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

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 تامین 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 روش ها: 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 تامین 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 2.5 گرم لاتکس استایرن بوتادین و 0.5 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. محلول های پوششی با استفاده از auto bar coater (gbc - a4 gist co., ltd) روی ورق های 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 8 نوع کاغذ در سطح 5 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 647.5 درصد است. همچنین، کمترین تخلخل به کاغذ پوشش‌داده‌شده با نانوگرافن اختصاص دارد. اختلاف بین بیشترین و کمترین میزان تخلخل 7365.8 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 14.5 درصد است. همچنین، بیشترین صافی سطح در کاغذ پوشش‌دار با نانوگرافن و زئین ثبت شده است. اختلاف بین بیشترین و کمترین میزان صافی، سطح 23.9 درصد است. برای شاخص مقاومت در برابر کشش و پاره شدن، اختلاف معنی‌داری در سطح 5 درصد مشاهده نشد. اختلاف بین بیشترین و کمترین میزان شاخص مقاومت در برابر کشش و پاره شدن به ترتیب 15.5 و 26.4 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 14.2 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 16.1 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 تاثیر 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.

the effect of separate and combined coating of nano graphene-fluorine-zein on the barrier and mechanical properties of brown kraft liner for fruit packaging

background and objectives: fruit packaging cardboard protects fruits from impacts, pressure, and damage during transportation, while helping to maintain their freshness and quality. to achieve these objectives, it is essential to enhance the strength of the cardboard and minimize the interaction between its interior and exterior. at the same time, it must be biodegradable, durable, and environmentally friendly. kraft paper is recognized as a suitable option for preserving the quality of fruits. therefore, this research aims to improve the barrier and mechanical properties of cardboard by applying coatings of nano-graphene, fluorine, and zein, both separately and in combination, to provide consumers with higher quality cardboard.methodology: the brown kraft liner paper with a basis weight of 120 grams was obtained from the mazandaran wood and paper company. the nanographene type ao-4 was sourced from graphene supermarket in the usa, zein protein from sigma aldrich, and fluorine from mine kavaran production group. for coating, the nanographene, zein, and fluorine were weighed in specified weight percentages and mixed with 100 grams of distilled water for 30 minutes at 50 degrees celsius, depending on the treatment conditions. then, 2.5 grams of styrene-butadiene latex and 0.5 grams of dispersant d200 were added to the mixture and homogenized for 20 minutes at 1500 rpm. a 5% cationic starch solution was also added as a retention aid to enhance the coating. the coating solutions were applied to the paper sheets using an auto bar coater (gbc - a4 gist co., ltd). the physical and mechanical properties were measured according to tappi and iso standards. the experimental design was completely randomized, and data analysis was performed using one-way anova and duncan’s test at a 95% confidence level.results: the one-way anova analysis indicated that there are significant differences at the 5% level among the thickness swelling, water absorption, and porosity of the 8 types of paper. the greatest thickness swelling was observed in the brown liner paper coated with graphene and fluorine, while the lowest thickness swelling was found in the control sample, with a difference of 27% between the maximum and minimum thickness swelling. the lowest water absorption was noted in the brown liner board paper coated with zein, fluorine, and nano-graphene, with a difference of 647.5% between the maximum and minimum water absorption. additionally, the least porosity was attributed to the paper coated with nano-graphene, showing a difference of 7365.8% between the maximum and minimum porosity. density analysis revealed that the highest density was observed in the sample coated with zein and nano-graphene, with a difference of 14.5% between the maximum and minimum density. furthermore, the highest surface smoothness was recorded in the paper coated with nano-graphene and zein, with a difference of 23.9% between the maximum and minimum surface smoothness. for the tensile and tear resistance index, no significant difference was observed at the 5% level, with differences of 15.5% and 26.4% between the maximum and minimum tensile and tear resistance indices, respectively. however, for burst resistance, the lowest value was found in the paper coated with fluorine and zein, with a difference of 14.2% between the maximum and minimum burst resistance. in terms of ring crush test, the highest resistance was related to the paper coated with zein, fluorine, and nano-graphene, with a difference of 16.1% between the maximum and minimum ring crush test.conclusion: the goal of food packaging is to extend shelf life and protect against spoilage factors. paper and cardboard, as packaging materials, have specific advantages and disadvantages, including a lack of resistance to moisture. this research addresses the improvement of the physical and mechanical properties of kraft liner paper for fruit packaging and has demonstrated that coating increases thickness swelling and reduces water absorption. these coatings enhance the prevention of water absorption by penetrating the pores of the paper. various factors affect water permeability, including the paper structure and the type of coating. the use of nano-graphene and zein leads to a reduction in paper porosity and an improvement in its mechanical properties. in this study, coating the paper with nano-graphene and zein significantly increased barrier properties and improved paper quality. additionally, the results indicate that these compounds can help reduce water absorption and porosity of the paper.