抗菌生物基聚氨酯复合包装薄膜的制备和性能

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聚氨酯薄膜在国内食品、医疗卫生、服装和其他领域的应用广泛,人们并对其功能化应用要求也快速增加。聚氨酯目前在各个行业中消耗量巨大,采用环保、可再生的生物基原料取代石油基原料制备聚氨酯也已成为研究热点。本论文通过以环氧大豆油(ESO)为原料,利用聚乙二醇(PEG)对其进行开环,通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和质子核磁共振(~1H-NMR)分析证明制备了多羟基化生物基多元醇(ESO-polyol)并测其羟值为127mg KOH/g。并以生物基多元醇代替石油基多元醇与异氰酸酯(IPDI)反应,合成了生物基聚氨酯(BPU)并通过GPC测得其Mw约为22000,从而达到节约能源和保护环境的目的。通过调整异氰酸酯与生物基多元醇的比例(R值)和流延固化时的成膜温度,制备了不同R值和成膜温度的的BPU薄膜。并通过力学测试、差示扫描量热分析(DSC)和热重分析(TGA)、水接触角测试、透湿透氧性能测试和扫描电子显微镜测试(SEM)等研究R值和成膜温度对BPU薄膜性能的影响。随着R值和成膜温度的增加,BPU薄膜的机械强度、水接触角和微相分离程度逐渐增加,透明度、透氧和透湿系数逐渐降低,阻隔性和热稳定性逐渐变好。为了使BPU薄膜更好的运用在食品保鲜包装,采用化学键合的方法将抗菌剂六氢-1,3,5-三(羟乙基)-均三嗪(TNO)引入BPU中得到抗菌型BPU-TNO复合薄膜,并制备不同TNO含量的BPU-TNO复合薄膜研究其含量对性能影响。测试结果显示,随着TNO含量的增大,BPU-TNO复合薄膜的力学性能、疏水性、热稳定性及阻隔性均得到有效改善;随着TNO含量的增加,BPU-TNO薄膜的光线透过率逐渐降低。利用抑菌圈法,测试抗菌型BPU-TNO复合薄膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑霉和青霉的抗菌效果。结果表明,抗菌剂含量为0.8%时对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑霉和青霉的抑制效果相对最佳。抗菌BPU-TNO复合薄膜对大肠杆菌的抗菌效果要优于对金黄色葡萄球菌的抗菌效果;对青霉的抗菌效果要优于对黑霉的抗菌效果。将胡萝卜样品用BPU-TNO复合薄膜包装进行货架期测试来评估其食物包装保鲜能力。结果表明,BPU-TNO复合薄膜包装的胡萝卜片的颜色和气味始终优于在裸露状态和用市售PLA/PHBV薄膜包装的胡萝卜片,并在第8天时依然保持质量在90%以上。最后,BPU-TNO复合薄膜水解降解表明,BPU分子链软段的酯基与氢氧根离子的反应破坏了交联网状结构,破坏了BPU-TNO复合薄膜的表面结构,使得BPU-TNO复合薄膜被降解。
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