيده باشد و زود فساد نشود. حسگرهاي RFID دو نوع هستند. يك نوع از اين برچسب ها خود داراي باتري بوده و فرستنده امواج دارند كه البته بسيار گران قيمت هستند و به نوع Active مشهور هستند ولي نوع passive آنها انرژي را از محيط مي گيرد و نياز به باتري ندارد به همين دليل از قيمت پايين تري برخوردار است. مواد چسبي توليد شده با استفاده از فن آوري نانو از خاصيت خشك شوندگي سريعي برخورداند و ثبات بيشتري در برابر مايعات دارند. ميزان چسب مورد استفاده بسيار ناچيز است و ضخامت چسب مصرفي در حدود 50 نانومتر است.
توليد كنندگان اصلي Nanoclay در ايالات متحده: شركت Nanocor كه محصولات خود را با نام Nanomer عرضه مي كند، از رزين هاي نايلون و پلي اولفين (مستربچ هاي nanomax) براي توليد آن استفاده مي نمايد.
شركت توليدي Southern clay دومين شركت بزرگ محصولات نانويي با نام تجاري colisite مي باشد. هر دوي اين شركت ها قادر به توليد محصولاتي تا قطر 1000 نانومتر هستند. شركتGlaskin از پوشش هاي اكسيد سيليس با ظرفيت هاي مختلف با ضخامت 40 تا 60 نانومتر به عنوان ممانعت كننده هاي نانويي دربطري هاي PET نوشيدني استفاده مي كند. شركت Sidel از لايه هاي ممانعت كننده داخلي براي بطري هاي PET توليدي خود استفاده مي نمايد. ضخامت اين لايه هاي ممانعت كننده 20 تا 200 نانومتر است و براي اين كار از گاز Acetylene استفاده مي كند.
شركت ژاپني Mitsubishi & kirin از محافظ هاي پلاسمايي نانو كه از گازهاي يونيزه و كربن بدون شكل با ضخامت 20 تا 40 نانومتر توليد مي شود، براي حفاظت محصولات خود، استفاده مي كند.
شركت صنايع شيميايي ميتوبيشي Nanoclay هايي تحت نام imprem N توليد مي كند. بطري هاي PET، فيلم ها و ظروف شكل دهي حرارتي شده از ديگر محصولات اين شركت است. شركت Polyone با استفاده از Nanoclay هاي شركت Nanocor تركيبات مختلفي براي افزايش خواص فيزيكي محصولات خود توليد مي كند. شركت Alcoa CSI از لاينرهاي ممانعت كننده EVOH نانويي براي توليد درب بطري، استفاده مي نمايد.
شركت كره اي LC chem براي بسته بندي هيدروكربن هاي غير غذايي از Nanoclay استفاده مي كند.
شركت Nanova توليد كنندده نانو كالك با تركيبات 20 نانو متري كربنات كلسيم ونانوتالك با تركيبات سيليكات منيزيم توليد مي كند.
شركت ژاپني kuraray فيلم هاي PET با پوشش نانو كامپوزيت هاي پليمري توليد مي كند. اين فيلم ها شامل، لايه ممانعت كننده با ضخامت يك ميكرون با قابليت استريليزه شدن مي باشد. شفافيت و قابليت چاپ بسيار بالايي داشته و قابل استفاده در مايكروويو است. از ديگر محصولات اين شركت ژاپني مي توان به نانو فيلم هاي نايلوني پوشش داده شده با نانوكامپوزيت ها اشاره كرد. شركت Honeywell از بطري هاي 6 لايه Nanoclay براي بسته بندي عسل سود مي برد و آن را با نام Agies به بازار عرضه مي نمايد. بطري هاي PET و فيلم ها نيز از توليدات اين شركت است.
شركت Tritan system در حيطه هاي نظامي با دولت هاي مختلف و NASA همكاري دارد. اين شركت با توليد بسته بندي هاي چند لايه با استفاده از Nanoclay هاي Cloisite با بالا EVOH براي افزايش ماندگاري محصول، استفاده مي كند
|
عضو شوید
عضویت سریع
آمار
وب سایت:
آمار مطالب
آمار بازدید
