西南交通大学:用于包装的绿色阻隔涂层
2025-07-23 10:37:24 作者:本网发布 来源:涂料驿站 分享至:

 包装能够确保商品从生产到消费的运输可行性,延长了保质期,并保障消费者的权益,这在营销场景中具有重要意义。鉴于全球对环保材料开发和应用的重视,可生物降解可回收聚合物已被公认为有前景的战略和新的机遇。这类可生物降解的聚合物,如聚乙烯醇(PVA)、聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸(PLA),已被广泛研究用于食品和生物医学包装薄膜应用。其中,PVA因其出色的透明度、优异的成膜能力、出色的阻氧性能、耐溶剂性和优异的生物相容性而备受关注。然而,基于单一PVA组分的包装薄膜往往存在固有的局限性,限制了它们在复杂环境条件下的应用。例如,PVA中大量的亲水性羟基使得薄膜对湿度高度敏感,耐水性差,水蒸气阻隔性能不足。在食品包装应用中,过高的水气渗透率会导致产品变质或营养流失,从而影响产品质量和保质期。此外,PVA薄膜的机械性能热稳定性也较差。

研究人员已将活性成分融入其中,以提高PVA基包装的综合性能。碳点(CD)的抗氧化活性引起了人们的极大关注。抗氧化CD/PVA薄膜作为农业阳光转换膜,绿豆芽的干重和叶绿素a含量分别增加了13.9%和7.1%。除了无机颗粒外,有机成分也已被用于开发活性PVA包装薄膜。根据应用需求合理选择分散在PVA基包装材料中的活性成分是主要挑战。

天然聚合物集成增强和多功能特性是绿色包装材料的理想成分。淀粉、壳聚糖和纤维素纳米纤维已被广泛应用。木质素作为一种天然存在、储量丰富的生物质聚合物,与纤维素和半纤维素共存在于植物中,是构成植物细胞壁的主要成分,其天然功能之一便是增加强度。木质素还具有令人瞩目的多功能特性,包括出色的抗紫外线性、增强抗氧化性、疏水性和内在抗菌性等。然而,作为工业副产品,从制浆或生物精炼过程中回收的木质素难以有效利用,因此在大多数情况下需要燃烧以用于供热。近年来,可再生天然聚合物在开发下一代聚合物纳米材料以取代基于化石燃料的合成聚合物纳米颗粒方面发挥着越来越重要的作用,这为纳米木质素在高性能和多功能包装中的应用提供了参考。木质素已被应用于阻隔包装材料中,如聚合物共混物、纳米复合材料以及聚合物涂层。其中,木质素纳米颗粒(LNPs)用于PVA基包装材料中已被报道。通常,木质素分子结构中丰富的羟基和醚键能够增加PVA基质与木质素成分之间的相容性。LNPs表面的亲水性羟基和羧基能够与PVA形成牢固的界面氢键,PVA基质中的纳米相分离结构进一步提高了材料的机械性能。木质素纳米管(LNT)作为一种新型的木质素纳米结构形式,具有超高纵横比和反应性光滑表面等显著特性,使其成为研究PVA基包装材料增强效果的理想研究对象。

近期,西南交通大学姜曼/冯庆国团队成功制备了一种绿色包装阻隔涂层

 

采用简便的混合法将木质素纳米管(LNTs)分散在聚乙烯醇(PVA)中,然后通过刮涂法制得LNTs/PVA复合涂层。

该复合涂层对紫外线、水蒸气和氧气具有超强的阻隔性能。当LNT的含量达到1.0wt%时,该复合涂层的水气渗透率(WVT)为12.06g/m2·24h,氧气透过率(OTR)为0.58cm3/m2·24h·0.1MPa,与纯PVA相比分别降低了57.02%和55.38%。该复合涂层的拉伸强度高达32.41兆帕,断裂伸长率达到127.16%,表现出优异的机械性能热稳定性。该复合涂层还具有优异的紫外线屏蔽性能抗菌性能,对金黄色葡萄球菌的抑制率达到了99.30%。此外,该复合涂层适用于食品和药品包装中的多种基材。因此,本研究为安全且可生物降解的阻隔涂层提供了一种极具前景的解决方案。



涂层制备流程

LNT/PVA 复合涂层制备流程。


数据来源与出处


 

相关研究成果以“Barrier coating integrated with lignin nanotube and polyvinyl alcohol for variety packaging film”为标题发表在《International Journal of Biological Macromolecules》上。

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