可降解纳米抗菌PE膜的制备及应用

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随着人们环保意识和食品安全意识的提高,制备出兼具抗菌和可降解功能的PE薄膜是研究的热点。本文利用密炼共混-吹塑成膜的工艺流程制备LLDPE/HDPE/山梨酸钾/纳米TiO2薄膜和LDPE/PVA/山梨酸钾/纳米TiO2薄膜。其中,山梨酸钾具有抗菌功能,纳米TiO2具有光降解功能和抗菌功能,PVA具有生物降解功能。本文对制备的两种薄膜进行了形貌分析和表征,并探讨了薄膜的力学性能、热性能、抗菌性能、可降解性能以及应用。在对纳米TiO2的改性研究中,沉降实验得出在24h内,添加偶联剂含量为4%的改性纳米TiO2在水中扩散速率最快,且未发生沉降现象。SEM可以观察到添加偶联剂含量为4%的纳米TiO2团聚现象明显降低。TG测试结果显示改性纳米TiO2的分解率与未改性纳米TiO2的相近,在14-15%之间。在LLDPE/HDPE/山梨酸钾/纳米TiO2薄膜中,SEM测试发现在山梨酸钾和改性纳米TiO2的配比为1:1时在基体树脂中表现出良好的分散性。DSC测试中5组薄膜的结晶度最低为17.59%。力学性能数据显示了薄膜具有良好的力学性能,纵向力学性能数据显示薄膜的弹性模量最高达316.16MPa,断裂伸长率达952.85%,拉伸强度达到75.18MPa。横向力学性能数据显示薄膜的弹性模量最高可达582.58MPa,拉伸强度达44.09MPa,断裂伸长率达829.41%,满足薄膜力学性能的标准要求。在LDPE/PVA/山梨酸钾/纳米TiO2薄膜中,当PVA含量为10%时,形貌分析得出两种添加剂配比为1:1的薄膜具有良好的形貌特征。DSC测试中得出此添加剂配比为1:1时共混料的结晶度最低,为24.5%。纵向力学性能数据显示薄膜的弹性模量最高达573.21MPa,断裂伸长率达482.94%,拉伸强度达到58.87MPa。横向力学性能数据显示薄膜的弹性模量最高可达868.34MPa,拉伸强度达24.46MPa,断裂伸长率达231.07%,满足薄膜的力学性能标准要求。以大肠杆菌作为研究对象,在菌液浓度为0.3mL/100mL培养基,山梨酸钾和改性纳米TiO2的配比为1:1时,两种薄膜均在膜2cm范围内表现出良好的抗菌性能。可降解实验中得出LLDPE/HDPE/山梨酸钾/纳米TiO2薄膜置于日光下30天,薄膜的光降解率达41.4%;依次将LDPE/PVA/山梨酸钾/纳米TiO2薄膜薄膜置于日光下30天和土壤中30天之后,薄膜的光-生物降解率为49.8%。在保鲜抗菌应用测试中,两种薄膜与市售的薄膜比较,在7天内制备薄膜包装的柑橘仍保持着新鲜度且未产生腐烂变质现象;在10天内制备薄膜包装的桂圆表面未产生变质现象。
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