Νανοσύνθετα πολυμερικά υλικά για συσκευασία τροφίμων

Αποστολίδου Δήμητρα

Υπ. Καθηγητής: Πίσσης Π.

Περιεχόμενα:• Σημασία συσκευασίας τροφίμων

• Λειτουργίες της συσκευασίας

• Πολυμερή στις συσκευασίες

• Διαπερατότητα και Διάχυση

• Τεχνικές μέτρησης διαπερατότητας

• Βιοδιασπώμενα πολυμερή

• Νανοϋλικά και συσκευασίες

Σπουδαιότητα συσκευασίας:

Συσκευασία

Γρήγορη και αξιόπιστη διανομή

Μείωση απωλειών συγκομιδής

Μείωση υποσιτισμού και εκμετάλλευση πλεονασμάτων

τοπικών τροφίμων

Ποικιλία στα τρόφιμα

Κέρδη στους παραγωγούς

Λειτουργίες της συσκευασίας:

• Διατηρεί προϊόντα καθαρά

• Προμηθεύει φραγμό απέναντι σε μολυντές (βρωμιά, νερό και υδρατμούς νερού, οξείδωση, φως), τρωκτικά και έντομα

• Άνεση στη χρήση, μεταφορά, διανομή και εμπόρευση (σχήμα, βάρος)

• Προμηθεύει αναγνώριση ταυτότητας και οδηγίες ορθής χρήση προϊόντος

• Να ελκύει πωλήσεις

Προδιαγραφές των πλαστικών

Μικρό ειδικό βάρος (ελαφρά υλικά)

Δύσκολα αλλοιώνονται από περιβαλλοντικές συνθήκες

Άθραυστα

Συνδυάζονται μεταξύ τους και με άλλα υλικά συσκευασίας (χαρτί, μέταλλο, κεραμικά)

Εύκολη μορφοποίηση σε πολύπλο-κα σχήματα με διάφορες τεχνικές

Πολυμερή σε συσκευασίες τροφίμων:

1. Πολυαιθυλένιο (PE)2. Πολυπροπυλένιο (PP)3. Αιθυλική-βινυλική αλκοόλη (EVA)4. Πολυστυρένια (PS)5. Πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC)6. Yαλοϊονομερή (Ι)7. Πολυτερεφθαλικός πολυεστέρας (PET)8. Πολυβινυλική οξικών (PVAc)9. Πολυκαρβονικά (PC)10. Πολυαμίδια (PA)11. Πολυβινυλική αλκοόλη (PVOH)12. Χλωρίδια πολυβινυλιδένιου (PVDC)13. Άλλα

Μονομερή αιθυλενίου:

Πολυκαρβονικά:

Διαπερατότητα(permeability) και Διάχυση(diffusion):

όπου Δ: συντελεστής διαπερατότητας

1 2 /ή

P P lά

dCJ D

dx

Διεργασία της διαπερατότητας κάτω από

σταθερές συνθήκες νόμος του Fick

όπου D:συντελεστής διάχυσης του αερίου

Διαχεόμενο αέριο διαλύεται στο πολυμερικό

υμένιο νόμος του Henry

c SPόπου S:διαλυτότητα του αερίου στο πολυμερές

Από τα παραπάνω προκύπτει:

DS

,

,

S D

D S

_

ί

ί

T

ό ό

Ατμοσφαιρικά αέρια

Οργανικά αέρια

Συμπεράσματα:

(κυρίως σε άμορφες περιοχές)

Επιπτώσεις περιβαλλοντικών παραγόντων σε τρόφιμα και ιδιότητες συσκευασίας:

Τεχνικές μέτρησης διαπερατότητας αερίων:

• Μέθοδος υψηλής / χαμηλής πίεσης• Ισοστατιτκή μέθοδος (σταθερή πίεση,

μέτρηση αλλαγής της συγκέντρωσης)• Mέθοδος αλλαγής όγκου (υπό σταθερή

πίεση)• Μέθοδος με φιλμ-αισθητήρα

Τεχνικές μέτρησης διαπερατότητας :

• Με χρήση προσροφητή υγρασίας (ξηραντικό: silica gel, CaCl2, κ.ά.)

• Με χρήση αισθητήρα υγρασίας• Με αλλαγή χρώματος

2H O

Βιοδιασπώμενα πολυμερή:

• Άμυλο (π.χ καλαμπόκι) ή παράγωγα του με συνθετικά πλαστικά

• Πολυκαπρολακτόνη (PCL)• Πολυβινιλική αλκοόλη (PVOH)• Αλειφατικοί αρωματικοί πολυεστέρες (AAC)

• Πολυγαλακτικό οξύ (PLA)

Προέλευση

Ζωική (κολλαγόνο)

Φυτική (αμυλούχα)

Θαλάσσια(χιτίνη)

Μικροβιακή (PLA, PHAs)

Πετροχημική (PCL, PVOH, AAC)

• Βιοδιασπώμενα (biodegradable) • Κομποστοποιήσιμα (compostable) • Φωτο-βιοδιασπώμενα (photobiodegradable) διαλύτης• Βιοδιαβρώσιμα φυσικοί παράγοντες

• Υδρο-βιοδιασπώμενα (hydrobiodegradable) υδρόλυση (νερό) και μετατροπή σε , νερό και βιομάζα

Αρνητικό: Παραγωγή μεθανίου φαινόμενο του θερμοκηπίου

• Φωτο-διασπώμενα (photodegradable) υπεριώδης ακτινοβολία

Αρνητικό: Δεν διασπώνται απουσία φωτός

2CO

Διάσπαση:

Νανοϋλικά και συσκευασίες:

• Εξαιρετικές ιδιότητες (μικρότερη διαπερατότητα σε υγρασία και αέρια) μικρότερο πάχος μικρότερο κόστος μικρότερη κατανάλωση πρώτων υλών και ενέργειας

Πρόσθετες χημικές ουσίες

• Πληρωτικά υλικά (Fillers) μηχανικές ιδιότητες (εφελκυσμός, αντίσταση σε τριβή, ανθεκτικότητα) και μείωση κόστους (αιθάλη, διοξείδιο του πυριτίου, ξύλο,γυαλί, τάλκ, ασβέστη κ.α.)

• Πλαστικοποιητές (Plasticizers) ευκαμψία, ολκιμότητα, ανθεκτικότητα πλαστικών. πχ φθαλικά παράγωγα (PAEs)

• Λιπαντικά (Lubricants) μορφοποίηση (σχηματοποίηση) των πλαστικών με χύτευση, έγχυση ή άλλες τεχνικές π.χ. Στεατικό νάτριο

• Σταθεροποιητές (Stabilizers) Προστασία από ατμοσφαιρική οξείδωση και UV ακτινοβολία

• Χρωστικές ουσίες ( Colorants) Προσδίδουν το επιθυμητό χρώμα π.χ. βαφές ή πιγμέντα (pigments)

• Επιβραδυντικά καύσης (Flame retardants) Παρεμποδίζουν την καύση ή και ανάφλεξη των πλαστικών

Φυλλόμορφα εγκλείσματα:

Ασυμβατότητα πολυμερή (μήτρα) με εγκλείσματα

Φυλλόμορφοι πηλοί:

•Φύλλα πάχους ~1nm•Διάκενα(galleries) καντιόντα (αντιστάθμισηφορτίου στη κρυσταλλική δομή

του φυλλόμορφου πηλού)Οργανικά υδρόφιλα μη αναμείξιμαΑνόργανα λιπόφιλα αναμείξιμα

Βιβλιογραφία:

• Γιώτη Ε., (2009), Βιοδιασπώμενα πολυμερή: Εφαρμογές και Θερμομηχανικές ιδιότητες

• Πίσσης Π., Οργανικά υλικά: Μέρος 2ο• Δρ. Πραβάκης Κ. , Πλαστικά σε επαφή με

τρόφιμα(http://www.elke.teicrete.gr/LinkClick.aspx?

fileticket=0_pfVNOgiE0%3D&tabid=1034)• Stoffers N. H., (2004) Certified reference

materials for food packaging specific migration tests: development, validation and modelling. Wageningen University, The Netherlands

Βιβλιογραφία:• http://www.youtube.com/watch?v=liipcq-7QGA• http://www.chemeng.ntua.gr/courses/emt/files/Ch

%206%20packaging%202007.pdf• http://www.processindustryinformer.com/Process-

Industry-Packaging/FOOD-PACKAGING-LEAKS-Packaging-Permeability-Testing

• http://www.matter.org.uk/matscicdrom/manual/df.html• http://practicalaction.org/docs/

technical_information_service/packaging_materials.pdf• http://www.agroamalthia.gr/index.php?

option=com_content&task=view&id=48• http://www.econews.gr/2006/08/30/solution-to-pollution-

by-plastic/• http://www.pac.gr/News&articles/2011/nano.html

Ευχαριστώ πολύ