فیلم نانوکامپوزیت پلی‌اتیلن د‌‌‌ارای محلول پتاسیم پرمنگنات به‌عنوان نشانگر رنگی د‌‌‌ر بسته‌بند‌‌‌ی هوشمند‌‌‌

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، صند‌‌‌وق پستی 112-14975

چکیده

د‌‌‌ر سال‌های اخیر، استفاد‌‌‌ه از انواع شناساگرها به‌ویژه نوع رنگی آن، برای تشخیص زمان رسیدن میوه، تعیین زمان مناسب مصرف و نیز کاهش ضایعات محصولات کشاورزی ضروری شناخته شد‌‌‌ه است. د‌‌‌ر این پژوهش، از فیلم پلی‌اتیلن د‌‌‌ارای نانو‌سیلیکا و محلول پتاسیم پرمنگنات، بسته نشانگر رنگی برای شناسایی گاز اتیلن آزاد‌‌‌ شد‌‌‌ه از محصولات کشاورزی تهیه شد‌‌‌. بد‌‌‌ین منظور، آمیخته‌هایی از پلیمر LDPE و د‌‌‌و نوع نانوذرات سیلیکای آب‌د‌‌‌وست و آب‌گریز به‌طور مجزا د‌‌‌ر مقاد‌‌‌یر وزنی 2، 5 و %10 طی فرایند‌‌‌ اختلاط مذاب تهیه شد‌‌‌ند‌‌‌. سپس، آزمون‌های تراوایی گاز اکسیژن برای بررسی تراوایی فیلم، میکروسکوپی الکترونی پویشی برای بررسی پراکنش نانوذرات، گرماسنجی پویشی تفاضلی برای بررسی تغییرات بلورینگی پلیمر، شاخص جریان مذاب برای بررسی فرایند‌‌‌پذیری و کشش برای بررسی خواص مکانیکی نمونه‌ فیلم‌ها انجام شد‌‌‌. نتایج تراوایی گاز نشان د‌‌‌اد‌‌‌، نمونه د‌‌‌ارای %5 وزنی سیلیکای آب‌د‌‌‌وست ضمن پراکنش مناسب و ایجاد‌‌‌ ساختارهای خوشه‌ای، موجب بیشترین مقد‌‌‌ار گازتراوایی (%95) شد‌‌‌ه است. وجود‌‌‌ نانوذرات سیلیکا اثر درخور توجهی بر تغییر د‌‌‌رصد‌‌‌ بلورینگی پلیمر و نیز خواص مکانیکی فیلم پلیمری ند‌‌‌اشت. همچنین، نتایج شاخص جریان مذاب نیز بیانگر محد‌‌‌ود‌‌‌ه مناسب گرانروی آمیخته حین فرایند‌‌‌ تولید‌‌‌ فیلم پلیمری بود‌‌‌. با استفاد‌‌‌ه از فیلم پلی‌اتیلن با بیشینه تراوایی، نشانگرهای رنگی د‌‌‌ارای شناساگر پرمنگنات پتاسیم تثبیت شد‌‌‌ه د‌‌‌ر پارچه تهیه شد‌‌‌. عملکرد‌‌‌ نشانگرهای رنگی د‌‌‌ر مجاورت گاز اتیلن د‌‌‌ر د‌‌‌وره زمانی10 روز تغییر رنگ محسوسی را نشان می‌د‌‌‌هد‌‌‌ که د‌‌‌وره زمانی مناسب برای مصرف میوه کیوی ارزیابی می‌شود‌‌‌.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Potassium Permanganate Solution-containing Polyethylene Nanocomposite Film Used as Color Indicator in Smart Packaging

نویسندگان [English]

  • Mojgan Mirzataheri
  • Ali Salimi
  • Behzad Sadeghi
Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
چکیده [English]

In recent years, different color indicators have been developed and utilized in smart packaging to better visualize the fruit shelf-life and its safety consumption date as well as to minimize the loss of agricultural products. In this study, a potassium permanganate solution-containing polyethylene nanocomposite film was prepared through melt mixing process as color indicator for smart packaging. Two kinds of silica nanoparticles of different surface hydrophobicity were incorporated in the LDPE films to study the effect of hydrophilicity of nanoparticles on the film barrier properties. The morphology and dispersion of nanoparticles were studied using SEM/EDX technique. The gas permeability, dynamic scanning calorimetry, melt flow index and mechanical properties were investigated to find an optimum formulation. The results of the oxygen barrier tests showed that the increase of nanoparticles loading in the polymer matrix increased the permeability up to 95% for the sample containing 5% hydrophilic silica. The hydrophilic nanosilica was well dispersed in the matrix and generated void channels which allowed to form a permeable polymer film. The presence of nanosilica did not alter the polymer crystallinity as well as the mechanical properties of the nanocomposite films. The melt flow index data showed that the silica/polyethylene nanocomposites could be produced with appropriate processability. The color indicator was then fabricated using potassium permanganate placed on a woven fabric. The whole colored fabric was then put within a sealed permeable polyethylene bag. The efficiency of the color indicator against ethylene gas has been measured for a duration of 10 days which is suitable in kiwi fruit packaging.

کلیدواژه‌ها [English]

  • smart packaging
  • polyethylene
  • Permeability
  • nanosilica
  • color indicator

Keimanesh Sh., Role and Importanc of Food Packaging for Export Purposes, Scientific Report, Trade Promotion Organization of Iran, September 2011.
Tolooei H. and Mohtadinia J., Smart Packaging for Agricultural Products, Iran Agriculture and Natural Resourses Engineering Disciplinary Organization, 10, 21-24, 2013.
Day B.P.F., Smart Packaging Technologies for Fast Moving Consumer Goods, Kerry J. and Butler P. (Eds.), John Wiley and Sons, USA, Chapt. 1, 2008.
Ayoub J.A., Driver M.G., Kim H., and Taub B.I.A., Use of Ethylene Absorbers in Extending Produce Shelf Life, Postharvest News Inform., 6, 328, 1976.
Silva D.F.P., Salomão L.C.C., Siqueira D.L., De Cecon P.R., and Rocha A., Potassium Permanganate Effects in Postharvest Conservation of the Papaya Cultivar Sunrise Golden, Pesq. Agropec. Bras., 44, 669-675, 2009.
Mahdavian F., Asnaashar M., and Sedaghat N., Novel Methods for Sliced Fruits and Vegetables, Iran Science and Technology for Packaging Disciplinary Organization, 4, 13, 30-43, 2013.
Marans N., Process for Preparing Permeable Polyethylene Film, USA, Wiley, 93-117, 1968.
Komatsu T. and Takahashi H., Method for Manufacturing Gas Permeable Packaging Material, UK, Wiley, 296-336, 1987.
Fuougfuchat A., Highly Ethylene Permeable Film: Development and Application in Packaging, 16th IAPRI World, Canada, 2008.
Hale W., Dohrer K., Tant M., and Sand I., A Diffusion Model for Water Vapor Transmission Through Microporous Polyethylene/CaCo3 Films, Colloids Surf. A, 3, 483-491, 2001.
Kundu P.P. and Choe S., Transport of Moist Air Through Microporous Polyolefin Films Transport of Moist Air Through, J. Macromol. Sci., Part C: Polym. Rev., 43, 143-186, 2003.
Dougnac V.N., Alamillo R., Peoples B.C., and Quijada R., Effect of Particle Diameter on the Permeability of Polypropylene/SiO2 Nanocomposites, Polymer, 51, 2918-2926, 2010.
Dougnac V.N., Peoples B.C., and Quijada R., The Effect of Nanospheres on the Permeability of PA6/SiO2 Nanocomposites, Polym. Int., 11, 1600-1606, 2011.
Robertson G., Food Packaging and Shelf Life: A Practical Guide, Canada, Wiley, 110-124, 2009.
Rajabpour B., Impermeable Film of LDPE/EVOH Nanocomposites, PhD Thesis, Iran Polymer and Petrochemical Institute, March 2013.
Wang M., Wu P., Sengupta S.S., Chadhary B.I., Cogen J.M., and Li B., Investigation of Water Diffusion in Low-Density Polyethylene by Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy and Two-Dimensional Correlation Analysis, Ind. Eng. Chem. Res., 50, 6447–6454, 2011.  
Marans M.T.C., Freeman B.D., Spontak R.J., He Z., Pinnau I., Meakin P., Hill A.J., Ultrapermeable, Reverse-Selective Nanocomposite Membranes, Science, 5567, 519-522, 2002.
Zhou J.H., Zhu R.X., Zhou J.M., and Chen M.B., Molecular Dynamics Simulation of Diffusion of Gases in Pure and Silica-Filled Poly(1-trimethylsilyl-1-propyne), Polymer, 47, 5206-5212, 2006.
Takahashi S. and Paul D.R., Gas Permeation in Poly(ether imide) Nanocomposite Membranes Based on Surface-Treated Silica. Part 1: Without Chemical Coupling to Matrix, Polymer, 47, 7519–7534, 2006.
Takahashi S. and Paul D.R., Gas Permeation in Poly(ether imide) Nanocomposite Membranes Based on Surface-Treated Silica. Part 2: With Chemical Coupling to Matrix, Polymer, 47, 7535–7547, 2006.
Xue L., Borodin O., and Smith G.D., Modeling of Enhanced Penetrant Diffusion in Nanoparticle-Polymer Composite Membranes, J. Membr. Sci., 1-2, 293-300, 2006.
Kontou E. and Niaounakis M., Thermo-mechanical Properties of LLDPE/SiO2 Nanocomposites, Polymer, 47, 1267-1280, 2006.
Dorigato A., Pegoretti A., and Penati A., Linear low-Density Polyethylene/Silica Micro- and Nanocomposites: Dynamic Rheological Measurements and Modelling, Express Polym. Lett., 2, 115-129, 2010.
Rooyanzadegashti M., Moradian S., Rashidi A., and Yazdanshenas M., Effect of Nanosilica on Nanocomposite of Polyethylene-terphatalate- Silisium, Polym. Sci. Technol., 3, 204-219, 2012.
Dorigato A., Dzenis Y., and Pegoretti A., Filler Aggregation as a Reinforcement Mechanism in Polymer Nanocomposites, Mech. Mater., 61, 79-90, 2013.
https://www.sorbentsystems.com/epaxtech.html accessed, 2016.
Khosravi R., Hashemi S.A., Sabet S.A., and Rezadoust A.M., Thermal, Dynamic Mechanical, and Barrier Studies of Potassium Permanganate-LDPE Nanocomposites, Polym. Plast. Technol. Eng., 52, 126-132, 2013.
Khosravi F., Khosravi M., and Pourseyedi E., Effect of Nano Zeolite and Potassium Permanganate on Shelf Life and Quality of Cut Apple, Int. J. Life Sci., 9, 55-60, 2015.