80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

搜索：  
暨大劉明賢教授課題組《Food Hydrocolloids》：甲殼素納米晶和硅烷處理制備全降解高防水紙基包裝材料
2022-06-30  來(lái)源：高分子科技

  隨著限塑令的出臺(tái)和世界綠色化學(xué)的發(fā)展，利用可再生生物質(zhì)資源開發(fā)新型生物可降解材料受到了廣泛關(guān)注。例如，市場(chǎng)上出現(xiàn)了以紙張為基礎(chǔ)的包裝材料，以減少日常生活中一次性塑料制品的使用。然而，紙張由于具有吸濕性，與水接觸時(shí)容易受損，限制了其實(shí)際應(yīng)用。在紙基材料中引入石油基塑料薄膜或鋁基復(fù)合材料是提高紙基材料耐水性的常用方法。不幸的是，由于很難將紙與金屬或塑料薄膜分離，紙張將失去可回收性。因此，制備生物可降解、可回收、防水的紙基包裝材料是必要的。


  針對(duì)以上問(wèn)題，暨南大學(xué)劉明賢課題組提出了一種簡(jiǎn)便、綠色制備可回收疏水紙的方法。通過(guò)一鍋法，將濾紙浸泡在十六烷基三甲氧基硅烷 (HDTMS)修飾的甲殼素納米晶體(ChNCs)水/乙醇分散液中，取出，干燥后即可得到具有機(jī)械和阻隔性能增強(qiáng)、生物安全的疏水紙。該研究成果以“Facile fabrication of hydrophobic paper by HDTMS modified chitin nanocrystals coating for food packaging”為題發(fā)表在Food Hydrocolloids（影響因子11.504，一區(qū)TOP）雜志上。該論文第一作者是暨南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院2021級(jí)博士生何韻晴，唯一通訊作者是劉明賢教授。


  ChNCs/HDTMS 涂布紙的制備過(guò)程如圖1a所示。將濾紙浸漬在ChNCs/HDTMS的水/乙醇分散液中，取出、烘干后即可得到疏水紙。ChNCs具有羥基和酰胺基，它們通過(guò)氫鍵與纖維素紙表面的羥基發(fā)生氫鍵作用；HDTMS與纖維素紙中的羥基以及 ChNCs 的羥基和酰胺基團(tuán)發(fā)生縮合反應(yīng)，在它們之間形成牢固的共價(jià)鍵，并為濾紙帶來(lái)低表面能。FTIR光譜證實(shí)了涂層與紙基之間發(fā)生的相互作用（圖1b）。XRD檢測(cè)到纖維素紙表面有ChNCs的特征晶型衍射峰（圖1c）。通過(guò)SEM和AFM進(jìn)一步探討涂層對(duì)紙張表面形貌的影響，可見涂層能填充纖維素紙的凹槽，并與相鄰纖維素纖維之間發(fā)生緊密的橋接，從而形成均勻光滑的表面（圖1 d，e，f和g）。 


圖1 ChNCs/HDTMS涂布紙的制備過(guò)程示意圖（a）；未涂布紙和2.5%HDTMS和不同ChNCs含量的涂布紙的FTIR光譜（b）和XRD圖譜（c）；未涂布紙 (d, f) 和 2% 涂布紙 (e, g) 的 SEM 和 AFM 圖像。


  為探討不同含量的涂層對(duì)紙張疏水及機(jī)械性能的影響，分別以水接觸角和拉伸強(qiáng)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)（圖2a，b，d和e）。結(jié)果顯示HDTMS主要提供紙張低表面能，使紙張的水接觸角顯著增加，而對(duì)紙張的機(jī)械強(qiáng)度影響不大。ChNCs的加入對(duì)紙張的水接觸角和機(jī)械性能都有影響，并與其涂布的量密切相關(guān)。另外，與未涂布紙相比，2%的涂布紙的吸水率顯著降低（圖2c），這表明涂層在濕態(tài)下可能具有潛在應(yīng)用。因此將涂層紙浸泡在水中8 h后取出，發(fā)現(xiàn)2%的涂布紙（51.5 MPa）表現(xiàn)出比未涂層紙 (2.2 MPa) 更高的拉伸強(qiáng)度。同時(shí)圖2 h和視頻1進(jìn)一步顯示了它的機(jī)械耐水性，浸入水中 30 s 后，2%的涂布紙仍能承載200 g的砝碼超過(guò) 20 秒，而未涂布紙立刻被拉斷。 


圖2 ChNCs和HDTMS含量對(duì)涂布紙水接觸角的影響（a和b）；未涂布紙和 2%涂布紙的吸水率隨時(shí)間變化（c）；ChNCs和HDTMS含量對(duì)涂布紙抗拉強(qiáng)度的影響（d和e）；浸泡水后未涂布紙和涂布紙的拉伸強(qiáng)度（f）；2%涂布紙表面不同pH值的水滴照片（g）；未涂布紙和2%涂布紙?jiān)诮菟昂蠛奢d200 g砝碼的照片（h）。


  材料的疏水性能很容易被各種惡劣的外部條件（如環(huán)境和機(jī)械）破壞，因此對(duì)涂布紙的耐pH（圖3a）、溫度（圖3b）、紫外線照射 （圖3c）、彎曲、手指擦拭（圖3d）和砂紙刮擦（圖3e）進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果顯示，涂布紙由于能被強(qiáng)堿降解而不耐強(qiáng)堿性環(huán)境，除此之外在酸性環(huán)境、紫外照射、被彎曲或擦拭50次，以及被砂紙刮擦后，都能保持原來(lái)疏水的性能。 


圖3 2%的涂布濾紙的耐pH (a)、溫度(b)、紫外線照射 (c)、彎曲、手指擦拭（d）和砂紙刮擦（e）測(cè)試。


  涂層填充了紙張的凹槽從而提高了紙張阻隔水蒸氣的性能（圖4a）。涂層與纖維素紙之間發(fā)生強(qiáng)的相互作用，并且由于涂層中的ChNCs 的熱穩(wěn)定性優(yōu)于纖維素，從而提高了涂布紙的熱穩(wěn)定性（圖4b，c）。將涂布紙與未涂布紙進(jìn)行垂直火焰試驗(yàn)，可見涂布紙燃燒速度明顯低于未涂布紙（圖4d），且涂布紙留下的灰分更多（圖4e），這是由于涂層中的ChNCs富含氮，在燃燒過(guò)程中形成氨，具有固有的阻燃性。除此之外，涂布紙對(duì)水的界面具有排斥性從而能夠限制細(xì)菌在其表面生長(zhǎng)（圖4f和g）。 


圖 4未涂布紙和2%的涂布紙的水蒸氣滲透值(a); TG (b) 和 DTG (c) 曲線；燃燒 (d) 和灰分 (e)；抗菌粘附（f）和細(xì)菌粘附數(shù)量（g）。


  作為一種日常用紙，紙的生物安全性和細(xì)胞相容性至關(guān)重要。為評(píng)價(jià)生理適應(yīng)性，采用CCK-8法對(duì)L929細(xì)胞進(jìn)行了涂布紙的細(xì)胞毒性試驗(yàn)。結(jié)果顯示無(wú)論是涂布紙的浸制液還是涂層與L929細(xì)胞共培養(yǎng)24 h或48 h后，細(xì)胞的存活率仍在80%以上（圖5a和b），符合生物安全要求。為了進(jìn)一步研究涂層對(duì)細(xì)胞的影響，共培養(yǎng)24 h或48 h后進(jìn)行活/死細(xì)胞染色，處理組細(xì)胞密度與對(duì)照組相近，細(xì)胞分布均勻，培養(yǎng)過(guò)程中活細(xì)胞不斷增殖（圖 5c和d）。因此，2%的涂布紙具有良好的生物相容性，可作為日常用紙。 


圖5 L929細(xì)胞在含有不同濃度的2%的涂布紙浸漬液（a）和2%ChNCs/2.5HDTMS的涂層（b）的培養(yǎng)基中的存活率，和活死染色圖像（c和d）。


  本工作利用可再生的甲殼素生物資源和硅烷設(shè)計(jì)出安全范圍內(nèi)的高性能環(huán)保疏水紙，在綠色食品包裝材料中展現(xiàn)出巨大潛力。所得疏水性涂布紙可作為杯子裝不同的液體（圖6c和d）、吸管（圖6f和視頻2）、書畫保護(hù)涂層（圖6g和h）。 


圖6未涂布紙和涂布紙?jiān)谒薪菀欢螘r(shí)間后的外觀（a）；涂布紙表面各種液滴的接觸角（b）；涂布紙?jiān)诒又械膽?yīng)用（c）；杯子中的可樂(lè)殘?jiān)?/span>d）；商業(yè)紙杯和涂布紙杯中各種液體的殘留量（e）；涂布紙?jiān)谖埽╢）、書寫（g）和疏水紙的水彩保護(hù)（h）中的應(yīng)用。


  上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（52073121）、廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2019A1515011509）、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2019A050513004）、廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（202102010117）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（21622406）等項(xiàng)目資助。


  論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.107915

版權(quán)與免責(zé)聲明：中國(guó)聚合物網(wǎng)原創(chuàng)文章？锘蛎襟w如需轉(zhuǎn)載，請(qǐng)聯(lián)系郵箱：info@polymer.cn，并請(qǐng)注明出處。
（責(zé)任編輯：xu）
【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】

誠(chéng)邀關(guān)注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞