عایق بودن پلیمرها به پیوند کووالانسی موجود بین اتم‌ها در زنجیرهای مولکولی ارتباط دارد. اما تحقیقات انجام شده در سالهای اخیر نشان داد که امکان ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی در امتداد محور مولکول‌ها وجود دارد. این نوع پلیمرها اساسا از پلی استیلن تشکیل شده‌اند. با نفوذ دادن عناصری مانند فلزات قلیایی یا هالوژن‌ها «فرایند دوپینگ»به زنجیرهای مولکولی پلی استیلن به ترتیب نیمه هادیهای پلیمری از نوع N و P به دست می‌آیند. افزودن عناصر یا دوپینگ سبب می شود که الکترون‌ها بتوانند در امتداد اتمهای کربن در زنجیر حرکت کنند. تفلون از مواد پلیمری است که به دلیل ضریب اصطکاک پایینی که دارد به عنوان پوشش برای جلوگیری از چسبیدن مواد غذایی در وسایل پخت و پز استفاده می شود.

ساختار پلیمرها

اغلب پلیمرهای متداول از پلیمریزاسیون مولکولهای ساده آلی به نام منومر به دست می‌آیند. برای مثال پلی‌اتیلن (PE) پلیمری است که از پلیمریزاسیون با افزایش (ترکیب) چندین مولکول اتیلن به دست می‌آید. هر مولکول اتیلن یک منومر نامیده می‌شود.
با ترکیب مناسبی از حرارت، فشار و کاتالیزور ، پیوند دوگانه بین اتمهای کربن شکسته شده و یک پیوند ساده کووالانسی جایگزین آن می شود. اکنون دو انتهای آزاد این منومر به رادیکال‌های آزاد تبدیل می‌شود، به طوری که هر اتم کربن یک تک الکترون دارد که می تواند به را دیکال‌های آزاد دیگر افزوده شود. از این رو در اتیلن دو محل ( مربوط به اتم کربن) وجود دارد که مولکولهای دیگر می توانند در آنجا بدان ضمیمه شوند . این مولکول با قابلیت انجام واکنش، زیر بنای پلیمرها بوده و به (مر) یا بیشتر به واحد تکراری موسوم است. واحد تکراری در طول زنجیر مولکول پلیمر به تعداد دفعات زیادی تکرارمی‌شود. طول متوسط پلیمر به درجه پلیمریزاسیون یا تعداد واحدهای تکراری در زنجیر مولکول پلیمر بستگی دارد. بنابراین نسبت جرم مولکولی پلیمر به جرم مولکولی واحد تکرای به عنوان (درجه پلیمریزاسیون) تعریف شده است . با بزرگتر شدن زنجیر مولکولی ( در صورتی که فقط نیروهای بین مولکولی سبب اتصال مولکول‌ها به یکدیگر شود) مقاومت حرارتی و استحکام کششی مواد پلیمری هر دو افزایش می‌یابند.
به طور کلی فرایند پلیمریزاسیون می تواند به صورتهای مختلفی مانند افزایشی ، مرحله‌ای و …. انجام گیرد. در پلیمریزاسیون افزایشی ، تعدادی از واحدهای تکراری به یکدیگر اضافه شده و مولکول بزرگتری را به نام پلیمر تولید می‌کنند. در این نوع پلیمریزاسیون ابتدا در مرحله اول رادیکال آزاد، با دادن انرژی (حرارتی ، نوری) به مولکول‌های اتیلین با پیوند دوگانه و شکست پیوند دوگانه، به وجود می‌آید. سپس رادیکالهای آزاد با اضافه شدن به واحدهای تکراری مراکز فعالی به نام آغازگر شکل میگیرند و هر یک از این مراکز به واحدهای تکراری دیگر اضافه شده و رشد پلیمر ادامه می یابد .
از نظر تئوری درجه پلیمریزاسیون افزایشی می‌تواند نامحدود باشد، که در این صورت مولکول زنجیره‌ای بسیار طویلی از اتصال تعداد زیادی واحدهای تکراری به یکدیگر شکل می گیرد. اما عملا رشد زنجیر به صورت نامحدود صورت نمی گیرد.هر چه قدر تعداد مراکز فعال یا آغازگرهای شکل گرفته بیشتر باشد ، تعداد زنجیرها زیادتر و نتیجتا طول زنجیرها کوچکتر میشود و بدین دلیل است که خواص پلیمرها تغییر می کند. البته سرعت رشد نیز در اندازه طول زنجیرها موثر است . هنگامی که واحدهای تکراری تمام و زنجیرها به یکدیگر متصل شوند، رشد خاتمه می‌یابد.
از دیگر روشهای پلیمریزاسیون، پلیمریزاسیون مرحله‌ای است که در آن منومرها با یکدیگر واکنش شیمیایی داده و پلیمرهای خطی را به وجود می آورند. در بسیاری از واکنشهای پلیمریزاسیون مرحله‌ای مولکول کوچکی به عنوان محصول فرعی شکل می‌گیرد . این نوع واکنش‌ها گاهی پلیمریزاسیون کندنزاسیونی نیز نامیده می‌شوند.

انواع پلیمر

پلیمرها یا بسپارها ، ترکیباتی هستند که از بهم پیوستن چندین مولکول منومر بوجود می‌آیند. پلیمرها را به طرق مختلف طبقه‌بندی می‌کنند. یکی از روشهای تقسیم بندی پلیمرها ، تقسیم بندی از نظر خواص است. پلیمرها از نظر خواص به سه دسته عمده تقسیم بندی می‌شوند.
۱) ترموپلاستها
ترموپلاستها ، پلیمرهایی هستند که در اثر فشار ، تغییر شکل (Deformation) می‌دهند و بعد از حذف نیروی خارجی ، این تغییر شکل ، همچنان باقی می‌ماند. به عبارت دیگر این پلیمرها ، خاصیت پلاستیسیتی دارند. این پلیمرها در اثر گرما بتدریج نرم می‌شوند. با افزایش دما به حالت مذاب در می‌آیند. بعد از حذف گرما به حالت فیزیکی جامد خود تبدیل می‌شوند. این خصلت ، کاربرد صنعتی این نوع پلیمرها را تضمین می‌کند. اگر ترموپلاستیکی را به صورت پودر یا حلقه‌های کوچک در آوریم و سپس حرارت دهیم، ابتدا نرم و سپس مذاب و ویسکوز می‌شود و اگر آنرا در قالب بگیریم، شکل قالب را به خود می‌گیرد و این علت کاربرد بسیار زیاد این مواد است.

۲) الاستومرها
الاستومرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر نیروی خارجی تغییر شکل پیدا می‌کنند. بعد از حذف نیرو، تغییر شکل از بین می‌رود و دوباره به حالت اولیه باز می‌گردند. این پلیمرها در اثر گرما ، نرم می‌شوند، ولی برخلاف ترموپلاست‌ها (ترموپلاستیک‌ها) به حالت ویسکوز یا مایع سیال در نمی‌آیند. موقعی که این پلیمرها در اثر حرارت نرم شدند، آنرا با اضافه کردن افزودنی‌های مورد نیاز در داخل قالب پخت می‌کنند. عملیات پخت را Curing گویند.

۳) ترموسیتینگها
این پلیمرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر گرما نرم نمی‌شوند. بلکه با افزایش دما ، سختتر و محکم‌تر می‌شوند و با بالا رفتن بیشتر دما ، درجه سختی آنها افزایش می‌یابد. این پلیمرها برای قالب‌گیری ، درون قالب ریخته می‌شوند و قالب‌گیری می‌شوند. گاهی ممکن است فرایند پلیمریزاسیون نیز همزمان درون قالب انجام شود و بعد از پلمریزاسیون ، پلیمر شکل قالب را به خود می‌گیرد.

مقایسه ترموپلاستها ، الاستومرها و ترموسیتینگها از نظر ساختمانی

ترموپلاست‌ها و الاستومرها، پلیمرهای یک‌بعدی هستند. بنابراین در حلال‌های مرسوم شیمیایی که بسته به نوع ساختمان پلیمر تعیین می‌شود، حل می‌گردند. اما ترموسیتینگ‌ها ، جزو پلیمرهای سه بعدی یا مشبک می‌باشند و بنابراین در هیچ حلالی حل نمی‌شوند.

بسته بندی مواد غذایی

انجام بسته بندی در مواد غذایی دارای چندین عملکرد مهم می باشد که از جمله می‌توان به محافظت از ماده غذایی حفظ ویژگی‌های حسی و ظاهری و کیفیت ماده غذایی و ارائه اطلاعات ماده غذایی به مصرف کننده اشاره نمود. در این بخش به بررسی بسته‌بندیهای بیولوژیکی و بیان مسائل مهم مربوط به بسته بندی مواد غذایی پرداخته می شود. نقشی را که مواد بسته بندی کننده بیولوژیک در محافظت از کیفیت و ویژگی‌های حسی و ظاهری چندین گروه از مواد غذایی می‌توانند بر عهده داشته باشند.علاوه بر جوانب ایمنی و حسی مربوط به مواد غذایی این نکته نیز به خوبی تشخیص داده شده است که در توسعه و انتخاب مواد بسته بندی بیولوژیکی مسائل دیگری نیز به دقت و ملاحظه نیاز دارند.
تعاریف بسته بندی برای مواد غذایی به طور معمول درسه گروه یا بسته‌بندی اولیه، ثانویه و ثالثیه قرار داده می‌شوند .
مواد بسته بندی کننده اولیه ، آن دسته از موادی هستند که در تماس مستقیم با مواد غذایی قرار دارند. عملکرد و نقش این مواد، دربرگرفتن ، محافظت کردن و تسهیل اموری چون توزیع و نگهداری مواد غذایی همزمان با رفع نیازهای مصرف کننده در رابطه با ایمنی و شفافیت محصول می‌باشند. در اغلب موارد ، از بسته بندی ثانویه برای محافظت فیزیکی از محصول استفاده می‌شود. این بسته‌بندی ممکن است یک جعبه محافظ مواد غذایی یا یک کیسه پلاستیکی در اطراف ماده غذایی باشد. بسته‌بندی‌های ثالثیه یا سوم با بسته بندی ثانویه در یک سیستم حمل‌ونقل بسته‌بندی‌نهایی همراه می‌شود. در اینجا نیز، هدف از انجام این بسته بندی تسهیل حمل و نقل و نگهداری محصول و محافظت از موارد درون بسته‌بندی‌ درمقابل آسیب‌های‌فیزیکی می‌باشد.

پوشش ها و روکش‌های خوراکی

پوششها و روکش‌های خوراکی یک گروه منحصر به فرد از مواد بسته‌بندی‌کننده را تشکیل می‌دهند با سایر مواد بسته‌بندی‌کننده بیولوژیکی و بسته‌بندیهای متعارف، تفاوت دارند . پوشش‌های خوراکی ، با اضافه نمودن یک محلول روکش دهنده مایع یا ترکیبات مذاب بر روی محصول به‌دست آورده می‌شوند. این مواد را می‌توان با استفاده از قلم مو ، اسپری کردن و یا مواد سیال کننده نیز مورد استفاده قرار داد. پوشش‌های خوراکی بخشی از یک محصول غذایی به شمار آمده و از این روی به ویژگیها و خواص ظاهری مواد غذایی، نباید هیچ گونه تاثیری را وارد آورند.
اما از سوی دیگر روکش های خوراکی ساختار‌های جداگانه‌ای هستند که در مراحل بعدی شکل یافته و به مواد غذایی افزوده می‌شوند . این مواد با پخش کردن و خنک کردن محلول‌های روکش دهنده بر روی یک سطح درجه بندی شده و بر روی یک درام خشک کننده خشک شد، و یا با استفاده از شیوه های سنتی فرآوری پلاستیک به وجود آورده می‌شوند . پوشش ها و روکش های خوراکی موانعی را در مقابل رطوبت ، اکسیژن ، دی اکسیدکربن ، بوها ،لیپیدها و سایر عوامل به وجود آورده و مواد غذایی را در درون خود نگه داشته و کلیت مکانیکی مواد و یا حمل و نقل و نگهداری ماده غذایی را آسان می‌سازند.

یک چالش

یکی از چالش های پیش رو در صنعت بسته بندی مواد غذایی در ارائه بسته بندی بیولوژیک ، تطابق دوام این بسته‌بندیها با طول مدت نگهداری محصول می‌باشد.
مواد بیولوژیکی باید با حفظ خواص تدافعی مکانیکی خود به صورت با دوام باقی مانده و در طول دوره نگهداری محصول نقش خود را به طور صحیح انجام دهند .
به طور ایده‌آل، این مواد باید در هنگام دور ریخته شدن از قابلیت تجزیه بیولوژیکی برخوردار باشد. این وضعیت ، چالش های جالب توجهی را پیش روی طراحی و کاربرد مواد بسته بندی بیولوژیک قرار می‌دهد زیرا بسیاری از فاکتورهایی که بر تجزیه بیولوژیکی این مواد تاثیر می‌گذارند به‌میزان فساد مواد غذایی موجود در درون‌ این بسته بندی‌ها نیز تاثیرگذارهستند ‌.

مواد بالقوه برای بسته بندی بیولوژیکی

PLA یا PHB/Vیا کارتن های مقوایی با روکش PLA را می‌توان به عنوان مواد بسته بندی کننده برایPLB بطری شیر مورد استفاده قرار داد زیرا این مواد از مقاومت زیادی در مقابل اکسیژن و رطوبت برخوردار می‌باشند. دور نگه داشتن نور از بطری‌ها نیز به وسیله اضافه نمودن برخی از رنگدانه ها به مخلوط های پلیمر به دست آورده می شوند. مواد بسته بندی بیولوژیکی یک عمل مقرون به صرفه خواهد بود . کاغذ های مقوایی دارای روکش‌های بیولوژیکی و مواد تجزیه پذیر برای به دست آوردن خواص مکانیکی و محافظت از موادی همچون‌ ماست ، پنیر و پنیر های پرورده، مناسب می‌باشد. بسته بندی مواد غذایی یک عمل چالش برانگیز به شمار می‌آید، زیرا مواد غذایی بسیار متنوع و پیچیده هستند.

ماشین های بسته بندی مواد غذایی

ماشین های خودکار :
برای بسته بندی روغن های خوراکی در درون کیسه‌های کوچک L.D.P.E و یا L.L.D.P.E . تهیه شده با فیلم های هدایت گر ماشین به صورت الکترو پنوماتیک یا الکترومکانیکی در درون هر ماشین می باشد.
ماشین های خودکار شکلات پیچ پر سرعت :
این ماشین ها برای بسته بندی۸۰۰ شکلات در دقیقه در کیسه‌های. مرکزی طراحی شده است. هدایت ماشین به صورت الکترو مکانیکی انجام می‌شود.
ماشین های پر کن :
انواع مختلف ماشین‌های پر کن ، در صنایع غذایی و بسته بندی با استقبال زیادی روبه رو شده‌اند. این ماشین‌ها با مصرف انرژی پایین و سرعت بسیار بالا طراحی شده‌اند و قادر به بسته بندی انواع محصولات مایع ، پودری، و گرانولی می باشند.
سری مینی پک :
ماشین‌های سری مینی پک در قسمت های مختلف صنایع غذایی برای مدت چندین سال است که مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این ماشین‌ها برای بسته بندی انواع قهوه ، محصولات پودری دانه‌ها و سایر محصولات دارای ذرات ریز مناسب می باشند.