Современные исследования в области упаковки пищевых продуктов все больше фокусируются на разработке биоразлагаемой упаковки для пищевых продуктов из биоматериалов с целью изучения альтернатив традиционным, не биоразлагаемым пластмассам на нефтяной основе. Следовательно, биопластики, в том числе из конопли привлекают все большее внимание в индустрии упаковки пищевых продуктов из-за их способности к биологическому разложению и универсальности в переработке.

Причины ограничения использования биопластиков

Однако использование биопластиков ограничено из-за присущих им недостатков в термической и механической стабильности. В последнее время для обеспечения термомеханической стабильности и снижения общей стоимости материала по сравнению с базовыми биопластиками широко используются наполнители, полученные из биопрепаратов, и растительные волокна, как конопля.

Включение наполнителей на биологической основе и функциональных наночастиц в биопласты не только обеспечивает функциональность, но и увеличивает соотношение цены и качества биокомпозитов. С этой целью данное исследование было сосредоточено на разработке экономичных, биоразлагаемых и функциональных упаковочных материалов для пищевых продуктов.

Поли (молочная кислота) использовалась в пищевой упаковке из конопли для замены обычных пластиков на нефтяной основе, поскольку она обладает более высокими механическими свойствами, большей универсальностью при выборе процесса и считается безопасной для использования при контакте с пищевыми продуктами. Однако, помимо высокой стоимости, основным недостатком поли (молочной кислоты) является медленная перекристаллизация и, следовательно, часто требуется добавление зародышеобразователя.

Органический наполнитель для биокомпозитов

Добавление недорогого наполнителя на биологической основе к поли (молочной кислоте) не только снижает общую стоимость материала, но также ускоряет кинетику кристаллизации, действуя как зародышеобразователь. Промышленная костра марихуаны исследуется как наполнитель на биологической основе с поли (молочной кислотой) для биокомпозитов с целью снижения стоимости материала и решения экологических проблем, связанных с переработкой пластика.

Однако основной проблемой при сочетании наполнителей на биологической основе (конопля) с полимерными матрицами для получения биокомпозитов является слабое межфазное связывание между волокном и матрицей. В последние годы несколько форм полиолефинов с привитым глицидилметакрилатом были получены реактивной экструзией или сополимеризацией в растворе для решения этой проблемы.

Привитой сополимер глицидилметакрилата является потенциальным агентом, улучшающим совместимость, для уменьшения межфазной несовместимости в биокомпозитах. Следовательно, целью исследования была разработка функциональных биокомпозитов для упаковки пищевых продуктов с поли (молочной кислотой) в качестве биопластической матрицы, кострой марихуаны в ​​качестве наполнителя на биологической основе и глицидилметакрилатом в качестве компатибилизатора.

Экструзионный биокомпозит

Соответственно, был разработан биокомпозит с использованием экструзии и литья под давлением с использованием костры каннабис и поли (молочной кислоты) со свойствами, сравнимыми с поли (молочной кислотой), с межфазной совместимостью на основе прививки. Межфазная совместимость между поли (молочной кислотой) и конопляной кострой увеличивалась с привитым глицидилметакрилатом по сравнению с несовместимым контролем, что подтверждается фрактографией с помощью сканирующей электронной микроскопии.

Механические свойства показали увеличение биокомпозита из костры каннабис с привитым глицидилметакрилатом / поли (молочной кислоты), сохраняющего 94% прочности чистого полимера, с увеличением кристалличности при 20% -ной (мас. / Мас.)

Загрузка конопляной костры

Данные по ударной вязкости продемонстрировали, что добавление GMA обладает потенциалом улучшения физических и механических свойств композитов HH / PLA. Начало термического разложения биокомпозитов, полученных с помощью ТГА, было незначительно ниже, чем у чистого PLA. Об антибактериальных свойствах косточки марихуаны сообщалось неофициально, но систематические исследования и сообщения не проводились.

В этом исследовании изучали антибактериальную активность конопли в отношении кишечной палочки. Антибактериальная активность конопли, подавляющая рост кишечной палочки, была значительной. Чтобы еще больше повысить антибактериальную эффективность костры каннабис, наночастицы серебра были инкапсулированы в костру, которая показала высокую эффективность. Наночастицы серебра были синтезированы в костру с использованием запатентованного метода, разработанного в сотрудничестве с Ecofibre Pty Ltd.

Включение глицидилметакрилата дополнительно способствовало увеличению модулей упругости и прочности на 10–30 мас. % фракции конопляной костры, содержащей наночастицы серебра, в поли (молочной кислоте), с 20 вес. % биокомпозит с наполнителем из конопли, обладающий наивысшим диапазоном свойств среди исследованных биокомпозитов. Эффективная антибактериальная активность была достигнута с отчетливым снижением на 85% и 89% роста бактерий при 0,025 мас. % и 0,05 мас. % загрузки наночастиц серебра в биокомпозит.

Безопасный уровень миграции тяжелых металлов

Биокомпозиты также поддерживают безопасный уровень миграции тяжелых металлов на уровне 0,20–3,08 мг / кг, что соответствует законодательству Европейского Союза (ЕС) (2002/72 / EC), что значительно ниже допустимого значения 60 мг / кг. В целом, свойства этих разработанных биокомпозитов продемонстрировали заметный потенциал в разработке приложений для упаковки пищевых продуктов. Анализ затрат и выгод был проведен для оценки жизнеспособности промышленного производства для производства жесткой упаковки для пищевых продуктов.

Чувствительность биокомпозита из конопли и финансовый анализ предоставили данные о степени и величине неопределенностей, связанных с инвестициями, позволяющими улучшить дизайн продукта iii, и установить потенциал промышленных биокомпозитов из PLA и конопли для упаковки пищевых продуктов. Результаты этого исследования могут создать платформу, на которой дизайнеры упаковки, ученые в области пищевых продуктов и инженеры смогут инициировать использование биологических материалов в своих решениях для упаковки пищевых продуктов.