تأثیر پوشش مجزا و ترکیبی نانوگرافن- فلورین-زئین بر خواص ممانعتی و مکانیکی کرافت لاینر قهوه‌ای بسته‌بندی میوه

ابراهیم پور کاسمانی, جعفر; ثمریها, احمد

doi:10.22092/ijwpr.2025.367277.1782

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشیار، گروه مهندسی چوب و کاغذ، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران.

² استادیار‌، گروه صنایع چوب، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران

10.22092/ijwpr.2025.367277.1782

چکیده

سابقه و هدف: مقوای بسته‌بندی میوه از میوه در برابر ضربه، فشار و خرابی هنگام حمل‌ونقل محافظت کرده و باعث حفظ تازگی و کیفیت میوه می‌گردد. برای اینکه این هدف‌ها تأمین گردد باید استحکام مقوا را افزایش داده و ارتباط داخل و خارج مقوا را به حداقل رساند. درعین‌حال، زیست‌تخریب‌پذیر بوده و مقاوم و سازگار با محیط‌زیست است. کاغذ کرافت به‌عنوان گزینه‌ای مناسب برای حفظ کیفیت میوه‌ها شناخته می‌شود. بنابراین در این تحقیق به دنبال بهبود خواص ممانعتی و مکانیکی مقوا با پوشش‌دهی به‌وسیله نانوگرافن، فلورین و زئین به‌صورت مجزا و ترکیبی هستیم تا مقوای با کیفیت‌تر در دسترس مصرف‌کنندگان قرار گیرد.
مواد و روشها: کاغذ لاینر قهوه‌ای با جرم پایه آن 120 گرم از شرکت چوب و کاغذ مازندران تهیه شد. نانوگرافن نوع AO-4 از شرکت گرافن سوپرمارکت آمریکا، پروتئین زئین از شرکت سیگما آلدریچ و فلورین نیز از گروه تولیدی معدن کاوان تأمین شد. به‌منظور پوشش‌دهی، نانوگرافن، زئین و فلورین با درصدهای وزنی مشخص و با توجه به شرایط تیمار، به‌مدت 30 دقیقه در دمای 50 درجه سانتی‌گراد با 100 گرم آب مقطر مخلوط شدند. سپس 5/2 گرم لاتکس استایرن بوتادین و 5/0 گرم پراکنده‌ساز D200 به مخلوط افزوده و به‌مدت 20 دقیقه با دور 1500 همگن گردید. محلول نشاسته کاتیونی (5 درصد) نیز به‌عنوان یک کمک نگهدارنده برای افزایش پوشش استفاده شد. محلولهای پوششی با استفاده از Auto Bar Coater (GBC - A4 GIST Co., Ltd) روی ورقهای کاغذ اعمال شد. خواص فیزیکی و مکانیکی مطابق با استانداردهای TAPPI و ISO اندازه‌گیری شد. طرح آزمایشی از نوع کاملاً تصادفی بود. تجزیه‌وتحلیل داده‌ها با استفاده از تجزیه واریانس یک‌طرفه و آزمون دانکن در سطح اعتماد 95 درصد انجام شد.
نتایج: آنالیز واریانس یک‌طرفه نشان داد که بین ضخامت، جذب آب و تخلخل ۸ نوع کاغذ در سطح ۵ درصد اختلاف معنی‌دار وجود دارد. بیشترین ضخامت مربوط به کاغذ لاینر قهوه‌ای پوشش‌داده‌شده با گرافن و فلورین و کمترین آن به نمونه شاهد تعلق دارد، اختلاف بین بیشترین و کمترین میزان ضخامت، 27 درصد است. کمترین جذب آب در کاغذ لاینر قهوه‌ای پوشش‌داده‌شده با زئین، فلورین و نانوگرافن مشاهده شد. اختلاف بین بیشترین و کمترین میزان جذب آب 5/647 درصد است. همچنین، کمترین تخلخل به کاغذ پوشش‌داده‌شده با نانوگرافن اختصاص دارد. اختلاف بین بیشترین و کمترین میزان تخلخل 8/7365 درصد است. بررسی دانسیته نشان می‌دهد که بالاترین دانسیته در نمونه‌ای که با زئین و نانوگرافن پوشش داده شده، مشاهده می‌شود. اختلاف بین بیشترین و کمترین میزان دانسیته 5/14 درصد است. همچنین، بیشترین صافی سطح در کاغذ پوشش‌دار با نانوگرافن و زئین ثبت شده است. اختلاف بین بیشترین و کمترین میزان صافی، سطح 9/23 درصد است. برای شاخص مقاومت در برابر کشش و پاره شدن، اختلاف معنی‌داری در سطح ۵ درصد مشاهده نشد. اختلاف بین بیشترین و کمترین میزان شاخص مقاومت در برابر کشش و پاره شدن به ترتیب 5/15 و 4/26 درصد است. اما برای مقاومت در برابر ترکیدن، کمترین میزان به کاغذ پوشش‌داده‌شده با فلورین و زئین تعلق دارد. اختلاف بین بیشترین و کمترین میزان مقاومت در برابر ترکیدن 2/14 درصد است. در زمینه مقاومت به لهیدگی حلقوی نیز بیشترین مقاومت مربوط به کاغذ پوشش‌داده‌شده با زئین، فلورین و نانوگرافن می‌باشد. اختلاف بین بیشترین و کمترین میزان مقاومت به لهیدگی حلقوی 1/16 درصد است.
نتیجه گیری: هدف از بسته‌بندی مواد غذایی، افزایش طول عمر نگهداری و حفاظت از آنها در برابر عوامل فساد است. کاغذ و مقوا به‌عنوان مواد بسته‌بندی دارای مزایا و معایب خاصی هستند، ازجمله عدم مقاومت در برابر رطوبت. این تحقیق به بهبود ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی کاغذ کرافت لاینر بسته‌بندی میوه پرداخته و نشان داده است که پوشش‌دهی باعث افزایش ضخامت و کاهش جذب آب می‌شود. این پوشش‌ها با نفوذ به منافذ کاغذ، ممانعت از جذب آب را بهبود می‌بخشند. عوامل مختلفی بر نفوذپذیری نسبت به آب تأثیر دارد، ازجمله ساختار کاغذ و نوع پوشش. استفاده از نانوگرافن و زئین موجب کاهش تخلخل کاغذ و بهبود ویژگی‌های مکانیکی آن می‌شود. در این تحقیق، پوشش‌دهی کاغذ با نانوگرافن و زئین به‌طور قابل‌توجهی خواص ممانعتی را افزایش داده و کیفیت کاغذ را بهبود می‌بخشد. همچنین، نتایج نشان می‌دهد که این ترکیبات می‌توانند به کاهش جذب آب و تخلخل کاغذ کمک کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

خمیر کاغذ و کاغذ

مراجع

-Aloui, H., Khwaldia, K., Slama, M.B. & Hamdi, M., 2011. Effect of glycerol and coating weight on
functional properties of biopolymer-coated paper. Carbohydrate polymers, 86(2), 1063-1072. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.06.026

-Ebrahimpour kasmani, J., Mahdavi, S. and Samariha, A., 2014. Improve Physical and Printability of Printed Paper with Low Coverage, Science and Technology of Color. Journal of Forest and Wood Products, 26(4), 265-275. https://doi.org/10.15376/biores.8.3.3646-3656

-Guillaumem, C. Pinte, J., Gontard, N. and Gastaldi, E., 2010. Wheat gluten-coated paper for bio-basedfood packaging: Structure, surface and transfer properties. Food research international, 43(5): 1395-1401.[38] Aloui. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2010.04.014

-Han, J.H. and Krochta J.M., 2001. Physical properties and Oil Absorption of Whey-Protein coated paper. Journal of food science 294-299. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2001.tb11335.x

-Hubbe, M.A. “Security papers: Trust but verify,” in: Make Paper Products Stand Out. Strategic Use of Wet End Chemical Additives. TAPPI Press, Atlanta, GA, Ch. (2020) 6, pp. 129-154.

-Ibrahim, A., Klopocinska, A., Horvat, K. & Abdel Hamid, Z., 2021. Graphene-Based Nanocomposites: Synthesis, Mechanical Properties, and Characterizations. Polymers, 13(17), 2869. https://doi.org/10.3390/polym13172869

-Ihalainen, P., Maattanen, A., Jarnstrom, J., Tobjork, D., Osterbacka, R. & Peltonen, J., 2012. Influence of surface properties of coated papers on printed electronics. Industrial & Engineering Chemistry Research, 51(17), 6025-6036. https://doi.org/ 10.1021/ie202807v

-Jin, K., Tang, Y., Liu, J., Wang, J. & Ye, C., 2021. Nanofibrillated cellulose as coating agent for food
packaging paper. International Journal of Biological Macromolecules, 168, 331-338. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.12.066

Jutila, E., Koivunen, R., & Gane, P. A. 2015. Effect of coating pigment, binder type and binder amount on planar liquid wicking on coated substrates. Journal of Print and Media Technology Research, 4(3), 173-186. DOI: 10.14622/JPMTR-1419

-Koivunen, R. & Gane, P.A., 2015. Effect of coating pigment, binder type and binder amount on planar liquid wicking on coated substrates. Journal of Print and Media Technology Research, 4(3), 173-186.

-Kunam, P.K., Ramakanth, D., Akhila, K. & Gaikwad, K.K., 2024. Bio-based materials for barrier coatings on paper packaging. Biomass Conversion and Biorefinery, 14(12), 12637-12652. https://doi.org/ 10.1007/s13399-022-03241-2

-Larotonda, F.D., Matsui, K.S., Paes, S.S. & Laurindo, J.B., 2003. Impregnation of Kraft Paper with Cassava‐Starch Acetate—Analysis of the Tensile Strength, Water Absorption and Water Vapor Permeability. Starch‐Stärke, 55(11), 504-510. https://doi.org/10.1002/star.200300179

-Molaei, M., Azadfallah, M., Hamzeh, Y. and Khodaeian Chegini, F., 2015. The effect of chitosan – poly (vinyl alcohol) coatings on strength and barrier properties of packaging paper. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 30(2): 330 -340.

-Oleyaei, S.A., Ghanbarzadeh, B., Moayedi, A.A., Poursani, P., Mousavi Baygi, S.F. and BakhshAmin, M.R., 2017. Characterization of functional properties of starch based nanobiocomposite films containing montmorillonite and titanium dioxide. Iranian Food Science and Technology Research Journal, 13(4): 611-626.

-Pracella, M., Haque, M.M.U., Paci, M. and Alvarez, V., 2016. Property tuning of poly (lactic acid)/cellulose bio-composites through blending with modified ethylene-vinyl acetate copolymer. Carbohydrate polymers, 137, 515-524. https://doi.org/10.1016/ j.carbpol.2015.10.094

-Pol, H., Dawson, P., Acton, J. and Ogale, A., 2002. Soy Protein Isolate/Corn Zein Laminated Films: Transport and Mechanical Properties. Journal of food science, 67(1): 212-217. https://doi.org/10.1111/ j.1365-26212002.tb11386.x

-Rhim J.W., Lee J.H. and Hong S.I., 2006. Water resistance and mechanical properties of biopolymer (alginate
and soy protein) coated paperboards. LWT-Food Science and Technology, 39(7): 806-813. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2005.05.008

-Tambe, C., Graiver, D. and Narayan, R., 2016. Moisture resistance coating of packaging paper from biobased silylated soybean oil. Progress in Organic Coatings, 101, 270-278. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat. 2016.08.016

-Tanpichai, S., Srimarut, Y., Woraprayote, W. & Malila, Y., 2022. Chitosan coating for the preparation of multilayer coated paper for food-contact packaging: Wettability, mechanical properties, and overall migration. International Journal of Biological Macromolecules, 213, 534-545. https://doi.org/ 10.1016/j.ijbiomac.2022.05.193

-Tihminlioglu, F., Atik İ.D. and Özen, B., 2010. Water vapor and oxygen barrier performance of corn-zein coated polypropylene films. Journal of Food Engineering, 9(3): 342-347. https://doi.org/10.1016/ j.jfoodeng.2009.08.018

-Zvonkina, I.J., Gkountara, P., Hilt, M. and Franz, M., 2014. New printing inks with barrier performance for
packaging applications: Design and investigation. Progress in Organic Coatings, 77(3), 646-656. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2013.12.001

تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران

تأثیر پوشش مجزا و ترکیبی نانوگرافن- فلورین-زئین بر خواص ممانعتی و مکانیکی کرافت لاینر قهوه‌ای بسته‌بندی میوه

مراجع

مراجع

دوره 40، شماره 2 - شماره پیاپی 91
تیر 1404
صفحه 166-179

تأثیر پوشش مجزا و ترکیبی نانوگرافن- فلورین-زئین بر خواص ممانعتی و مکانیکی کرافت لاینر قهوه‌ای بسته‌بندی میوه

مراجع

مراجع

دوره 40، شماره 2 - شماره پیاپی 91تیر 1404صفحه 166-179

دوره 40، شماره 2 - شماره پیاپی 91
تیر 1404
صفحه 166-179