Βιομηχανικά υλικά υψηλής απόδοσης απο νανοκυτταρίνη : μοριακός χαρακτηρισμός, μελέτη ανισοτροπίας και μορφολογίας φιλμ/ινών
Loading...
Date
2025-09-25
Authors
Παπαπέτρος, Κωνσταντίνος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η έρευνα στον τομέα των βιοαποικοδομήσιμων υλικών συσκευασίας ή και των πλαστικών φυσικής προέλευσης παίζει ήδη καθοριστικό ρόλο στη βιώσιμη ανάπτυξη. Η συνεχής βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων τους, όπως η μηχανική αντοχή, η ικανότητα φραγής και η βιοστατική δράση, είναι απαραίτητη προκειμένου να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις εφαρμογών συσκευασίας τροφίμων. Παράλληλα, η ανάπτυξη καινοτόμων τεχνικών που θα μειώνουν το κόστος παραγωγής αποτελεί κρίσιμο βήμα ώστε τα βιοπολυμερή και τα βιοαποικοδομήσιμα πολυμερή να καταστούν ανταγωνιστικά σε σχέση με τα καθιερωμένα συνθετικά υλικά συσκευασίας, όπως το πολυπροπυλένιο (PP) και το πολυαιθυλένιο (PE). Η κατεύθυνση αυτή είναι καθοριστική για τη μετάβαση σε ένα πιο βιώσιμο και κυκλικό μοντέλο βιομηχανικής παραγωγής.
Η παρούσα διδακτορική διατριβή εκπονήθηκε στο πλαίσιο του έργου HIPERION (Βιομηχανικά Υλικά Υψηλής Απόδοσης από Νανοκυτταρίνη, Τ2ΕΔΚ-01394) και εστιάζει στην ανάπτυξη και αξιολόγηση βιοαποικοδομήσιμων πολυμερικών συστημάτων, ενισχυμένων με νανοκυτταρίνες, για εφαρμογές στη συσκευασία τροφίμων. Κεντρικός στόχος υπήρξε η μελέτη και βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων του πολύ(βινυλικού οξέως) (PVA) και της χιτοζάνης, καθώς και των νανοσυνθέτων τους με νανοκυτταρίνη, ώστε να αναδειχθούν ως υποσχόμενα υλικά φιλικά προς το περιβάλλον, με μειωμένο αποτύπωμα και υψηλή λειτουργικότητα.
Στο πρώτο μέρος εξετάστηκε λεπτομερώς η επίδραση της θερμικής κατεργασίας (ανόπτηση) στη δομή και στις ιδιότητες μεμβρανών PVA. Αναδείχθηκε η σχέση μεταξύ της κατανομής δεσμευμένου νερού, του βαθμού κρυσταλλικότητας και της πυκνότητας του πολυμερικού δικτύου, και συσχετίστηκαν οι παράμετροι αυτές για μελλοντική έρευνα σε μηχανικές ιδιότητες και ιδιότητες φραγής των μεμβρανών, σύμφωνα με τις απαιτήσεις της ευρωπαϊκής νομοθεσίας για τις συσκευασίες τροφίμων.
Το δεύτερο μέρος επικεντρώθηκε στην ενίσχυση της PVA μέσω της ενσωμάτωσης νανοκυτταρίνης διαφορετικών μορφολογιών (νανοκρυσταλλική κυτταρίνη CNC και νανολιγνοκυτταρίνη NLC). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ομοιόμορφη κατανομή των νανοκυτταρινών βελτιώνει τον μοριακό προσανατολισμό, με άμεσο αντίκτυπο στη μηχανική αντοχή, στη μείωση της διαπερατότητας σε κρίσιμα αέρια (O₂, CO₂, N₂) και στον περιορισμό της υδροφιλικότητας, καθιστώντας τα σύνθετα υλικά κατάλληλα για συσκευασίες τροποποιημένης ή ελεγχόμενης ατμόσφαιρας.
Στο τρίτο μέρος μελετήθηκαν συστήματα χιτοζάνης, καθώς και τριαδικά μίγματα χιτοζάνης/PVA με νανοκυτταρίνες. Διερευνήθηκε η αναμιξιμότητα και οι φυσικοχημικές αλληλεπιδράσεις των συστατικών, ενώ καταγράφηκαν οι βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες και ιδιότητες φραγής των συνθέτων υλικών. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στη βιοστατική δράση της χιτοζάνης και στη δυνατότητα ανάπτυξης βιοδιασπώμενων μεμβρανών κατάλληλων για εφαρμογές ελαχιστοποιημένου περιβαλλοντικού αποτυπώματος.
Συνολικά, η διατριβή παρέχει ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο γνώσης και τεχνολογικής προσέγγισης για την ανάπτυξη προηγμένων βιοπολυμερικών και βιοαποικοδομήσιμων συστημάτων συσκευασίας τροφίμων. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν τον κρίσιμο ρόλο των νανοκυτταρινών στη βελτιστοποίηση λειτουργικών ιδιοτήτων και προσφέρουν εφικτές λύσεις για την κλιμάκωση παραγωγής και τη βιομηχανική αξιοποίηση υλικών μειωμένου περιβαλλοντικού αποτυπώματος.
Description
Keywords
Νανοκυτταρίνη, Nανοκρυσταλλική κυτταρίνη, Nανολιγνοκυτταρίνη, Χιτοζάνη, Bιοπολυμερή, Bιοαποικοδομήσιμα πολυμερή, Συσκευασία τροφίμων τροποποιημένης ατμόσφαιρας, Συσκευασία τροφίμων ελαχιστοποιημένου περιβαλλοντικού αποτυπώματος, Συσκευασία τροφίμων