תפקיד ננוטכנולוגיה בפיתוח משקל אור, חומרים דליקים דורנט

תעשיית האריזה עוברת טרנספורמציה עמוקה, המונעת על ידי הצורך בחומרים שהם קלים וחזקים יותר, תוך צמצום ההשפעה הסביבתית.בחזית השינוי הזה הוא ננוטכנולוגיה - מדע של מניפולציה חומר בקנה מידה אטומי מולקולרי, בדרך כלל מתחת ל -100 ננומטרים.על ידי חומרים הנדסיים ברמה האינסופית הזו, החוקרים והיצרנים יוצרים פתרונות אריזה שנחשבו בעבר בלתי אפשריים: אולטרה-אטמיים עם תכונות טכנולוגיות יוצאות דופן, אשר עלולים להמשיך ולחקור חומרים מקלקלים אלה, אשר נמצאים בטווח הארוך, אשר עלולים לפעול, אשר עלולים לפעול, ופעולות של חומרים מקלקלים, אשר עלולים לקלקלים, אשר עלולים, אשר עלולים לפעול, אשר עלולים לפעול, אשר עלולים, ומניעים לפעול, ופעולות של חומרים מסוכנים, אשר עלולים, ומניעים לפעול, אשר עלולים, ומניעים, ומניעים, ומניעים, אשר עלולים לפעול, אשר עלולים, ומניעים, אשר עלולים, אשר עלולים, אשר עלולים לפעול, אשר עלולים לפעול, ומניעים לפעול, כמו גם כן, כמו גם כן, אשר נמצאים כיום, כמו גם כן, אשר יכולים להמשיך ולחקור את החומרים הניקוי חומרים מקלקל, כמו גם כן, חומרים מ

הבנת ננוטכנולוגיה בקונטקסט של אריזה

ננוטכנולוגיה אינה טכנולוגיה אחת, אלא קבוצה רחבה של טכניקות לעיצוב, לאופי ולייצור מבנים עם לפחות ממד אחד בטווח 1-100 ננומטר. בקנה מידה זה, תכונות פיזיות וכימיקליות יכולות להיות שונות באופן דרמטי מאלה של החומר הגדול. לדוגמה, חלקיק חימר שאינו ממריץ בקנה מידה מיקרומטר הופך מחסום יעיל מאוד נגד חמצן ולחות כאשר מופץ לתוך ננומטר-דאין, באופן דומה, אשר אינו מכיל שיפור חלקיקים ייחודיים.

באריזה, המטרות העיקריות הן להפחית במשקל (לעלויות תחבורה נמוכות ושימוש בחומר), להגדיל עמידות (כדי למנוע נזק להאריך את חיי המדף), ולשפר את ביצועי המחסום (להגנה על תוכן מחמצן, לחות, אור ומיקרובים) כתובות ננוטכנולוגיה כל שלוש בו זמנית, לעתים קרובות באמצעות כמויות קטנות מאוד של תוספי ננוקל אשר מפוזרים בתוך ממטריקס פולימר או מוחלים כציפוי.

כיצד ננוטכנולוגיה משפרת את ביצועי האריזות

ירידה במשקל דרמטי ללא כוח הקרב

אחד היתרונות המשכנעים ביותר של ננוטכנולוגיה הוא היכולת להפחית את משקל האריזה תוך שמירה או אפילו שיפור כוח מכני.אריזות משקל מסורתיות, כגון סרטים מפלסטיק דק, לעתים קרובות סובל מהתנגדות טיהור ירודה או התפשטות דמעה. ננו חומריים כמו צינורות פחמן וננוקליות יכולים לחזק את פולימרים, יצירת ננופולטים כי הם חזקים פי 5 מאשר בסיס פולימרי ברמות נמוכות מאוד (בדרך כלל 1.5%) על ידי צריכת במשקל 1 עד 20.5%).

לדוגמה, בקבוקי פוליאתילן terephthalate (PET) מתחזקים עם ננוקליות ניתן לעשות דק יותר, בעוד עדיין עם הלחץ של משקאות פחמן. בדומה, ביו-פוחיות כגון חומצה פולילאקטית (PLA) לעתים קרובות מדי עבור אריזה; שילוב של צינורות תאים nanocrystalstalstals או nanofibriated cellose להפוך אותם לתוכנות קשות, כגון אופטימיזציה של חומרים פלסטיים.

נכסים נוספים לחיים ארוכים

ביצועי גדר הם אולי היתרון המשמעותי ביותר מבחינה מסחרית של ננוטכנולוגיה באריזות.חמצן, לחות ואור UV הם האשימים העיקריים בניקוי מזון, חמצון של תרופות, והשפלה של חומרי מחסום לאמנה כמו אלומיניום או ethylene vinyl אלכוהול (VOH) הם יעילים אך מוסיפים משקל, סיבוך מחזור, וניתן להיות יקר.compo להציע מחסומים קלים.

ננוקליות, במיוחד מונטמורייט, הן הננוטיפים הנלמדים ביותר בשימוש נרחב לשיפור מחסום. כאשר מפוזרים כראוי, חלקיקים בצורת צלחת אלה יוצרים נתיב מתפתל כי מולקולות גז צריכות לנווט, להאט באופן דרמטי את ההנצחה. A 5% טעינה של ננוקלי בסרט ניילון יכול להפחית את חדירות החמצן על ידי יותר מ -90% חומרים חדשים, כגון גרפן גרף ו- mbdenide, למרות שעדיין מרשימים יותר, למרות שעדיין לא ניתן להעריך תכונות ריגול, למרות שעדיין מרשימים יותר, למרות שעדיין מרשימים יותר, למרות שעדיין מרשימים יותר.

בנוסף לחסמים פסיביים, ננוטכנולוגיה מאפשרת מערכות מחסום פעיל.לדוגמה, ננומטרי חמצן מתפתל, כגון חלקיקים של ברזל או זרזים מבוססי פלזיום המוטבעים בסרט האריזה, יכול לספוג חמצן חי בתוך חבילה סגורה.זה מרחיב את חיי המדף של מוצרים רגישים לחמצן כמו בירה, יין, בשר מעובד.

Antimicrobial ו- Active Packaging

חלקיקים של כסף, נחושת, תחמוצת אבץ, ו- titanium דו חמצני להציג פעילות אנטימיקרוביאלית רחבה.שילובם לתוך משטחים אריזה יכול לעכב את הצמיחה של חיידקים, פטריות ואפילו כמה וירוסים, הפחתת הסיכון למחלות מולדות וקלקלון. nanoparticles הם מתקדמים ביותר מסחרית, בשימוש במכלים, כלי מזון, כלי רכב, ורפואה של הפעולה שלהם כולל הפרעה דנ"א חיידקית.

מעבר למיקרוביאלים, ננוטכנולוגיה מאפשרת אריזות "חכם" שיכולות לשנות צבע בתגובה לקלקל (הנאנסים), לשחרר חומרים משמרים על הביקוש (מבודדים תרכובות פעילות), או לשמור על רמות לחות מדויקות (המכונים desiccants) אלה החידושים עוברים אריזה מ מיכל פסיבי למשתתף פעיל בשמירה על מוצר.

מפתח ננו-חומרים בשימוש ב-Petaging

ננוקליות

ננוקליות, במיוחד מונטמורלייט וkaolinite, הם שכבות שכבות שניתן להתפצל לתוך משטחים ננומטריים.הם זולים, בשפע, כבר בשימוש באריזות ננוקומביט המסחריות עבור בקבוקי בירה, עטיפה גבינה וסרטים מרוב שכבות.האתגר העיקרי הוא להשיג פיזור אחיד כדי להימנע מעומס, אשר מקטין את ביצועי המחסום.

פחמן ננופס

צינורות פחמן (CNTs) הם מולקולות צייליות של פחמן עם כוח רבילי יוצא דופן (יותר מ -100 פעמים חזק יותר פלדה) ו מוליכות חשמלית גבוהה. באריזה, CNTs משמשים כחיזוקים עבור כוח מכני וכממלאים מוליכים עבור יישומים אנטיסטטיים או אלקטרומגנטיים הגנה.עלותם גבוהה ודאגות בריאותיות פוטנציאליות ( רעילות נשימת) לשימוש נרחב, אך המחקר ממשיך על טיפול בטוח יותר ועלויות נמוכות יותר.

חלקיקים מתכתיים

סילבר, נחושת, חלקיקים זהב משמשים בעיקר עבור התכונות האנטימיקרוביאליות שלהם. Silver הוא הנפוץ ביותר בשל פעילות רבת העוצמה והרחבה שלה. Znc oxide חלקיקים מציעים גם יכולות חוסמות UV, מה שהופך אותם שימושיים עבור אריזה שקוף כי מגן על מוצרים רגישים לאור.טיניו דו חלקיקים לספק חסימת UV ו photocatalytic-עצמי משטחים.

ניבוז ננוקריסטלים וננופיברילס

דרבירד מביומסה צמחית, ננו-חומרים של תאוז (CNCs) ו- nanofibrillated cellulose (NFC) הם ננו-חומרים בר קיימא המציעים כוח גבוה, צפיפות נמוכה ותכונות מחסום טוב.הם אטרקטיביים במיוחד עבור חיזוק ביופושימר וכחלופה עבור ננופלרים סינתטיים.

Silica Nanoparticles

ננוסייקה יכולה לשפר את התכונות המכאניות והרמימיות של סרטי פולימרים, כמו גם לספק משטח לפונקציונליזציה.זה משמש לעתים קרובות בשילוב עם ננו-חומרים אחרים כדי להשיג אפקטים סינרגטיים, כגון פיזור משופר של ננוקליות.

מחקר: ננוטכנולוגיה באריזות מסחריות

כמה חברות כבר הביאו את אריזת ננוטק-נאנסד לשוק.לדוגמה, תעשיית הלחנים אימצה בקבוקי PET המופעלים על ידי ננוקלי-reinforceed PET לבירה, המשתרעת על פני כדור הארץ מ-90 עד 180 ימים על ידי צמצום החמצן באגרסיביות. Hite Brewery בדרום קוריאה היה מאומץ מוקדם, באמצעות בקבוקי ננוקומה שמשלמים זכוכית כבדה ואלומיניום.

במגזר האלקטרוניקה, פחמן ננוtube ותרכובות גרפן משמשים עבור אריזה קלה, מגן של רכיבים רגישים, מתן כוח מכני ושחרור אלקטרוסטטי (ESD) הגנה. אריזות המכשיר הרפואי מעסיק ציפויים של כסף האננופיל כדי לשמור על סטריליות.

אזור מבטיח אחר הוא אריזה פעילה לייצור טרי.פיתוח שנערך לאחרונה מחוקרים באוניברסיטת סנט אנדרוס משתמש ננופיבר מגורשים עם שמנים אתריים וננו-חלקיקי כסף כדי להסדיר לחות ולהגדיל מיקרוביאלי, להאריך את חיי המדף של תותים מ 2–3 ימים עד 10 ימים.FLT:0A מחקר שפורסם ב-FLT:1Folonatnatolophal Trends:2Fair Results:

השפעה סביבתית וכלכלית

היתרון הסביבתי העיקרי של ננוטכנולוגיה באריזות הוא צמצום מקור: באמצעות פחות חומר כדי להשיג את אותו ביצועים או יותר. אריזות אורר משמע פחות צריכת דלק מאובן במהלך תחבורה ופחות פסולת לאחר השימוש.לדוגמה, בקבוק nanoclay-reinforced PET שוקל 20% פחות מבקבוק רגיל של אותו נפח, וכתוצאה מכך ירידה משמעותית פליטות פחמן על פני שרשרת האספקה.

עם זאת, טביעת הרגל הסביבתית של ייצור ננו-חומרי חייב להיחשב גם לחלק מהמונו-חומרים (למשל, CNTs, גרפן) לדרוש סינתזת אנרגיה, אשר יכול להפחית את הרווחים מהפחתה במשקל.

מבחינה כלכלית, ננוטכנולוגיה מוסיפה פרמיה לחומרי אריזה.ננוקליות עולות בסביבות 10-20 דולר לקילוגרם, בעוד חלקיקים כסף יכולים לעלות על 500 דולר לקילוגרם.אבל, כי תוספים אלה משמשים בכמויות קטנות מאוד (לעתים פחות מ-5% על ידי משקל), העלייה הכוללת של העלות הכוללת היא צנועה - באופן חד-משמעי 5-15% מאשר חומרים קונבנציונליים.

אתגרים ושיקולי בטיחות

למרות ההבטחה, ננוטכנולוגיה באריזה ניצבת בפני מכשולים משמעותיים.הדוחקים ביותר הם אי הוודאות סביב הבריאות והאפקטים הסביבתיים של ננו-חומרים מהונדסים.כאשר משולבים לתוך מאטריקס פולימר, ננו-חומרים הם בעיקר בלתי-סבירים סיכון מינימלי במהלך השימוש הרגיל.אבל החששות קיימים ביחס לגורמי מחקר על פני-פני-חיים: אם ננופולטים הם בלתי-מסווגים או ממוחזרים, ננו-חלקיקים, יכולים לקבוע סיכון מוקדם של חומרים מסוכנים, למשל, לדוגמה, לריכוזים, או חומרים מסוכנים, כמו חומרים מסוכנים, כגון חומרים מסוכנים, לדוגמה, או חומרים מסוכנים, כמו חומרים מסוכנים, כגון חומרים מסוכנים, או חומרים מסוכנים, כגון חומרים מסוכנים, לדוגמה, או חומרים רעילים, או חומרים מסוכנים, או חומרים מסוכנים, או חומרים מסוכנים, או חומרים מסוכנים, כמו חומרים רעילים, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, הם, כגון חומרים מסוכנים, חומרים מסוכנים, חומרים מסוכנים, כגון חומרים מסוכנים, כגון חומרים מסוכנים, חומרים רעילים, כגון חומרים מסוכנים, חומרים מסוכנים, חומרים מסוכנים, חומרים מסוכנים, כגון חומרים מסוכנים, לדוגמה, לדוגמה, כגון חומרים מסוכנים, חומרים מסוכנים, חומרים מסוכנים, חומרים רעילים, חומרים מסוכנים, חומרים מסוכנים, חומרים מסוכנים, לדוגמה, חומרים מסוכנים

מסגרות רגולטוריות עדיין מתפתחות.רשות לבטיחות המזון האירופית (EFSA) פרסמה הנחיות להערכת הבטיחות של ננו-חומרים בחומרי מגע במזון, המחייבות הערכה מקרה-במחירים.ה-FDA בארה"ב אין תקנות ננו-טק ספציפיות, אך מעריך אותן במסגרת מסגרות קיימות.חוסר בסטנדרטים גלובליים פגומים יוצר אי ודאות עבור יצרנים המבקשים לייצא מוצרים.

אתגר נוסף הוא קנה מידה.הצלחות בקנה מידה מעבדה רבות לא מתרגמות לייצור תעשייתי עקב קשיים בהשגת פיזור חלקיקים עקבי, עלויות ייצור גבוהות, או חוסר ציוד מיוחד.תעשיית האריזה היא מונחה בנפח, עם שולי רווח דקים; חומר חדש חייב להציע יתרון ביצועים ברור בעלות שאינה עולה על 10-20% יותר מהמחייב.

לבסוף, קבלה לצרכנים יכולה להיות בעיה.המונח "טכנולוגיה" מעורר לעתים פחד מפני סיכונים לא ידועים, בדומה לתגובות מוקדמות לאורגניזמים מהונדסים גנטית.תקשורת טראנס-הורית על הטבות ובטיחות, יחד עם תוויות ברורות היכן מתאים, חיוני לבנות אמון.

מגמות וחדשנות עתידיים

המחקר נע לעבר ננו-חומרים רב-תפקודיים המשלבים מספר יתרונות בתוסף יחיד.לדוגמה, חלקיקים היברידיים המספקים במקביל לשיפור מחסום, פעילות מיקרוביאלית, והגנה על UV יכולים לפשט את הנוסחאות ולהקטין את העלות. ציפויים ממובנים החלים באמצעות תהליכים רול-to-roll הם מוקד אחר, שכן הם מאפשרים תת-שכבות אריזה קונבנציונליות (למשל, לוח, פלסטיק) להיות משודרג עם שינוי מינימלי לקווי ייצור קיימים.

(הנוקומה של ה-Nanocomposites) הם תחום חשוב של עניין.שלב פולימרים ביו-דגרדיים (PLA, PHA, Starch) עם ננומטים אשר משפרים את תכונותיהם המכאניות והמכשול יכול ליצור באמת אריזה בת קיימא אשר מבצעת כמו פלסטיק קונבנציונלי אבל קומפוסטים לאחר השימוש.

גבול נוסף הוא השימוש של ננו-חומרים באריזות בלתי ניתנות להשגה – סרטים העשויים חלבונים או פוליצרידים התחזקו עם סיבים או חלקיקים ננומטריים שניתן לצרוך יחד עם האוכל.זה יכול לחסל פסולת אריזה לחלוטין עבור מוצרים מסוימים כמו פרוסות גבינה עטוף באופן פרטני או מנות.

לבסוף, השילוב של ננוסנסורים וקישוריות נתונים (Internet of Packaging) נמצא באופק.חיישנים ננומטריים משובצים באריזה יכולים לפקח על טמפרטורה, לחות, הרכב גז ואפילו עומס מיקרוביאלי, להעביר מידע אלחוטי לאספקת מערכות שרשרת או טלפונים חכמים של צרכנים.

מסקנה

ננוטכנולוגיה מציעה ערכת כלים רבת עוצמה לפיתוח חומרי אריזה קלים, עמידים שמטפלים באתגרים הכפולים של ביצועים וקיימות.ממנוקליות שחוסמות חמצן חלקיקים כסף הנאבקים בחיידקים, חומרים זעירים אלה כבר עושים את ההבדל ביישומים נישה.הדרך לאימוץ נרחב דורשות hurdles טכניים מתקדמים בייצור קנה מידה, הבטחת הערכת בטיחות קפדנית, ובניית ביטחון הצרכנים עם המשך מחקר וטכנולוגיית, בהירות גבוהה יותר, הוא הופך להיות מגזע חכם יותר, אשר מאפשר אריזות פלנטרית יותר, אשר מאפשר, אשר הופך להיות יותר, אשר מאפשר קרינת כדור הארץ מתקדמת יותר, אשר מאפשר, אשר מאפשר קרינת כדור הארץ טובה יותר, כאשר הוא שילוב של קרינת כדור הארץ מתקדמת, כאשר הוא סוג חכם יותר, מאפשר, מאפשר, מאפשר קרינת כדור הארץ טובה יותר, מאפשר, מאפשר, 000, מאפשר קרינת אבטחה טובה יותר, מאפשר, 000 קרינת אבטחה טובה יותר, 000, 000, 000, מאפשר, מאפשר, מאפשר, מאפשר, 000 קרינת אבטחה מתקדמת, 000 קוסמטיקה טובה יותר, 000 קרינת אבטחה מתקדמת, 000 חכם יותר, 000, 000, 000, 000, מאפשר, מאפשר, 000, 000, מאפשר, מאפשר, 000, 000 קרינת אבטחה מתקדמת יותר, 000, 000, 000,