1

لیوان کاغذیهای مورد استفاده در پوششاثربخشی و ایمنی

2عراقی سمیرا صیامی، 1، مهدیه ایرانمنش1*هاله حدائق دانشگاه آزاد اسالمی، واحد علوم و تحقیقات تهراندانشجوی دکتری علوم و صنایع غذایی، .1

واحد علوم و دانش آموخته کارشناسی ارشد علوم و صنایع غذایی، ، دانشگاه آزاد اسالمی، .2

تحقیقات تهران

*Corresponding author`s Email: Hadaegh_h@hotmail.com

خالصهی ولی استفاده از پوششها ، رواج بیشتری یافته استیپالستیک هایلیوان تری نسبت بهبه عنوان جایگزین مطمئنی کاغذهای لیوانامروزه استفاده از

این مطالعه با این فرآورده ایجاد کرده است. هایی را درباره ایمنی نگرانی عدم استحکام کافی،کاغذ، نظیر های متفاوت جهت از بین بردن ضعف

انجام شده است.های مورد استفاده در لیوان کاغذی، مزایا و معایب آن خصوصاً به لحاظ ایمنی هدف مرور و بررسی انواع پوشش

، مهاجرتPLAلیوان کاغذی، پوشش با پلی اتیلن، پوشش با : کلمات کلیدی

مقدمه .1پالستیک به صورت بخشی از مواد مصرفی زندگی هر روز ما تبدیل شد و به طور متناوب برای تولید ظروف یکبار مصرف 1691از اواسط دهۀ

تواند تأثیرات منفی بر سالمت افراد بر جای گذارد. ظروف پالستیکی میمورد استفاده قرار گرفت. تحقیقات متعدد در طی زمان نشان دادند که استفاده از

[. ترکیب کاغذ در 1] ای بر سالمتی داشته باشندرود که تأثیرات منفی ناشناختهاند، ولی بیم آن میحتی با اینکه بسیاری از این پلیمرها ایمن شناخته شده

رود از لحاظ مهاجرت وسعت کمتری داشته باشد. با این حال فساد زود هنگام مواد و انتظار میمقایسه با پالستیک از پیچیدگی کمتری برخوردار است

.[2] ر بسته بندی مواد غذایی استغذایی در چنین بسته بندیهایی )به دلیل نفوذپذیری کاغذ( از مشکالت مطرح استفاده از کاغذ و مقوا )به تنهایی( د

های کاغذ ضعف .2

خشک جهت استفاده در بسیاری موارد از سفتی و استحکام قابل قبولی برخوردار است و این استحکام را مرهون مقاومت به طور کلی کاغذ

ای از قبیل پیوندهای هیدروژنی است. با خیس شدن کاغذ، این نیروهای چسبندگی به دلیل نفوذ ذاتی زنجیرۀ سلولزی و نیروهای چسبندگی بین زنجیره

)که سبب استحکام بودند( جایگزین "زنجیره -هیدروژن زنجیره"با "زنجیره–های آب مولکول"ولزی کاهش یافته و پیوندهای های سلآب بین زنجیره

شود به سرعت از محیط رطوبت جذب کند. در [. در واقع طبیعت هیگروسکوپ کاغذ سبب می3شود ]شده و بدین صورت از پایداری کاغذ کاشته می

های بر پایۀ آب به که بواسطه چسب -های کاغذیهای جعبهگردد، بلکه اتصاالت دیوارهآب نه تنها سبب نرم شدن کاغذ می ای،بسته بندیهای کنگره

گردد؛ به طوری که با افزایش رطوبت کند. این نرم شدن در اثر افزایش رطوبت، سبب کاهش مدول االستیک میرا نیز سست می -یکدیگر متصل هستند

[. به طور کلی شرایط بهینه برای نگهداری 0شود ]درصد از استحکام جعبه کاغذی کاسته می 01%، به میزان81ایسه با رطوبت نسبی % در مق58نسبی تا

.[8] باشد% می81و رطوبت نسبی حدود C °21انواع کاغذ و مقوا، دمای

تواند به مدت نمی قابلیت دوخت حرارتی(، کاغذبنا به دالئل ذکر شده )ویژگیهای محافظت کنندگی ضعیف، طبیعت هیگروسکوپ و عدم

ن ماده غذایی و یا بالعکس صورت گیرد. از سوی روتواند از محیط بیرون به د[. مهاجرت می9طوالنی جهت حفظ مواد غذایی مورد استفاده قرار گیرد ]

دانشجوی دکتری علوم و صنایع غذایی 1

کارشناسی ارشد علوم و صنایع غذاییدانش آموخته 2

2

توانند از سطح استفاده در جوهرهای چاپ نیز می های معدنی موردهای پالستیکی، روغنهای محافظ نظیر پوششدیگر در صورت عدم وجود پوشش

[.7بسته بندی به مواد غذایی خشک داخل نفوذ کنند ]

1فرایند تولید لیوان کاغذی .3

و در کشور امریکا انجام شد. این لیوان که به 1617در سال "لیوان کاغذی صنعتی"از میان انواع محصوالت تولیدی با کاغذ و مقوا، تولید اولین

ابداع گردید. وی همواره از انتشار آلودگی 2شد، توسط یک وکیل با نام لورنس لولننامیده می ”health kup“ یا ”Dixie cup“م برند شرکت نا

تولید لیوان های یکبار مصرف انجامید.ای شد که به تولید این لیوانناشی از شراکت افراد در استفاده از لیوان جهت نوشیدن نگران بود و همین انگیزه

گیرد. در تولید اولیه این نوع لیوان یکبار مصرف، برای باال بردن مقاومت در برابر مایعات داغ ریخته شده، های خاصی انجام میکاغذی توسط دستگاه

های لیوان هم باال ارهچرخاندند؛ به طوری که این خاک تا دیوریختند و سپس با سرعت باال لیوان را میدر کف آن می 3مقادیر کوچکی خاک کاغذ

شود، به [. خاک کاغذ که گاهاً خاک فیبر هم نامیده می5آمده و آن را پوشش دهد و بدین ترتیب سبب افزایش مقاومت لیوان در برابر نفوذ آب گردد ]

[.6گردد]گردد که سبب فراوری فیبر سلولزی کاغذ میخاکی اطالق می

اغذی عموماً از نوع کاغذ مقاوم کرافت است که توسط پلیمری نظیر پلی اتیلن پوشش داده شده های ککاغذ مورد استفاده جهت ساخت لیوان

های کاغذی به دلیل قابل بازیافت بودن کاغذ، پتانسیل زیادی جهت بازیافت دارند ولی پوشش پالستیکی سنتتیک یا رسد لیواناست. با اینکه به نظر می

[.11و11سازد]قابل جداسازی نیست، آنرا برای استفاده مجدد نامناسب میچسب غیر محلول در آب آن به جهت اینکه

کاغذ 5و لمینیت کردن 4پوشش دهی .4

-و غیره می PVdCپوشش دهی ساده ترین روش افزایش ویژگیهای عملکردی کاغذ است. ترکیبات عملگرای فعال نظیر پلی اتیلن، واکس،

[. بطور کلی تشکیل پوشش به عوامل متعددی 8و2آب و یا به صورت جامد ذوب شده استفاده شوند ] های بر پایهتوانند بصورت حالل، دیسپرسیون

[. در این 11] توان به نوع حالل مورد استفاده، دمای پوشش دهی و خشک کردن و نیز سرعت خشک کردن اشاره کردبستگی دارد که از آن جمله می

های بر پایه نشاسته، بر ، امولسیونPVAهایی از نوع ها شامل امولسیونشود. این چسبمختلفی استفاده میهای راستا بر اساس نوع فرایند لمینیت از چسب

"لمینیت کردن تحت فرایند اکستروژن"باشند؛ که نوع اخیر پایۀ رزین/ حالل، ترکیبات مرکب دارای پیوندهای عرضی، واکس یا پلی اتیلن مذاب می9

شود.های کاغذی، این فرایند شرح داده میمیت پوشش دهی با واکس و پلی اتیلن در تولید لیوان[. به جهت اه2شود ]نامیده می

پوشش با واکس

میالدی، استفاده 1681شد. از دهه های مورد استفاده بر روی کاغذ است. در آغاز کار، واکس پارافین استفاده میترین پوششاز قدیمی واکس

[.13و 12نیز به آن اضافه شد ] EVAبیشتر شده و جهت بهبود ویژگیهای محافظت کنندگی پلیمرهای پلی اتیلن و 7از واکس میکروکریستاالین

شود. در نوع مرطوب واکس در طی مرحله آماده سازی اضافه میگردد تا کاغذ را در برابر نفوذ استفاده می 6و مرطوب 5واکس به هر دو صورت خشک

نوع خشک، واکس داغ در حفرات کاغذ فرو رفته و عالوه بر حفاظت کاغذ در برابر رطوبت، قابلیت دوخت حرارتی آب و چربی مقاوم سازد. ولی در

[. غلتکی که در مخزن 6] تواند سبب از بین رفتن آن گردد[. البته این خاصیت بسیار ضعیف بوده و خراشیدگی یا ساییدگی می13 و8بخشد ]به آن می

های تنظیم کننده ضخامت عبور دهد. این کاغذ در مسیر از البالی غلتک، آنرا روی کاغذ در حال عبور پوشش میحاوی واکس در حال چرخش است

یک پوشش واکس [.13] گردندهای سرد کننده سبب تثبیت واکس روی کاغذ و ایجاد سطح براق میشود. سپس غلتککرده و وزن واکس تنظیم می

1 Paper Cup 2 Lawrence Luellen 3 Paper Clay (Fiber Clay) 4 Coating 5Lamination 6 Extrusion Lamination 7 Microcrystalline Wax 8 Dry Waxing 9 Wet Waxing (Wax Sizing)

3

[. البته این نقیصه با قرار دادن 10گردد ]شدن به ماده غذایی خراشیده شده و سبب کاهش ویژگیهای حفاظتی واکس میساده به راحتی با تا شدن یا ساییده

[. 13گردد]های کاغذ یا پلی پروپیلن بر طرف میالیه واکس بین الیه

پوشش با پلی اتیلن

( و پلی اتیلن با دانستیه زیاد LDPE، دو نوعِ پلی اتیلن با دانستیه کم )در رابطه با پوشش دهی کاغذ توسط پلی اتیلن ، از میان انواع این پلیمر

(HDPE کاربرد بیشتری دارند. از میان این دو نیز )LDPE شود. از به جهت داشتن قابلیت دوخت حرارتی و نیز مقرون به صرفه بودن بیشتر استفاده می

یری کم نسبت به بخار آب نیز اشاره کرد. البته این پوشش محافظت کننده خوبی برای گازها، توان به افزایش استحکام و نفوذ پذسایر ویژگیهای آن می

مقاومت کششی و سختی بیشتری دارد. همچنین عالوه بر نفوذپذیری کم به گازها، تحت HDPE شود. در مقابل، ها یا ترکیبات فرار محسوب نمیروغن

"Boil in the bag"اغلب برای مواد غذایی که درون بسته بندی حرارت داده شده و تحت عنوان شرایط دمایی باال نیز مقاوم است. این نوع پوشش

[.18گردد ]شوند، استفاده میخوانده می

شود که پس از ذوب شدن تحت حرارت و نیز اعمال فشار باال در اکسترودر به صورت یک فیلم مذاب از تهیه می1هاییپلی اتیلن به صورت پلت

گیرند و به صورت براق یا گیرد. بالفاصله این دو در تماس با یک غلتک قطور سرد قرار میانتهایی دستگاه خارج شده و روی سطح کاغذ قرار میقسمت

شوند. برای مناسب کردن سطح جهت پرینت یا چسباندن بوسیله یک چسب، تیمار توسط تخلیه الکتریکی )یک میدان الکتریکی غیر مات، پرداخت می

و یا بر هر دو سطح اعمال تواند بر روی یک رویه کاغذ داده شودگرم بر متر مربع است. این پوشش می 21وزن پوشش معموالً شود.کنواخت( انجام میی

دارند که به برای خروج فیلم مذاب dieرود. در این شرایط اکسترودرها دو می که در مورد اخیر استحکام و قابلیت حفاظت کنندگی کاغذ باالترگردد

[.8و 2شود ] تناوب بر دو سطح کاغذ پوشش داده می

دهی با پلی اتیلن مطرح ای که در رابطه با پوشش[. اِشکال عمده13ترین کاربرد پلی اتیلن، پوشش دهی روی کاغذ کرافت است ]ساده ترین و متداول

گردد. زبری سطح سوبسترا، نوع مایع و پوشش مورد کنندگی آن میباشد که سبب کاهش قابلیت محافظت است، وجود حفرات ریز در پوشش می

ن ریخته شود، استفاده همگی بر فراوانی این حفرات مؤثرند. برای مثال خامه موجود در قهوه هنگامیکه در لیوان یکبار مصرف پوشش داده شده با پلی اتیل

[.32ت نفوذ کرده و سبب کاهش مقاومت لیوان کاغذی گردد ]تواند از این حفراو در صورتیکه پوشش، حاوی حفرات ریز باشد؛ می

عایق به حرارت لیوان کاغذی .5

-های ساخته شده از فوم پلی استایرن برای مایعات داغ و سرد به صورت تجاری استفاده میهای عایق به حرارت نظیر لیوانانواع مختلفی از لیوان

عامل کف کننده به یک رزین پلی استایرن و فشرده کردن آن در قالب، حرارت دادن رزین تحت فشار و پس از ها عموماً از طریق افزودن شوند. این لیوان

هایی در برابر حرارت مقاومت خوبی دارند ولی عالوه بر آنکه در تولید آنها صرف انرژی شوند. چنین لیوانآن خروج لیوان شکل گرفته از قالب تولید می

های هایی برای تولید لیوانر انداختن آنها در محیط زیست به روش صحیح نیز هزینه زیادی را در بر دارد. به همین منظور روشزیادی مورد نیاز است، دو

منبسط LDPEهای خارجی لیوان با کاغذی با مقاومت قابل قبول در برابر حرارت و رطوبت پیشنهاد شده است. بر اساس یک طرح پیشنهادی، دیواره

منبسط شده یا LDPEتواند با شود. کف لیوان نیز در قسمت باالیی میپوشانیده می 3اصالح شده غیر منبسط LDPEداخلی آن با یک و دیواره 2شده

مورد LDPE. شوند تا در سطح بینابینی، یک دوخت حرارتی ایجاد کنندمنبسط نشده پوشانیده شود. قسمت بدنه و انتها با یکدیگر متناسب و متصل می

مورد استفاده قرار HDPEتر بودن و داشتن قابلیت دوخت حرارتی در مقایسه با های پخش شده است که به دلیل ارزاناز نوع شاخه دار با زنجیره استفاده

مستقیم به گردد تا عالوه بر جلوگیری از نفوذ مایع از آن در هنگام استفاده، از عدم تبخیر گیرد. پوشش بدنه داخلی سبب آب بندی شدن لیوان میمی

[.19هوای اطراف در هنگام حرارت دهی لیوان در طی عملیات انبساط نیز جلوگیری به عمل آید ]

گیرند تا رطوبت ( قرار میC °118ها پس از برش و فرم دهی، تحت یک تیمار حرارتی مجدد )حدودروش کار به این صورت است که لیوان

شود این استفاده نمی HDPEنرم، و سطح خارجی منبسط گردد. یکی دیگر از دالئلی که در این قسمت از LDPE موجود در کاغذ بخار شده، پوشش

گیرد. در این ( و در نتیجه به طور محسوس تحت تأثیر تبخیر آب قرار نمیC °131نقطه ذوب باالتری دارد )حدود LDPEاست که این پلیمر نسبت به

بسیار حائز اهمیت است. LDPEورد استفاده، توجه به رطوبت ورقه کاغذ و انرژی مورد نیاز برای ذوب و نوع کاغذ م LDPEراستا در انتخاب

1 Pellet 2 Foamed LDPE 3 Unfoamed Modified LDPE

4

ر در سطح داخلی لیوان نیازی به انبساط نیست و پوشش دهی فقط به منظور جلوگیری از نفوذ آب و نیز ممانعت از تبخیر مستقیم آن در طی تیما

نیز استفاده کرد: چون بدلیل نقطه ذوب باالتر، تحت شرایط HDPEاصالح شده غیر منبسط از LDPEعالوه بر توان شود. در اینجا میحرارتی انجام می

های فوق الذکر این است که تحت شرایط تولید تجاری )تولید در تنها اشکال لیوان کند و فقط نقش محافظتی دارد.حرارتی اعمال شده انبساط پیدا نمی

هایی با استفاده از ماشین آالت متعارف، قسمت کف و بدنه طوری با درز بندی کافی وجود دارد. در مونتاژ کردن چنین لیوان سرعتهای باال( احتمال عدم

[.19داخلی کف در تماس با یکدیگر قرار گیرند ] PEداخلی بدنه و HDPEشوند که پوشش یکدیگر هماهنگ می

1لیوان کاغذی پوشش داده شده با پلی الکتید .6

های کاغذی پوشش دهی آنها الزامی است و نیز از سوی آنجایی که جهت افزایش مقاومت و همچنین ایجاد قابلیت دوخت حرارتی در لیواناز

ن، های پلی اتیلهای دیگری که عالوه بر ایجاد قابلیتتوانند سبب ایجاد اشکاالت زیست محیطی گردند، یافتن پوششدیگر پلیمرهایی نظیر پلی اتیلن می

.[21و 16و 17] است( PLAها پلی الکتید )همواره مورد استقبال است. یکی از این نوع پوشش ،دنران کنهای آن را نیز کم و بیش جبضعف

PLA ( در لیست مواد ایمنGRASقرار دارد و ) این ماده عالوه بر دارا بودن .[21و11] تواند در تماس مستقیم با ماده غذایی قرار گیرداز این رو می

ی و ویژگیهای خوب تولید فیلم و نفوذپذیری کم نسبت به رطوبت، دارای قابلیت دوخت حرارتی بوده و از این رو استفاده از چسب در ریزخاصیت آبگ

به عنوان یک ماده بسته بندی در سازگار با محیط زیست و تجزیه پذیر است و از لحاظ تجاری این پوشش .[22و 21] سازدتولید لیوان را منتفی می

.[21و 12]کنددهی آن روی کاغذ )خصوصاً برای تولید لیوان کاغذی( حفاظت خوبی در برابر چربی ایجاد می. پوشش[16و 17و 11] باشدمی دسترس

های جدید در تولید چنین لیوان کاغذی آوری. استفاده از فنسازدپاپ کورن مناسب میاز این رو لیوان مذکور را برای استفاده غذاهای روغن دار نظیر

.[15و 17و 12و 11]شودشناخته می 2برای مواد غذایی سبز این پلیمر تحت عنوان ماده بسته بندی .[11] بسیار مقرون به صرفه خواهد بود

3قابلیت نفوذ بخار آب PLAمقاومت در برابر نفوذ بخار آب به بسته است. با افزایش غلظت ،یکی از مهمترین ویژگیهای یک بسته بندی

(WVPکاهش می )ده مشابه انواع پوشش دا -های مقوانمونه در مقابل، رطوبت نسبی سطح زیرینِ .ستیابد که در مقایسه با پلی اتیلن این کاهش بیشتر ا

.[22و 11] کندهای کاغذی تأیید میرا در پوشش دهی لیوان PLAاین نتایج کارآمد بودن .یابدافزایش می -نشده با پلی اتیلن

دهد دهد. در واقع نشان میآب ارائه می جذب بهکاغذ و مقوا ای را دربارۀ مقاومت اطالعات پایه است که ویژگی (WA) 4قابلیت جذب آب

لیوان در قابلیت جذب آب ،2116در سال kim و Rhimبراساس مشاهدات کند.تماس با آب چه مقدار از آن آب را جذب میکه یک مقوا در

مشاهده شد و از این یروند کاهش ،درصد 3از کمتر PLAغلظت البته در مقادیر .کاهش یافت PLAکاغذی به طور چشمگیری بواسطه پوشش با

در مقایسه نتایج بدست آمده از دو نداشت. یجذب آب کالًدار شده با پلی اتیلن که لیوان پوشش رسید. این در حالی بودذب آب به صفر غلظت به بعد، ج

به طور کلی جذب مجدد رطوبت . [11] سازگار بود WVPبا تغییرات ،PLAدار شده با های کاغذی پوششدر لیوان WAآزمون اخیر، میزان تغییر

[.23بسیار ضعیف گزارش شده است ] PLAتوسط

دار شده توسط پلی اتیلن سطح صاف و همانند انواع پوشش PLAدار شده با های کاغذی پوششتمامی لیوانبر اساس نتایج مشاهده شده،

تمایل مورد به طور مشخص شان نداد. اینعلیرغم سطح سخت مقوای مورد استفاده هیچگونه آثاری از ورآمدن ن PLA بعالوه، الیه .همواری داشتند

ساختار فیبری متخلخل کاغذ با استفاده از هر دو نوع گردد.پوشش بسیار خوبی را سبب می ،دهد که در نتیجهرا به فیبرهای سلولزی نشان می PLAباالی

پوشانند و بدین ترتیب این حفرات خالی را می ،ها )نظیر خاک کاغذ( عمل کردهرکنندهها شبیه پُاقع این پوششو. در است پلیمر پوشانیده و هموار شده

همانگونه که قبالً ذکر -گردد کهتری را سبب میدر مقایسه با پلی اتیلن سطح یکنواخت PLA ،البته در این میان .گردندسبب ایجاد سطحی هموار می

.[11] به فیبر سلولزی توجیه کرد این پوششتوان آنرا با تمایل بیشتر می ،شد

6افزایش طول در نقطه شکستگی"و " 5مقاومت کششی"هر دو فاکتور PLAکاغذ با پوشش دهی. این دهدمیرا به طور چشمگیری افزایش "

در کاغذ جلوگیری کرده و بدین سبب از PLA( است که از اشباع شدن محلول SBSآزمون )کاغذ در نتیجه احتماالً بدلیل نوع کاغذ استفاده شده

این ،%2تا PLA، مقاومت کششی کمتر و با افزایش غلظت PLA% 8/1های کمتر از کاغذ پوشش دار کاسته است. در غلظتفیبرهای واکنش بین

1 Poly Lactide(PLA) 2 Green Food Packaging Material 3 Water Vapor Permeability (WVA) 4 Water Absorptiveness (WA) 5 Tensile Strength (TS) 6 Elongation at Break (E)

5

%، کاهش چشمگیری را در مقاومت کششی شاهد 2به بیش از PLAولی با افزایش غلظت ؛مقاومت بیشتر از کاغذ پوشش دار شده با پلی اتیلن بود

دهد. البته برخی های باالتر اثر بیشتری از خود نشان مینسبت داد که در غلظت PLAوان به پایین بودن مقاومت کششی فیلم تهستیم. دلیل این امر را می

.[11] اندمحققان دیگر نتایج متناقضی را گزارش کرده

است. با این PLAدار شده با بیشتر شد. این نتیجه نشانگر افزایش سختی کاغذ پوشش PLAقابلیت افزایش طول کاغذها هم با افزایش غلظت

متفاوت از PLAتوان اینگونه توجیه کرد که ماهیت فیلم دار شده با پلی اتیلن کمتر بود. دلیل این امر را میحال این افزایش در مقایسه با کاغذ پوشش

در OPLAو همکارانش انجام دادند، قابلیت فیلم Aurasدر تحقیق دیگری که .[11] ی برخوردار استپلی اتیلن بوده و از چسبندگی و سختی بیشتر

[.17بهتر ارزیابی شد ] OPS و PETهای ممانعت کنندگی در مقایسه با بهبود ویژگی

2نشانگر درجه آبدوست یا آبگریز بودن سطح مادۀ بسته بندی است. نتایج بدست آمده پس از گذشت زمان 1زاویه تماس قطره آب فاکتور

و همکارانش Rhimدرجه است که مقدار آن بیشتر از گزارشات 50/71پوشانیده نشده PLAبرای کاغذی که با ،ثانیه از برخورد قطره آب به کاغذ

در مقایسه با کرافت SBS مقایسه نتایج نشانگر این مورد است که سطح کاغذ .باشددرجه( می9/97) PLAا ( دربارۀ پوشش دهی کاغذ کرافت ب2117)

با کاهش زاویه تماس مواجه هستیم که با استناد به نتایج بدست آمده از PLA% 1های کمتر از همچنین در غلظت از آبگیری بیشتری برخوردار است.

از ..غیر یکنواخت و نازک نسبت داد که احتماالً تمامی سطح کاغذ را پوشش نداده است رویهتوان به تشکیل یک تصاویر میکروگراف دلیل آن را می

در مقابل PLAدار شده با پوششدر پوشش دهی کاغذ و افزایش زاویه تماس بسیار مشهود است. افزایش مقاومت کاغذهای PLA% به بعد اثر 1غلظت

.[11] گرددکی آن کاغذها نیز میآب سبب افزایش ویژگیهای مکانی

فاقد قابلیت دوخت % استفاده شده بود،8/1ای کمتر از با غلظته PLAاز بر اساس نتایج بدست آمده، کاغذهایی که در پوشش دهی آنها

های باالتر، با افزایش غلظت تا توان آنرا همانند کاهش زاویه تماس در غلظتهای اندک توجیه کرد. این در حالیست که در غلظتحرارتی بودند که می

، باالتر بودن قابل مالحظه ابلیت دوخت حرارتی است. نکته مهماین مورد نشانگر اثر ضخامت پوشش بر ق .یابد%، مقاومت دوخت حرارتی افزایش می0

های این پوشش نیز است که یکی از برتری % و باالتر( در مقایسه با پلی اتیلن1)در غلظتهای PLAهای قابلیت مقاومت در برابر دوخت حرارتی پوشش

.[11] شودمحسوب می

ر در سه نوع کاغذ تَ مقاومت کششی 1 شکل .نشانگر قابلیت کاغذ در مقاومت به پارگی در هنگام تماس با آب است 2مقاومت کشش تر فاکتور

و نیز تماس سطح یک طرفتماس آب با آب با دو طرف سطح، تماس و پلی اتیلن را در سه حالت %(3)غلظت PLAبدون پوشش، پوششدار شده با

موارد بسیار کمتر از رود، مقاومت کاغذ بدون پوشش در تمامانتظار میقرار داده است. همانگونه که مورد مقایسه قهوه داغ با یک طرف لیوان کاغذی

بیش از سایرین بود و این مورد نشان از اثر PLA% 3ی پوششدار شده با ر در لیوان کاغذمقاومت کششی تَدار است. در هر سه حالت تماس، انواع پوشش

را برای PLAدر مقایسه با پلی اتیلن است که استفاده از PLAدر مقابل پلی اتیلن بواسطه آبگیری بیشتر سطح %( 3)با غلظت PLAبخشی بیشتر پوشش

.[11] سازدتر میمناسبتماس با مواد غذایی با رطوبت باال

1 Elongation at Break (E) 2 Wet Tensile Strength

و پلی اتیلن سه حالت تماس آب با دو طرف سطح، تماس آب با یک PLA% 3دار شده توسط مقاومت به پارگی کاغذ بدون پوشش و پوشش –1شکل

طرف سطح و نیز تماس قهوه داغ با یک طرف لیوان کاغذی

6

رسوب یک فلز لیوان کاغذی پوشش داده شده از طریق .7

Sputter deposition ، توسط بیرون انداختن یک ماده از هدف به روی های نازک است و برای رسوب فیلم 1رسوب بخار به روش فیزیکی

در واقع در این روش اتمها به واسطه بمباران هدف توسط اجزای پر انرژی از ماده .[28و 20و1]ا سوبسترا کاغذ است( شود )که دراینجسوبسترا استفاده می

چرا که ساده بوده و اثر بخشی آن شود؛هم در صنعت و هم در مقیاس آزمایشگاهی به کار برده می این روش .[29]شوند جامد هدف به بیرون پرتاب می

.[28] نیز به اثبات رسیده است

رود . انتظار می[1]ای است که هم متداول بوده و هم به سهولت در دسترس میباشد روش پوشش دهی شناخته شدهبه طور خاص، رسوب طال

طال تحت شرایط بی هوازی بسیار کند باشد و هیچ شاهدی وجود ندارد که بیانگر ایجاد مشکالت زیست محیطی طال هنگام آزاد سازی آن یتجزیه زیست

. ممکن استحداقل در این فلز ویژگی های تجمع زیستی ، باورها بر این پایه استوار است کهلول بودن طالباشد. بدلیل غیر مح در محیط

روش جدیدی برای ایجاد یک پوشش غیر قابل نفوذ به آب ارائه گردید که در ه شد،انجام داد 2112در سال Kangو Hongدر تحقیقی که

ممانعت از اثرات مخرب ،کاغذیالیه بر روی سطح داخلی لیوانهای اد این کاغذی کاربرد دارد. هدف از ایجبسیاری موارد از جمله بر روی لیوانهای

توانند در واقع اجزای بسیار ریز طال می .( بر سالمت انسان در هنگام نوشیدن مایعات داغ عنوان شده استپلیمر اتیلن )در ساخت لیوانهای کاغذی متداول

کاغذی در دماهای افزایش پایداری حرارتی لیوانهای وب نفوذ کرده و پوششی با ضخامت مناسب بوجود آورند که سببدر حفرات ساختار خمیر چ

را تحمل کرده و تنها به مدت C°51بر روی سطح داخلی این لیوانها به طور پیوسته تا حداکثر LDPE گردد. این در حالیست که پوشش C°61حدود

شود که در دماهای اتاق به عنوان یک پلیمر ایمن شناخته می LDPE .[1] شودباالتر دوام بیاورد و بدین سبب الیه جدا می تواند در دماهایکوتاهی می

این توانند سبب انبساط و تورم آن گردند.( و فقط حاللهای خاصی میقرار گیرد کند )مگر در معرض عوامل اکسید کننده قویهیچ واکنشی ایجاد نمی

کند. برای اثبات این مورد لیوانهای برای مدت کوتاهی تحمل میتنها ( را C°68پایدار است ولی دماهای باالتر ) C°51پلیمر به طور پیوسته تا دماهای

از لیوانهای الکترونمیکروگراف اسکن کننده ویر گرفته شده توسط اتص 2شکل قرار گرفتند . C°61دقیقه تحت حرارت 21پوشش دار شده به مدت

. [1] دهدرا قبل و بعد از این زمان نشان می LDPEپوشش دار شده بوسیله کاغذی متداول

تحت شرایط فوق مورد که ( دقیقه رسوب 3نانومتر، 8/8و ؛دقیقه رسوب 1، نانومتر 6/1طال )رسوب دهی دار شده با روش در مقایسه، لیوانهای پوشش

ای ساختار حفرهتوان اینگونه توجیه کرد که ذرات طال در طی زمان بیشتر می .نددمقاومت بیشتری از خود نشان دا ،تیمار حرارتی قرار گرفته بودند

.[1] نمایندبیشتری ایجاد میو بدین سبب مقاومت کردهکاغذی را بهتر پر

مهاجرت .8

یابد. گیرد، احتمال مهاجرت افزایش میدار با سطح داخلی کاغذ دیگری در تماس طوالنی مدت قرار میهنگامیکه سطح خارجی کاغذ چاپ

ها به دلیل اندازۀ حفرات بزرگ کاغذ است [. تمامی این مهاجرت9باشد ]دار درون یکدیگر میکاغذی چاپهای مثال بارز این مورد، قرار گرفتن لیوان

ها و ها، الکها، رزیندار یا لمینیت شده و یا با موادی نظیر واکسدهد. به همین جهت کاغذها اکثراً پوششهای کوچکتر اجازه نفوذ میکه به مولکول

ترین موارد استفاده چنین ترکیبات هیدروفوب، پوشش دهی [. یکی از عمده11گردند ]به نفوذ رطوبت و چربی مقاوم میبرخی مواد پالستیکی نسبت

های کاغذی است.لیوان

1 Physical Vapor Deposition (PVD)

تحت حرارت LDPEتصاویر گرفته شده توسط میکروگراف اسکن کننده الکترون از لیوانهای کاغذی متداول پوشش دار شده بوسیله - 2شکل

C°90 دقیقه 20، قبل و بعد از مدت

7

طور و به - به طور کلی مهاجرت از کاغذ[ ولی 01مکانیسم مهاجرت از ترکیباتی که بر پایه فیبر هستند در مقایسه با مواد پالستیکی متفاوت است ]

و همچنین نوع مواد موجود وامل متعددی بستگی دارد؛ از جمله: ضریب انتشار ماده مهاجرت کننده به داخل ماده غذایی به ع -خاص لیوانهای کاغذی

مسیر مواجه پوشش دار بودن یا عدم پوشش کاغذ؛ چرا که در این شرایط ماده مهاجرت کننده با موانع بیشتری در و [26]گرماژ و ضخامت کاغذ ، [25]

بایست به شود پارامترهای دما و زمان تماس بین بسته و ماده غذایی میاندازه گیری میزان مهاجرت انجام میهایی که برای در آزمون .[25] خواهد بود

.[26 و25و27] شود)برای مواد خشک( استفاده می Tenaxنظیر 1هاییبرای درک بهتر مطالب از شبیه سازدر این راستا .دقت کنترل شود

نشت کرده از لیوان یکبار مصرف (BaPانجام شد، وجود ترکیب بنزو آلفا پیرن ) 2116و همکارانش در سال Zhouدر تحقیقی که توسط

های پلی آروماتیک زاترین مشتقات هیدروکربنسرطان و کاغذی به نوشیدنیهای داخل مورد بررسی قرار گرفت. ترکیب اخیر یکی از پایدارترین

(PAHsو به عنوان شناساگر آنها بشمار می )اردهای جهانی تائید شده، رود. حداکثر غلظت قابل قبول این ترکیب برای مصرف انسان که توسط استاند

ساعت مورد 3 و 8/2، 2، 8/1، 1، 8/1ها پس از نمونهو در این آزمون دو نوع نوشیدنی سرد و گرم داخل لیوان ریخته شد. گرم بر لیتر آب استنانو 11

در دمای اتاق آنهاشد و ها جایگزین میهر نیم ساعت یکبار آب تازه در لیوانانسان، ارزیابی قرار گرفتند. برای شبیه سازی بیشتر با روش معمولی نوشیدن

در حالیکه در آب ؛یابدمی در لیوان کاغذی حاوی آب داغ در طی زمان به طور چشمگیری افزایش BaPغلظت مشاهده شد که شدند. نگاه داشته می

.[31] تائید کرد را های کاغذی یکبار مصرف به آب آشامیدنیدر لیوان BaPنیز مهاجرت GC-MSسرد آثاری از آن مشاهده نشد. استفاده از تکنیک

های لبنی )نظیر بستنی در کاغذی وجود داشت، مهاجرت مالمین خصوصاً از بسته بندی فرآورده یهایگری که بابت مهاجرت از لیواننگرانی د

اغ دارد. در و الکل د های کاغذی( بود. مالمین ترکیبی محلول در متانول، فرمالدئید، استیک اسید و گلیسرین بوده ولی حاللیت کمی در آبلیوان

مهاجرت مالمین به داخل آنها مورد های لبنی از لحاظ امکان انجام گرفت، طیف وسیعی از فرآورده 2116و همکارانش در سال Luتحقیقی که توسط

های کاغذی( و پلی کربنات و رزین مالمین آزمون قرار گرفتند. نتایج به روشنی بیان کردند که مهاجرت مالمین از پلی پروپیلن )پوشش داخلی لیوان

.[33کند]بسیار نادر بوده و مشکلی برای سالمتی ایجاد نمی

پلیمرهای زیستی بر روی بسته بندیهای کاغذی به جهت بازگشت پذیری به طبیعت و مزایای زیستی آن رو مطالعه درباره استفاده از پوششهایی با

ها و لیپیدها و یا تلفیقی از به گسترش است. منشأ این مواد بسته بندی با پوششهای زیستی عموماً از منابع تجدید پذیر زیستی نظیر پلی ساکاریدها، پروتئین

رنتایج به دست آمده از بسیاری تحقیقات، اثر ممانعت کنندگی این ترکیبات در برابر گاز و مواد حل شونده به اثبات رسیده است [. د20باشد ]آنها می

، های مختلف نظیر ترکیبات ضد میکروبی[. عالوه بر آن فیلمهای بر پایه پلیمرهای زیستی می توانند به عنوان ابزار مؤثری برای ترکیب با افزودنی27و 29]

[. 36و 31آنتی اکسیدانتها و مواد مغذی مورد استفاده قرار گیرند ]

کاغذ و مقوای بازیافتی .9

همچنین [.30باشند]ها میها و چسبهای جوهرها، واکسفیبرهای بازیافتی برای تولید کاغذ، حاوی روغنهای معدنی متعددی از جمله حالل

بایست از تماس مستقیم آنها با ماده آنها حاوی مقادیر بیشتری از ترکیبات مضر مهاجرت کننده نظیر دی ایزو پروپیل نفتالن هستند. به همین جهت می

[.33و2غذایی اجتناب گردد ]

نمونه از مواد خشک بسته بندی شده در آلمان مورد بازرسی 116انجام گرفت، 2113و همکارانش در سال Vollmerدر تحقیقی که توسط

ها مهاجرت کرده بودند. حتی پوششهای پلی اتیلنی ها به داخل کارتنهای چاپ بستههای اشباع روغنهای معدنی از جوهرقرار گرفتند. بیشتر هیدروکربن

[. نتایج نشان دادند که میانگین غلظت هیدروکربنهای اشباع در مواد 30ن هیدروکربنهای اشباع به داخل بسته نکاسته بود ]داخل کاغذها هم از مهاجرت ای

[. این در حالیست که بر اساس گزارشات 23%( در طی ماه اول نگهداری افزایش یافته است ]91)حدود میلی گرم بر کیلوگرم 3/10تا 6/5غذایی از

JECFA حداکثر در( یافت قابل قبول روزانهADI ًروغنهای معدنی موجود در مقواهای بازیافتی، که عموما )میلی گرم 11/1 باشند،کربنه می 23و 15

[. در بسیاری از تحقیقات پیش از آن نیز مهاجرت از کاغذ و فیبرهای بازیافتی به داخل مواد غذایی بررسی و به اثبات 38باشد ]می بر کیلوگرم وزن بدن

های و همکارانش بر روی مهاجرت چند نوع چسب از بسته بندی Grunerبر اساس نتایج حاصل از مطالعه ای که در مقابل، [. 35و 37و 39رسیده بود ]

حدود تعیین شده توسط کمتر از حتی در بدترین شرایط، کاغذی و مقوایی به داخل محصوالت غذایی انجام دادند، مقادیر مهاجرت این ترکیبات

JECFA [.27] بود

1 Simulants

8

نتیجه گیری .10

نشان -که به طور رایج در بازار وجود دارند -نتایج حاصل از آزمونهای مختلف بر روی لیوانهای کاغذی یکبار مصرف با پوشش پلی اتیلن

از لیوان به داخل نوشیدنی وجود دارد. این در "بنزو آلفا پیرن"دادند که در صورت ریختن مایعات داغ در این لیوانها، امکان مهاجرت ترکیب سمی

اجبار، در الیست که این ترکیب در مایعات سرد دیده نشده است. در نتیجه بهتر است از ریختن مایعات داغ در این لیوانها اجتناب کرده و یا در صورتح

.[31]کوتاهترین زمان ممکن مصرف شوند

% 3ین ترکیب بر اساس آزمونهای انجام شده ( به عنوان رقیب و جایگزینی برای پلی اتیلن معرفی شده است. بهینه غلظت اPLAپلی الکتید )

-وب نظیر بستنی مناسبططوبت، لیوانهای پوشش داده شده با این ماده برای مواد غذایی مررو به دلیل قابلیت بسیار باال در جلوگیری از نفوذ عنوان شده

توان از روش اکستروژن یا نگرانیهایی در خصوص استفاده از کلروفرم وجود دارد که جهت برطرف کردن آن می PLA. البته در تهیه محلول [12] ترند

توان مقاومت C° 88تنها تا . نکته قابل توجه در مورد اینگونه پوششها این است که چنین لیوانهای کاغذی [11]دهی داغ استفاده کرد فن آوری پوشش

.[3] استفاده کرد 1توان از خاکهای نانوداغ می آنها در برابر مایعات دارند. برای افزایش مقاومت

منابع

1. Hong, J. and Kang, S. W. (2012), “A metal sputtered waterproof coating that enhances hot water

stability,” Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 18, pp 1496–1498.

2. Coles, R.; Mcdowell, D. and Kirwan, M. J. (2003), “Food packaging technology,” Blackwell

Publishing.

3. Robertson, G. L. (2010), “Food packaging and shelf life : a practical guide,” CRC press.

4. Niskanen, K. (2012), “Mechanics of paper products,” Walter de Gruyter GmbH & Co. KG,

Berlin/Boston.

5. Fellows, P. (2000), “Food processing technology: principles and practice, 2nd

edition, ” Woodhead

Publishing Ltd.

6. Marsh, K. and Bugusu, B. (2007), “Food Packaging—Roles, Materials, and Environmental Issues,”

Journal of food science, 72 (3): pp 39-55

7. http://www.foodpackagingforum.org/food-packaging-health/migration

8. http://en.wikipedia.org/wiki/Paper_cup

9. http://en.wikipedia.org/wiki/Paper_clay

10. Rhim, J. W. and Kim, J. H. (2009), “Properties of Poly (lactide)-Coated Paperboard for the Use of 1-

Way Paper Cup,” Journal of food science, 74 (2): pp105-111.

11. Hocking, M. B. (1991), “Relative Merits of Polystyrene Foam and Paper in Hot Drink Cups:

Implications for Packaging-Forum,” Environnemental Management, 15 (6), pp. 731-747.

12. Petrie, E.M. (2012), “Developments in Barrier Coatings for Paper and Board,” Pira International

Ltd.

13. Kirwan, M. J. (2005). “Paper and Paperboard Packaging Technology,” Blackwell Publishing Ltd,

USA.

14. Pereverzeva, L. P. ; Pereverzev, A. N. and Martirosov, R. A. (1984), “Influence of properties of wax

compositions on water vapor permeability of packaging paper,” Chemistry and technology of fuels

and oils, 20 (6), pp 305- 306.

15. Brennan, J. G. (2006), “Food processing handbook,” WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.

16. Fredricks, R. E., Breining, M. A.; Pucci, W.R.; McCarthy, D.C.; Brown, D.C., Segan, R.A. and

Malakhow, W. (2002), “Heat insulating paper cup,” United State patent. Patent No. US 6,482,481

B1.

17. Auras, R.; Singh, S.P. and Singh, J.J. (2005), “Evaluation of oriented poly(lactide) polymers vs.

existing PET and oriented PS for fresh food service containers,” Pack Technology and Science, 18:

pp 207–16.

18. Henton, D.E.; Gruber, P.R,; Lunt, J. and Randall, J. (2005), “Polylactic acid technology. Natural

fibers, biopolymers, and biocomposites,” Taylor & Francis, USA.

19. Drumright, R.E.; Gruber, P.R. and Henton, D.E. (2000), “ Polylactic acid technology,” Advanced

Materials, 12: pp 1841–1846.

1 Nanoclay

9

20. Ali, F. B.; Kang, D. J.; Kim, M. P.; Cho, C. H. and Kim, B. J. (2014), “Synthesis of biodegradable

and flexible, polylactic acid based, thermoplastic polyurethane with high gas barrier properties,”

Polymer International, 63 (9): pp 1620-1626.

21. Nangeroni, J.; Hartmann, M. H.; Iwen, M. L.; Ryan, C. M.; Kolstad, J. and McCarthy, K.T. (2001),

“Coating grade polylactide and coated paper, preparation and uses thereof, and articles prepared

there from,” United State Patent, Patent No. US 6,183,814 B1.

22. Rhim, J.W.; Mohanty, A.K.and Singh, S.P. (2006), “Effect of the processing methods on the

performance of polylactide films: thermocompression versus solvent casting,” Journal of Applied

Polymer Science, 101: pp 3736–42.

23. Biedermann, M.; Ingenhoff, J. E.; Dima, G.; Zurfluh, M.; Biedermann-Brem, S.; Richter, L.; Simat,

T.; Harling, A. and Grob, K. (2013). “Migration of mineral oil from printed paperboard into dry

foods: survey of the German market. Part II: advancement of migration during storage,” European

Food Research Technology, Published online.

24. Khwaldia, K.; Arab-Tehrany, E. and Desobry, S. (2010), “Biopolymer Coatings on Paper Packaging

Materials,” Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 9, pp 82-91.

25. Wasa, K. and Haber, S. (2001), “Handbook of sputter deposition technology: principles, technology

and applications,” Noyes publications.

26. Guilbert, S, Gontard, N. and Gorris, L.G.M. (1996), “Prolongation of the shelf life of perishable food

products using biodegradable films and coatings,” Lebensm Wiss Technology 29, pp10–7.

27. Gruner, A. and Piringer, O. (1999), “Component Migration From Adhesives Used In Paper And

Paperboard Packaging For Foodstuffs,” Packaging Technology and Science, 12, pp 19-28.

28. Nerín, C. and Asensio, E. (2007). “Migration of organic compounds from a multilayer plastic–paper

material intended for food packaging,” Annual Bio analysis chemistry, 389, pp 589–596.

29. Nerín, C.; Contín, E. and Asensio, E. (2007), “Kinetic migration studies using Porapak as solid-food

simulant to assess the safety of paper and board as food-packaging materials,” Annual Bio analysis

Chemistry, 387, pp 2283–2288.

30. Zhou, N.; Luo, H. D.; Li, N.; Jia, Y. Z. and Li, Y. Q. (2009), “Highly sensitive and selective spectrofl

uorimetric approach for the rapid determination of trace benzo[α]pyrene in drinking water and in

solutions leached from disposable paper cups,” Luminescence, 26, pp 35–43.

31. Ozdemir, M. and Floros, J.D. (2001), “Analysis and modeling of potassium sorbate diffusion through

edible whey protein films,” Journal of food engineering, 47, pp149–55.

32. Kuusipalo, J. (2000), “PHB/V in Extrusion Coating of Paper and Paperboard—Study of Functional

Properties, Part II,” Journal of Polymers and the Environment, 8(2): pp 49-57.

33. LU, J.; XIAO, J.; YANG, D. J.; WANG, Z. T.; JIANG, D. G.; FANG, C. R. and YANG, J. (2009),

“Study on Migration of Melamine from Food Packaging Materials on Markets,” Biomedical and

environmental sciences, 22, pp 104-108.

34. Vollmer, A.; Biedermann, M.; Grundböck, F.; Ingenhoff, J. E.; Biedermann-Brem, S.; Altkofer, W.

and Grob, K. (2011), “Migration of mineral oil from printed paperboard into dry foods: survey of the

German market,” European Food Research Technology, 232, pp 175–182.

35. Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA),( 2002), “59th report, 11-20; WHO

Technical Report Series 913, ” http://whqlibdoc.who.int/trs/WHO_TRS_913.pdf.

36. Biedermann, M.; Uematsu, Y. and Grob, K. (2011), “Mineral Oil Contents in Paper and Board

Recycled to Paperboard for Food Packaging,” Packaging Technology and Science, 24, pp 61–73.

37. Castle, L.; Nichol, J. and Gilbert, J. (1994), “Migration of mineral hydrocarbons into foods. 4.

Waxed paper for packaging dry goods including bread, confectionery and for domestic use including

microwave cooking, ” Food Additives and Contaminants, 11(1): pp 79-89.

38. Biedermann, M; Ingenhoff, J.E.; Barbanera, M.and Garbini, D. (2011), “Migration of Mineral Oil

into Noodles from Recycled Fibres in the Paperboard Box and the Corrugated Board Transport Box

as well as from Printing Inks: A Case Study,” Packaging Technology and Science, 24(5): pp 281–

290.

39. Han, J.H. and Gennadios, A. (2005), “Edible films and coatings: a review in: Han JH, Editor.

Innovations in food packaging”, Elsevier Academic Press, London.

40. Krochta, J.M. and De Mulder-Johnston, C.D. (1997), “Edible and biodegradable polymer films:

challenges and opportunities,” Food Technology, 51(2): pp 61–74.