ساخت نانوکامپوزیت‌های زیست تخریب‌پذیر از گلوتن گندم

محققان دانشگاه صنعتی اصفهان برای تولید نسل جدیدی از نانوکامپوزیت‌ها اقدام به استفاده از پروتئین‌های گندم نمودند. این نانوکامپوزیت زیست تخریب‌پذیر در بسیاری صنایع به ویژه صنعت بسته‌بندی قابل به کار‌گیری استفاده خواهد بود.

کد خبر: ۱۱۸۵۵۱۹

تاریخ: ۰۷ آبان ۱۳۹۳ - ۰۹:۰۲

به گزارش گروه دانش خبرگزاری دانا (دانا خبر) تاکنون پلاستیک‌های بر پایه مواد نفتی به دلیل قابلیت دسترسی گسترده، قیمت نسبتاً مناسب و عملکرد مکانیکی خوب به طور فزاینده‌ای به عنوان مواد بسته‌بندی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اخیراً مصرف جهانی پلاستیک‌ها بیش از 200 میلیون تن با رشد سالیانه حدود 5 درصد بوده که بیشترین زمینه کاربردی نفت خام پس از حمل و نقل به‌شمار می‌رود. لذا اهمیت استفاده از مواد خام جایگزین، رو به افزایش است. از طرف دیگر انواع متفاوتی از بسپار‌ها شامل افزودنی‌های مختلف در بسته‌بندی مورد استفاده قرار می‌گیرند که پیچیدگی ترکیب آن‌ها به همراه آلودگی در طول مصرف، بازیابی آن‌ها را با مشکل مواجه می‌سازد. عدم امکان بازیافت کامل و تجزیه طبیعی این مواد در مدت زمان کوتاه و در نتیجه ایجاد مسائل زیست محیطی جدی، استفاده از آن‌ها را محدود و به‌کار‌گیری فرایند‌ها و فیلم‌های بسته‌بندی دوست‌دار محیط زیست را به امری اجتناب ناپذیر تبدیل نموده است.

این تحقیق در راستای بهبود خواص مکانیکی، حرارتی و ممانعتی فیلم‌های زیست تخریب‌پذیر حاصل از گلوتن گندم با استفاده از نانوکریستال‌های کربوکسیله سلولز (C.CNC) صورت گرفته است.

کاهش استفاده از منابع نفتی تجدید نشدنی و نیز کاهش تولید و مصرف پلاستیک‌های زیست تخریب ناپذیر و متعاقباً کاهش آلودگی‌های زیست محیطی از جمله مزایای استفاده از نتایج این طرح به شمار می‌رود.

از علل انتخاب پروتئین گندم، به قیمت مناسب، دسترسی آسان، قابلیت زیست‌تخریب‌پذیری، خواص تشکیل فیلم مناسب، مـمانعت در برابر اکسیژن و دی اکسـید کربن در رطوبت نسبی پاییـن و مـتوسط و هم‌چنین نسـبت بالای نفوذپذیری انتخابی دی اکسید کربن/ اکسیژن در مقایسه با فیلم‌های معمولی به‌دست آمده از منابع نفتی اشاره شده است.

به گفته فاطمه رفیعیان، دانش آموخته مقطع دکترای رشته علوم و صنایع غذایی، فیلم‌های پروتئینی در صورت استفاده مستقیم، معایبی همچون خواص مکانیکی ضعیف، شکنندگی، جذب بالای آب و حساسیت به خوردگی توسط کپک در شرایط مرطوب را در پی خواهند داشت.

وی در ادامه افزود: « استفاده از نانوذرات، روشی ساده و مؤثر برای استحکام بخشی به بسپار گزارش شده است. فعالیت بالای نانو‌ذرات باعث سهولت در برقراری پیوند میان آن‌ها و گروه فعال زنجیره مولکولی بسپار شده و خواص مکانیکی و پایداری حرارتی را ارتقا می‌بخشد. با انجام این تحقیق و بهبود خواص فیلم‌های گلوتنی توسط نانوکریستال‌های کربوکسیله سلولز گامی به سوی جایگزین نمودن فیلم‌های سنتزی با فیلم‌های زیست تخریب‌پذیر برداشته شده است.»

از مزایای نانوکریستال‌ها‌ی سلولزی می‌توان به دانسیته پایین، طبیعت قابل تجدید، مصرف پایین انرژی، خورندگی اندک در طول فرایند، زیست‌تخریب‌پذیری و سـطح نسبتاً فعال اشاره نمود.

از نتایج کاربرد نانوکریستال‌های مذکور در ساختار این فیلم، بهبود چشمگیر خواص مکانیکی نظیر قدرت کشش بسپار و خواص دینامیکی- مکانیکی نظیر مدول ذخیره آن بوده است. کاهش حلالیت در آب و نفوذپذیری نسبت به بخار آب که از ویژگی‌های بسیار مهم بسپارهای مورد استفاده در بسته‌بندی مواد غذایی هستند، از دیگر فواید تغییر در ساختار فیلم گزارش شده است.

رفیعیان در اشاره به نوآوری این طرح بیان کرد: «چند سالی است که استفاده از C.CNC در بسپارهای سنتزی و طبیعی با هدف بهبود خواص مکانیکی آن‌ها مورد توجه محققین داخلی و خارجی بوده است. با این حال تا کنون هیچ گزارشی در خصوص استفاده از آن‌ها در اصلاح فیلم‌های حاصل از پروتئین اصلی گندم، گلوتن، ارائه نشده است. انجام اصلاحاتی نظیر کربوکسیلاسیون نانوکریستال‌ها و ورود آن‌ها به شبکه‌ گلوتن به کمک عوامل فعال سطحی و بررسی اثرات آن بر روی کلیه خواص مکانیکی، دینامیکی- مکانیکی، حرارتی و ممانعتی از جمله جنبه‌های نوآورانه این تحقیق است.»

این محققان در ادامه انجام اصلاحات دیگر بر روی ساختار نانوسلولز با هدف افزایش سازگاری آن با بسپارهای آبگریز را در دستور کار خود دارند.

این تحقیقات حاصل همکاری فاطمه رفیعیان، دکتر محمد شاهدی و دکتر جواد کرامت – اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان- است که نتایج آن در مجله Industrial Crops and Products ( جلد 53، شماره 1، سال 2014، صفحات 282 تا 288) به چاپ رسیده است.