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淀粉/聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯/纳米银抗菌复合膜的制备及推广探讨

日期:2023年04月26日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:245
论文价格:150元/篇 论文编号:lw202304221042354544 论文字数:35266 所属栏目:医药学论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇医药学论文,笔者探究了淀粉和明胶不同配比对复合膜性能的影响。明胶的加入使得薄膜微观形貌中出现孔隙和裂缝,也使得薄膜的阻隔性能和力学性能都有所降低,但明胶的加入使复合膜具有一定的抗氧化性能,并提升了薄膜的抗菌效率。

1 前言

1.1 可降解材料

可降解材料是指在光或微生物等作用下,材料的分子链被切断,分子量减少,最终能够被分解成CO2和H2O的一类材料。可分为合成可降解材料和天然可降解高分子。合成可降解材料有聚乳酸(PLA),聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT),聚己内酯(PCL),聚羟基脂肪酸酯(PHA),聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)等;天然可降解高分子包括淀粉、纤维素、壳聚糖、蛋白质等。

1.1.1 PBAT

PBAT是对苯二甲酸丁二醇酯和已二酸丁二醇酯共聚反应的产物,属于热塑性可降解塑料。因为它具有完全的可降解性、热塑性、低水蒸气渗透性、高柔韧性和良好的可加工性,PBAT被认为是可生物降解包装材料以及堆肥袋和农用地膜最有前景的材料之一。然而,PBAT也有一些缺点,例如抗拉强度低、氧气阻隔性能差、结晶速度慢、成本高以及降解速率慢等,这些都限制了其在食品包装领域的应用推广。因此,改善PBAT性能、降低成本成为当前PBAT研究热点问题。

Cao et al.(2020)通过溶液浇铸法,利用TiO2-AgNPs制备聚对苯二甲酸-已二酸丁二醇酯(PBAT)/二氧化钛(TiO2)/银(Ag)复合膜,并用于食品包装。研究发现,TiO2/Ag纳米粒子的添加显著提高了PBAT基体的机械性能、UV阻挡性能和阻隔性能等物理性能。此外,樱桃番茄保鲜实验显示,复合膜具有很好的保鲜能力。Li et al.(2018)尝试利用有机蒙脱石来改善PBAT薄膜的水蒸气阻隔性能,结果发现定向OMMT添加降低薄膜WVP是可行的,这为添加纳米材料改善薄膜性能提供了有力的理论依据。

1.2 PBAT与其它可降解材料制备共混膜研究进展

1.2.1 PBAT和淀粉共混膜

PBAT制备薄膜成本较高严重限制了其广泛应用。淀粉凭借其低成本,可再生,可降解等优点成为可降解薄膜制备中研究热点,但其较差的机械性能和阻水性能限制了其应用。淀粉和PBAT制备的薄膜因其高性能和低成本已经得到用户欢迎,并得到广泛研究。

Nunes et al.(2018)在研究不同温度对TPS/PBAT复合膜性能影响中发现,PBAT分子量随着加工温度和TPS含量的增加而降低。另外,PBAT的机械性能几乎不受温度的影响,而混合物的机械性能随TPS含量的增加而降低。即温度升高导致机械性能降低。淀粉/PBAT复合膜的性能还受到挤压方式的影响。Brandelero et al.(2016)研究了一步和两步挤出对淀粉/PBAT复合膜性能的影响,结果发现,当淀粉含量在50wt%时,一步挤出制备的薄膜机械性能要优于两步挤出制备法;随着淀粉含量增加至50wt%以上,两步挤出法所制备的薄膜机械性能优于一步挤出法,并且其消耗能量少,降低了生产成本。除加工方式影响外,亲水性淀粉和疏水性PBAT之间的相容性同样影响着混合物加工特性,限制了共混物中的淀粉含量。

1.2.2 PBAT和PLA共混膜

PLA因其天然可用性,良好的可降解性以及高透明度被认为是产品包装中最具潜力的包装膜之一,但其较差的热学性能和机械性能限制了其应用范围(Chen et al., 2021)。因此,许多研究集中于PLA的改性,其中共混或共聚是最常用的方法。PBAT被认为是通过共混增韧PLA材料并保持材料可降解性绝佳候选者。Kumar et al.(2010)熔融制备PBAT/PLA复合膜发现,抗拉强度和断裂伸长率均随着PBAT含量的增加而增加。尽管PBAT和PLA共混膜性能得到改善,但在应用领域的适用范围仍具有局限性。为改善PBAT/PLA共混膜应用性能,人们进行了不断的探索。Yu et al.(2019)将稀土铕与不同的有机配体结合,得到两种稀土转化剂,将其同PBAT/PLA基质混后成功制备了转化膜。结果显示,该复合膜具有优异的光转换能力和高色纯度,稀土配合物改善了共混物的熔体流动性,降低了共混物的熔体粘度。

2 材料与方法

2.1 主要原料和试剂

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2.3试验方法

2.3.1 不同纳米银负载量的淀粉/PBAT可降解抗菌复合膜的制备

将甘油(140 g)和柠檬酸(40 g)置于烧杯中,并用搅拌桨搅拌6小时以上直至柠檬酸完全溶于甘油中,转速为5000 rpm,混合后的柠檬酸和甘油用保鲜膜封口待用。淀粉(400 g)、PBAT(1600 g)、蒙脱土(200 g)、硬脂酸(60 g)和单硬脂酸甘油酯(20 g)称量后,倒于SHR50A型搅拌机中低速(5 HZ),搅拌10 min直搅拌均匀。将之前混匀的50%甘油,通过助剂阀门缓慢加入混料中,在低速(5 HZ)下,搅拌5 min。之后按照占总混料质量的0%、1%、2%、3%、4%称量纳米银颗粒,在搅拌机低速运转状态下,均匀加入,搅拌3 min后,将剩余的甘油通过助剂阀门全部导入搅拌机中,调整搅拌机转速(10 HZ),继续搅拌2 min。所得混合物放置于聚乙烯袋中,在室温下放置24小时。所得到的含有不同纳米银负载量的5个样品,分别表示为SPA-0、SPA-1、SPA-2、SPA-3、SPA-4。混合物用SHJ-20B 双螺杆挤出机制备, 螺杆直径(D)为21.7 mm 和长径比40 D,螺杆转速设置为170 rpm。从进料区到模具区的6个温度区分别设定为110、120、130、135、125、110℃。线条切粒备用。

采用CM-50实验室吹膜挤出机对所获得的颗粒进行吹塑制备复合薄膜,其中螺杆直径(D)为25 mm,长径比30 D,模具直径为30 mm。进料区至模具区的温度分别设定为120、130、135、145、135 ℃。螺杆速度为30 rpm。调整吹气和收卷比,薄膜厚度控制在50-80 um的范围内。

3 结果与分析 .............................. 17

3.1 纳米银负载量对淀粉/PBAT抗菌薄膜性能的影响 ............................ 17

3.1.1 不同纳米银负载量复合膜的微观形貌 ............................ 17

3.1.2 不同纳米银负载量复合膜的分子间相互作用 ..................................... 18

4 讨论 ................................... 44

4.1 淀粉/PBAT/AgNPs@SiO2复合抗菌膜的制备与性能研究 ................... 44

4.2 纳米银和纳米氧化锌复配对薄膜性能的影响 ................................ 44

5 结论 ............................ 46

4讨论

4.1 淀粉/PBAT/AgNPs@SiO2复合抗菌膜的制备与性能研究

医药学论文参考

各种银基商品已经被美国食品药品监督管理局(FDA)和欧洲食品安全局批准用于抗菌应用。AgNPs产品旨在以低浓度在载体基底中实现最佳分散,并能够承受高温加工条件,用于生产具有增强材料性能的抗菌复合材料。气体和水分渗透性的降低可归因于渗透分子的曲折扩散路径,从而与纯聚合物相比增强了复合材料的阻隔性能。此外,聚合物链和填料颗粒之间的相互作用减少了链段运动,有助于提高复合材料的机械强度和耐热性(Tang et al. 2008)。各种研究人员已经对市售的石化包装材料注入了通过挤压吹制制备的AgNPs,例如聚乳酸(Girdthep et al. 2014)、聚乙烯(Usman et al. 2016)。之前所制备的淀粉/PBAT复合膜具有优异的性能,有望用于食品包装。

将AgNPs@SiO2添加到基质混合物中,通过挤出吹塑工艺制备淀粉/PBAT/AgNPs@SiO2抗菌复合膜,既而对淀粉/PBAT复合膜的理化性质进行优化并赋予薄膜良好的抗菌性能,提升薄膜的适用范围。

5 结论

(1) 采用挤出吹塑技术制备了淀粉/PBAT/AgNPs@SiO2抗菌复合膜。SEM研究表明,1 wt%AgNPs@SiO2颗粒均匀分布在基体中,负载2-4 wt% AgNPs@SiO2的抗菌薄膜表现出不同程度的聚集行为。抗菌试验表明,负载1 wt%AgNPs@SiO2的薄膜在3小时内对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均产生了近90%的抑制效率。负载量为2 wt%时,薄膜的拉伸强度和断裂伸长率分别提高至11.29 MPa、774.40%。水蒸气透过系数降低至3.07×10-11 g·m-1·s-1·Pa-1,水接触角提高至93°,氧气透过系数降至5.48×10-14 cm2·s-1·Pa-1。这些结果表明,将AgNPs@SiO2颗粒分散在淀粉/PBAT基质中是开发可生物降解抗菌薄膜的可行方法。

(2) 研究了含有AgNPs和ZnONPs的纳米复合膜的抗菌性能和理化性质。扫描电镜图像显示薄膜基体中纳米颗粒的分布比较均匀。含有AgNPs和ZnONPs的纳米复合膜阻止了紫外线的穿透。AgNPs 和ZnONPs的组合在提高抗菌效率和机械性能方面显示出协同作用。SP-Ag(0.8)-ZnO(0.2)膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制作用最大,其抗拉强度和断裂伸长率分别能够达到13.01 MPa和940.67%。氧气透过系数降至5.58×10-14 cm2·s-1·Pa-1,水蒸气透过系数降至2.98×10-11 g·m-1·s-1·Pa-1。水蜜桃包装试验表明,纳米复合薄膜具有优异的抑制腐烂和保持新鲜农产品品质的能力。综上所述,AgN