静电纺聚乳酸多尺度纳米纤维色敏膜用于海鱼新鲜度检测

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智能包装指示膜是一类新型包装材料,它能对被检测食品的存储环境进行检测识别,并以可见的形式告知消费者。p H响应性智能包装指示膜中,变色试剂在固体基质中易迁移脱落,变色试剂在聚合物基质中的锚定性有待提高。本论文致力于提高智能包装指示膜中变色试剂的锚定性和检测灵敏度。具体研究了变色试剂的合成,变色试剂接枝到聚合物基质上对锚定性的影响,进一步研究静电纺丝技术制备多尺度纳米纤维膜对灵敏度的影响,制备一种安全无毒、环境友好、变色试剂锚定性好、灵敏度高的纳米纤维色敏膜用作智能包装指示膜,用于海鱼的新鲜度检测。具体研究内容及结论如下:1.以柠檬酸三丁酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲基丙烯酸β-羟乙酯为原料合成柠檬酸甲基丙烯酸二氨酯(CMU),将其用作p H响应性的变色试剂并探究其变色性能。~1H-NMR结果证明CMU被成功合成。UV-Vis分析证明其在p H=6-14范围内具有良好的颜色响应性。2.使用安全无毒的生物可降解材料聚乳酸(PLA),与变色试剂CMU进行接枝反应,获得PLA-CMU接枝共混物。通过~1H-NMR、FT-IR等探究CMU在PLA-CMU中的接枝率最高为11.15%。通过DSC、XRD等分析,证明CMU对PLA的热性能、结晶性无影响。3.以PLA为原料,探究聚合物溶液性质、静电纺丝工艺及纤维支化盐对纤维成形的作用及影响。使用1.0wt%的四丁基氯化铵(TBAC)作为纤维支化盐,可获得具有粗细结构分明的PLA/TBAC多尺度纳米纤维。进一步可控制备系列PLA-CMU/TBAC多尺度纳米纤维。通过SEM、BET、拉伸测试等分析纳米纤维膜的表面形貌、比表面积、力学性能等,组分为PLA-CMU/TBAC的多尺度纳米纤维膜,纤维直径分布范围为10-10~3nm,平均纤维直径为300-500 nm,多尺度纳米纤维膜的比表面积最高可提高173.6%;拉伸应力最高可达4.8 MPa。4.静电纺丝制备组分为PLA-CMU(7/3)/TBAC、PLA-CMU(6/4)/TBAC的多尺度纳米纤维膜用于鳕鱼新鲜度的检测。CMU脱落率的测试表明,在95%的乙醇溶液中浸泡360 min后达到稳定,最大脱落量仅为2.81μg/mm~2,说明CMU在纤维膜中表现出良好的附着率和锚定性。在鳕鱼的新鲜度检测中,在25℃下和4℃的存储条件下,PLA-CMU/TBAC多尺度纳米纤维指示膜随着鳕鱼质量的变化,分别由无色变为浅橙色和浅粉色,总色差ΔE最大值分别达到19.2和7.1;均表现出肉眼可见的颜色变化。本文采用一步静电纺丝技术可控制备出PLA-CMU/TBAC多尺度纳米纤维,纤维具有的多尺度结构,赋予了纤维膜小的孔径尺寸、大比表面积和检测灵敏度,在海鲜、肉类、蛋奶果蔬等的新鲜度检测与指示方面显示出广阔的应用前景和较大的应用价值,为p H响应性的智能包装指示膜的制备开辟了一条新的途径。
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