اختصاصی بسپار/ طراحی هوشمند: پیش­رفت ­ها در زمینه بسته ­بندی هوشمند

 بسپار/ایران پلیمر پیشرفت­ های اخیر در زمینه بسته ­بندی هوشمند شامل آزمونی از یک دستگاه دسته ­بندی نمونه اولیه در مقیاس صنعتی و یک روش جدید نگهداری مواد سلولز-پایه نظیر فیلم­ هاست.

بسته­ بندی هوشمند کاری فراتر از حفظ محتویات درون خود انجام می­دهد. این نوع بسته ­بندی به کمک ابزارهایی چون حسگرها و ته ­نقش ­ها (Watermark)، به بهبود عملکرد بسته ­بندی نظیر افزایش عمر مفید محتویات درون بسته و ساده­سازی فرایند بازیافت می ­پردازد.

شکل (1) نوع جدید بسته­ بندی هوشمند، اسید استیک را جذب می ­نماید که کالاهای از جنس سلولوز را محافظت می ­کند.

یک پروژه بسته­ بندی هوشمند به نام Nemosine که توسط شرکت اسپانیایی Aimplus انجام شده به تازگی پس از چهار سال به پایان رسیده است. هدف این پروژه حفظ و نگهداری کالاهایی دارای ارزش فرهنگی از قبیل فیلم­ و عکس بوده که از سلولز ناپایدار ساخته شده ­اند.

در پروژه مذکور از بسته­ بندی هوشمند جهت افزایش عمر و نگهداری بهتر این کالاها و همچنین کمک به کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه ­های انبارش سنتی (عموماً بر پایه انبارش سرد در دمای کمتر از 5 درجه سلسیوس) بهره جستند.

بسته ­بندی جدید از ماده ­ای تشکیل شده که استیک اسید آزاد شده از سلولز را جذب می ­نماید. هم­چنین دارای حسگرهایی با قابلیت تشخیص استیک اسید و نیتروژن دی ­اکسید و نرم ­افزاری جهت پایش مقادیر نشر و تولید یک مدل تخریب (degradation model) برای تصمیم­ سازی در خصوص نحوه نگهداری است.

جاذب­ه ای استیک اسید با هدف ممانعت از تخریب ناشی از نشانگان سرکه (vinegar syndrome) -فرایندی که مواد سلولز- پایه را تهدید می­کند- توسعه یافتند. این جاذب­ ها بر پایه چارچوب­های آلی­ فلزی (Metal Organic Frameworks) (MOF) می­باشند. MOF نانو ماده­ای متخلخل است که می­تواند استیک اسید را در شرایط رطوبت جذب نماید.

برای حمل و نقل آسان­تر، این جاذب­ ها به یک بسته­ بندی توری به شکل ریزدانه­ هایی داخل تکینه­ هایی (sachets) آب­بندی شده از جنس الیاف پلی ­اتیلن سنگین افزوده می­ شوند. آزمایش­ ها نشان می­ دهند که این جاذب­ ها بازدهی بالایی داشته، از نظر مکانیکی پایدار بوده و قدرت جذب بالایی دارند.

جهت جلوگیری از آلودگی قارچی، توری با تکینه ­هایی از جنس سیلیکاژل پر می­شود که ماده آسیب دیده را ابتدا خشک نموده و سپس تکینه ­های MOF نصب می­ گردند.

علاوه بر پروژه شرح داده شده، شرکت Aimplus در پروژه BeonNet نیز شریک است. پروژه BeonNet با هدف توسعه بسپارهای زیستی جهت استفاده در بسته ­بندی فعال محصولات آرایشی انجام می­شود. منابع زیست توده مورد استفاده در این پروژه از درخت­ها و درختچه ­های زمین­ های مرزی می ­باشند. کاشت و برداشت نمونه ­های منتخب، استخراج و خالص­سازی اسانس­ها و مشتقات گیاهی و ساخت انواع مواد بسته ­بندی حاوی بسپارهای زیستی و کربن فعال، حوزه ­های فعالیت این پروژه می ­باشند.

شکل (2) هدف پروژه BeonNet توسعه بسته­ بندی بر پایه بسپارهای زیستی در کاربردهای بسته­ بندی مواد آرایشی است.

نقش شرکت Aimplus در این پروژه، تولید PLA از لاکتیک اسید تولید شده از تخمیر شکر از ضایعات زیست توده ­های گیاهی است. اسانس­ هایی با خواص فعال مختلف نظیر واکنش ضد میکروبی به PLA افزوده شده و در بسته ­بندی محصولات آرایشی مورد استفاده قرار می ­گیرند. Aimplus با شرکت Laboratorios Maverick جهت تولید بسته ­بندی و با شرکت Idoasis به عنوان تامین­ کننده مواد فعال همکاری می کند.

ارزیابی عمر مفید

شرکت Oli-Tec یک فناوری برچسب هوشمند را برای محصولات حساس به دما و زمان توسعه داده است.
به گفته Oli-Tec این برچسب به کاهش دورریز مواد غذایی کمک می­کند که عاملی موثر در کاهش انتشار گازهای گلخانه ­ای می­باشد.

شکل (3) برچسب هوشمند شرکت Oli-Tec به کاهش دورریز مواد غذایی و انتشار گازهای گلخانه ­ای کمک می­کند.

برچسب­های هوشمند در محصولاتی با عمر مفید 15-5 روز قابل استفاده هستند. این برچسب­ها یک نمایانگر یکپارچه حساس به دما و زمان را به نمایش می­گذارند؛ بدین ترتیب که به تدریج از زرد به قرمز تغییر رنگ داده و سرعت تغییر رنگ آن در دماهای پایین، کمتر و در شرایط گرم، بیشتر است. این برچسب­ها به عنوان یک اعلان چشمی برای مصرف­کنندگان و خرده­فروشان عمل می­کنند تا بر اساس رنگ برچسب، اقدام لازم را جهت جلوگیری از ضایعات ماده غذایی انجام دهند.

این فناوری قابلیت تنظیم برای محصولات با عمر مفید متفاوت و اشکال انحصاری را نیز دارد. برچسب­ها از مواد استاندارد بازیافت پذیر ساخته شده و در دستگاه­های برچسب­زن سنتی نیز قابل استفاده هستند.

به گفته Oil-Tec نتایج مطالعه­ای در دانمارک نشان داده استفاده از این برچسب­های هوشمند ضایعات مواد غذایی در انبار را حدود 20 درصد کاهش می­دهد. به گفته شرکت مذکور، همین میزان کاهش ضایعات در خانه هم امکان­پذیر است. در واقع کنترل عمر مواد غذایی دارای برچسب ساده­تر از زمانی است که صرفا عباراتی نظیر “استفاده تا تاریخ …” یا “بهترین زمان استفاده …” روی بسته بندی مواد غذایی درج شده باشد.

هدف شرکت Oli-Tec از طراحی برچسب­های هوشمند، توسعه یک فناوری بوده که به سادگی قابل یکپارچه شدن با فرایندهای پیچیده زنجیره تأمین و انبارش باشد، به گونه­ای که هر برچسب نقشی در کاهش ضایعات مواد ایفا نماید.

اعتبارسنجی آزمون

پروژه ته­نقش رقمی (digital watermark) (که با نام Holy Grail 2.0 نیز شناخته می­شود) که توسط AIM انجام شده، اعتبارسنجی نیمه صنعتی یک واحد دسته­بندی نمونه اولیه را به پایان رسانده است.

نتایج نشان می­دهند که فناوری ته­نقش رقمی می­تواند به دسته­بندی ریز­دانه­ای ضایعات بسته­بندی در مقیاسی بیشتر مانند توسعه مواد غذایی جداگانه و سایر جریان‌های PCR که در حال حاضر وجود ندارند، دست یابد.

به گفته AIM این پیشرفت می­تواند جریان­های بازیافت جدیدی را باز نموده و به محدودیت­های فناوری­های فعلی که در محدوده فروسرخ کار می­کنند، فایق آید.

سامانه نمونه اولیه به سرعت­های تشخیص بالایی با صحت حدود 99 درصد در خصوص پلاستیک­های مختلف دست یافته است.

برگردان: شبنم عزالدین

 shabnam.ezzoddin@gmail.com

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 244 ماهنامه بسپار که در نیمه بهمن ماه 1401 منتشر شده است بخوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه  و  فیدیبو  قابل دسترسی است.