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传统塑料因不可降解导致包装废弃物的积累,对可持续性产生了负面影响。拓展可生物降解塑料的应用范围成为当务之急。塑料在食品接触包装中有着广泛应用,因此将生物可降解塑料在食品接触材料领域有着极大的潜力。
聚乳酸(PLA)是一种由天然植物淀粉制成的新型环保型可降解材料,可分解为二氧化碳和水。同时,PLA优异的可加工性和生物相容性有助于其在食品包装或生物医学材料中的应用。然而,由于PLA的阻隔性能较差,导致其在食品包装中的应用受到限制,大多被应用于保质期相对较短的产品。
纳米材料的添加可以改善PLA基食品接触包装的阻隔性。纳米无机填料具有体积小、比表面积高的特点,可有效改善聚乳酸的阻挡性能和结晶度。而纳米二氧化硅由于其表面光滑,与基体的界面相互作用弱,极易从聚合物基体中剥离出来。铝酸酯偶联可以改变纳米填料与聚合物基体之间的有机亲合力和界面附着力从而提高了纳米填料在聚合物基体中的界面相容性。
在本研究中,通过铝酸盐偶联剂活化纳米纳米二氧化硅,制备了含活化纳米二氧化硅的PLA/PBAT/PBS复合薄膜。研究了活化纳米二氧化硅对PLA/PBAT/PBS复合薄膜水蒸气阻隔性能、热性能的影响,并进一步评价了PLA/PBAT/PBS复合薄膜作为食品接触包装的安全性。
结论与展望
结果表明,铝酸盐成功活化了纳米二氧化硅,纳米二氧化硅的掺入使PLA的玻璃化转变温度从54℃略微降低到51℃,结晶度从6.9%提高到11.1%;加入活化的纳米sio2后,PLA/PBAT/PBS膜的热稳定性没有明显变化;加入0.4%的纳米填料可获得最佳结晶度;同时,这些纳米填料的加入确实增加了薄膜的界面粗糙度和结晶度,使水蒸气透过率降低了30%左右。模拟物迁移试验证明加入活化纳米二氧化硅的PLA/PBAT/PBS复合薄膜符合欧盟安全标准。综上,掺入活化纳米二氧化硅的PLA/PBAT/PBS复合薄膜可能有助于提高生物可降解食品包装在食品接触材料领域的应用。
Figure 1.FTIR spectra of nano-SiO2 and Act-nano-SiO2.
Figure 2.Hydrophobic test.
Figure 3.Schematic diagram of the reaction principle.
Figure 4.DSC thermograms of PLA/PBAT/PBS/ Act-nano-SiO2 films. (A)Act-nano-SiO2 (0.25 h, X%); (B) Act-nano-SiO2 (0.5h, X%)
Figure 5.TGA thermograms of PLA/PBAT/PBS/ Act-nano-SiO2 films. (A)Act-nano-SiO2(0.25h, X%); (B) Act-nano-SiO2 (0.5h, X%)
Figure 6.SEM imagine of sample films(pure PLA/PBAT/PBS (a), PLA/PBAT/PBS/ Act-nano-SiO2, 0.25 h X% (b-e), Act-nano-SiO2, 0.5 h X% (f-i))
Figure 7.Moisture resistance of neat PLA/PBAT/PBS and nanocomposites PLA/PBAT/ PBS/Act-nano- SiO2(Yh, X%). The results are expressed as the mean ± standard error. Different lowercase letters (a-d) indicate significant differences of water vapor permeability between different films (p < 0.05).
Figure 8.Overall migration of the sample with different food simulants (70℃, 2 h). The results are expressed as the mean ± standard error. Different lowercase letters (a-d) indicate significant differences of overall migration between different films and different food simulants (p < 0.05).
Figure 9A.Total ion chromatogram of semi-volatile substances detected by GC-MS in the dichloromethane extract of thin film samples.
Figure 9B.Specific migration of erucamide in different food simulants (70℃, 2 h).
https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2024.101377
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