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PBS薄膜具有阻隔性

日期:2022-04-14 04:25:25 瀏覽量:925

PBS薄膜具有阻隔性

 

 


一、PBS的改性方法


雖然PBS具有許多可用的物理、力學性能且應用廣泛,但是PBS薄膜的應用仍然具有強度低、降解速率慢等缺點。為了使可生物降解PBS能夠量產,各國研究人員對原始的PBS薄膜進行了改性處理,主要有以下幾種:

1.PBS物理改性

物理改性通常是在熔融或溶液狀態下將PBS與其他高分子或無機物共混,常見的共混材料主要有天然高分子、無機材料以及化學合成的其他聚合物等。目前可與PBS共混的天然高分子材料主要有淀粉、纖維素、蛋白質、殼聚糖等。

2.PBS的共聚改性

通過調節某種單體和其他單體的比例來改善材料的親水性、結晶性、機械性能、降解性能和細胞相容性等即為共聚改性。因為PBS結晶度較高,降解速率緩慢,脆性較大,所以在PBS的分子鏈中引入柔性或親水結構就可降低它的結晶度,并且提高降解速率。目前,PBS共聚改性中常見的共聚成分有對苯二甲酸、己二酸、甲基丁二酸、癸二酸、乙二醇、己二醇等。

 

 

 

3.PBS的擴鏈改性

PBS的分子鏈上通過擴鏈改性劑引入其他分子結構的從而提高PBS的分子鏈改性方法稱為PBS的擴鏈改性。異氰酸酯類、環氧類以及嘩啉類是比較常見的擴鏈改性劑。

1931年Carothers率先合成出了PBS,因為當時人們對聚酯類塑料的認識以及生產條件的限制,合成的聚丁二酸丁二醇酯的分子量還不到5000,不能量產。隨著時代的進步和科技水平的提高,人們對聚酯類塑料的認識也越來越深入。

 

二、國外對PBS薄膜的研究
1990年,首次提出將二異氰酸酯作為一種擴鏈劑的日本昭和電工株式會社成功合成了分子量超過20萬的聚丁二酸丁二醇酯。生產出高分子量的PBS并將其命名為“Bionolle”(碧能),該公司生產的PBS力學性能強,適合各種塑料加工儀器,并且能夠滿足一般通用塑料的強度。

此外,“Bionolle”還有較好的穩定性,可以被儲存較長的時間,使用過后在自然界中又可以快速降解。除了上述提到的日本昭和公司、德國的BASF、日本的三菱、韓國的SK株式會社、中國的安慶和興和藍山屯河等都是世界上主要的PBS生產商。

由于我國工業起步晚,早期對PBS的研究不是很深入,但是由于國家及人民對生物降解材料的高度重視,我國的PBS產業迅速發展,對PBS的研究已經遠超其他國家。

上海有機所、清華大學、中科院理化研究所等是目前我國主要的PBS研究機構。近年來,我國的PBS產業發展形勢大好,部分產品已經出口售賣,其產量已經遠超許多國外企業,但是聚丁二酸丁二醇酯研究還有很大的提升空間。

果蔬保鮮的研究進展近年來,水果保鮮儲藏的主要方式就是機械制冷技術,但是該種技術消耗的能量高,維修成本高。氣調貯藏保鮮技術對果蔬的儲藏時間較高,但是此方法所需的設施費用高,在我國水果價格持續走低的大環境下,應用起來比較困難。

傳統窖藏作為我國近千年來人們廣泛使用的方法,雖然操作簡單、成本低廉但是其儲藏時間有限,已經不能滿足現代人對果蔬保鮮的要求。保鮮劑雖然操作簡單,但是不能批量運用??偠灾?,我國成本低廉、效果明顯、能批量運用的果蔬保鮮技術的研究迫在眉睫。

國外的果蔬保鮮氣調包裝技術發展較為成熟,現已廣泛應用于獼猴桃、草莓、梨及蒜薹等果蔬,也大量應用在鮮切西蘭花、鮮切洋蔥、鮮切胡蘿卜及鮮切甘藍等鮮切果蔬的保鮮方面。

改善氣調包裝材料的性能(如透氣率和透濕率)和氣調包裝的優化設計等方面是近年來氣調包裝技術的研究熱點。添加特定的填料(如金屬及金屬氧化物、黏土等無機納米顆粒,纖維素、殼聚糖等有機納米顆粒)或打孔等方式可改善氣調包裝材料的性能。

 

 

 


羅自生等研究了納米TiO2改性低密度聚乙烯(LDPE)薄膜包裝對采后草莓的保鮮效果,結果表明,納米TiO2改善了薄膜的力學性能、透氧量、透濕量及透光率,改性薄膜包裝有利于保持草莓的貯藏品質。

Serrano等比較了大孔、微孔及無孔聚丙烯薄膜包裝貯藏鮮切西蘭花的效果,結果表明,保鮮28d的微孔、無孔包裝組均好于大孔包裝組。物理方法、化學方法和生物方法是國外對果蔬保鮮的研究主要方法。

物理方法主要從控制環境條件和控制濕度兩方面入手,控制環境條件是為了保持果蔬采后的品質,控制氣體成分的CA、MA;控制濕度是為了通過聚乙烯薄膜等高阻濕性材料來保持果蔬新鮮的包裝儲藏手段。

目前國際社會采用較多的果蔬保鮮手段是化學方法?;瘜W保鮮技術保鮮效果顯著、成本低、量產容易,但是此種方法會造成大面積的環境污染。生物保鮮技術因其成本低、污染小等優點,被應用于人們生活的各個領域中。利用微生物拮抗、天然提取物質、利用基因工程是生物保鮮的3種常用手段。

 

三、可生物降解PBS薄膜在果蔬保鮮中的研究進展


水果和蔬菜被采集后仍是一個有機的生命體,還會進行休眠、水分蒸發、呼吸作用等復雜的生命活動,仍維持消耗氧氣排出。水分是維持果蔬新鮮的重要因素。所以采后的果蔬保鮮工作也極為重要,PBS薄膜具有阻隔性,能維持果蔬所處環境的氧氣和二氧化碳濃度,從而控制葉綠素的分解。PBS薄膜在果蔬保鮮中的應用主要是通過PBS薄膜的改性技術來達到保鮮的作用。下面分析了改性PBS薄膜對采后的果蔬的影響。

1.PBS/PBAT共混膜的阻隔性

改性后的PBS薄膜具有良好的阻隔性能。相比于純PBS,加入了PBAT的共混薄膜氣體透過性的增大,主要是由于PBAT本身對CO2和O2的透過性較好。果蔬自身的呼吸蒸騰作用還會釋放大量的水蒸氣,較好的透濕性可以散發一些不必要的水分,防止由結露現象導致的果蔬酸敗和微生物滋生等問題。

2.改性PBS包裝袋內的氣體組分變化

自發氣調包裝的關鍵是維持包裝袋內較適宜的氣體成分組成,從而抑制果蔬強烈的呼吸代謝作用,推遲其成熟與衰老的進程。果蔬在保鮮期間,包裝袋內的CO2含量為1%~5%、O2含量在3%~5%的范圍內較為適宜。

3.保鮮期間果蔬的失重率變化

果蔬的失重主要是水分散失和營養物質的代謝引起的,果蔬中的含水量較高,占總重的75%~80%,水分的散失會導致其果皮蔫萎、組織松散和鮮度下降,嚴重影響其商用價值。150g的包裝袋在貯藏前期由于質量較高失重率較低,而在后期因為發生無氧呼吸,細胞組織被乙醇破壞發生汁液流失。這說明改性的PBS包裝袋可以有效解決果蔬由呼吸引起的失水問題,但包裝袋內的果蔬質量一定要適中,才能維持果實一定的持水度與新鮮度。

4.保鮮期間果蔬的硬度變化

果蔬硬度的變化是表征其成熟轉向衰老的重要指標之一。正常的果蔬在后期發生無氧呼吸,產生大量的乙醇且細胞組織受到乙醇侵害而軟化,從而導致其硬度快速下降。但是用改性的PBS薄膜包裝的果蔬卻能夠在采后依然保持堅挺,這是由于適宜的氣氛條件延緩了果實組織衰老軟化,從而保持了較好的硬度。

5.保鮮期間果蔬的可溶性固形物含量(TSS)變化

果蔬中的可溶性固形物總量是其所有能溶于水的化合物的總和,可以用來表征果蔬的成熟度。TSS含量的變化主要反映了果實的衰老,而包裝袋的氣體和水蒸氣的透過性,直接影響著果蔬的呼吸代謝作用,進而在一定程度上抑制了可溶性固形物含量的減少。

6.保鮮期間果蔬的VC含量變化

維生素C是與人體關系最為密切的維生素之一,VC在人體內主要參與氧化還原反應,在物質代謝中起到電子傳遞的作用,人體所需的維生素C有98%左右都來源于果蔬。

雷橋等發現提高CO2濃度的同時適量降低O2濃度可以有效減少VC的氧化。因此,在貯藏后期VC含量明顯高于普通包裝袋內的果蔬。改性的PBS薄膜與正常的包裝袋相比,在其斷裂伸長率提高了30倍的基礎上,CO2、O2和水蒸氣的通透性均有了適量的提升。改性的PBS薄膜具有良好的氣體透過性使PBS薄膜內的氧氣和二氧化碳濃度始終保持在穩定的氛圍內,從而起到抑制果蔬的腐敗作用。

PBS/PBAT薄膜的透濕量達到了1803cm3/(m2·d),較好的透濕性能防止袋內結露現象的產生。包裝組較之空白組貯藏期延長了近兩倍,貨架期延長到了31d以上。從經濟價值、失重率、低氧傷害等角度考慮,改性PBS薄膜包裝袋內適量的果蔬質量,效果更佳。

 

 


近年來,隨著科技的進步和社會的發展科學家們對可生物降解材料的研究也逐漸深入,PBS薄膜因具有良好的力學性能和生物降解性也逐漸進入科學家的視野。但是隨著研究的深入,這種可生物降解薄膜的高生產成本,高結晶度等缺點也逐漸暴露出來。所以給其在果蔬保鮮包裝中的研究造成了很大的困難,未來針對PBS對果蔬保鮮的研究應在下述方向予以努力:

一是繼續PBS薄膜的合成方法及工藝的簡化研究:著力提高PBS薄膜合成的反映速率,做到高產,量化;

二是著力從PBS薄膜共聚和共混改性方面研究其對果蔬的保鮮作用,增加其與其他材料的共混能力,從而降低結晶度;

三是解決并保證PBS產品可堆肥難的問題,實現真正意義上的PBS可完全生物降解。

 

 

 

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