PBAT与玉米淀粉配比为多少时，薄膜保鲜性能最佳？
发布时间：2021-11-19 10:17
来源：生物降解材料研究院
作者：admin
生物降解材料研究院报道，PBAT成本高、拉伸强度不足，限制了其在食品包装等领域的大规模应用，有学者尝试用玉米淀粉强化PBAT来降低完全生物降解薄膜的成本。
玉米淀粉产量高、用途广，且由于其特殊的结构单元组成，可以起到颗粒增强的效果。因此，PBAT/玉米淀粉生物降解薄膜是替代传统聚乙烯果蔬包装薄膜的良好选择，其中PBAT与玉米淀粉的配比对薄膜性能影响至关重要。
湖南农业大学和宁波大学的何欢、田佳榕等人以双孢菇为例，采用熔融共混加吹膜成型的方法制备了不同配比的PBAT/玉米淀粉薄膜，分析了不同配比对薄膜综合性能的影响，以及不同薄膜对双孢菇保鲜贮藏性的影响，以期为果蔬类包装新材料的研发与应用提供科学依据与技术支撑。
PBAT/玉米淀粉薄膜的制备
预先分别将PBAT和玉米淀粉在80℃下真空干燥12h备用。将干燥后的PBAT与玉米淀粉按一定比例搅拌混合后，加入双螺杆挤出机，130℃条件下循环3min后挤出成条状复合物，切粒。将粒子加入单螺杆挤出吹膜机，120 ℃条件下制备成不同质量配比的PBAT/淀粉薄膜，薄膜厚度为15μm。
PBAT/ 玉米淀粉薄膜的拉伸性能
塑料包装薄膜的拉伸性能是评价其力学性能的重要参数。不同PBAT/玉米淀粉占比薄膜的纵、横向拉伸强度与拉伸断裂率如图1所示。
由图知，随着PBAT含量的减少，拉伸强度在纵向与横向上均出现先增大后减小的趋势，在PBAT/玉米淀粉为70∶30时达到最大值，分别为20.6 MPa和15.8MPa。
玉米淀粉因分子链内大量氢键作用呈结晶球形颗粒，因此添加至PBAT基体中可起到颗粒增强的作用，随着添加比例的增加，复合薄膜强度增加。
当玉米淀粉含量过高时（＞30%），玉米淀粉颗粒的分散性不足，导致应力集中而断裂。这与聚乳酸、聚丙烯颗粒增强研究结果相似，当竹颗粒、SiO2等增强体超过20%～30%后，强度会明显下降。玉米淀粉含量过多时容易团聚导致应力集中，薄膜破裂，这也是拉伸断裂率在纵、横向上均出现下降的原因。
PBAT/ 玉米淀粉薄膜的热特性
PBAT/ 玉米淀粉薄膜的热特性数据，包括玻璃化转变温度Tg 、熔融温度Tm、结晶温度Tc和冷结晶度Xcc如表2所示。
添加了玉米淀粉后，玻璃化转变温度与熔融温度变化不明显，这可以确保薄膜可以在室温及100℃时使用，而不发生相变影响力学性能。
与玉米淀粉共混后，PBAT的结晶温度从69.6℃升高到80℃以上，这可能是由于PBAT基质中淀粉颗粒的异相成核引起的，从而促进了PBAT的结晶。
随着PBAT整体含量的下降，冷结晶度并没有升高，反而随着玉米淀粉含量的增加而逐渐降低，这是因为双连续结构会阻碍大分子的有序化，导致淀粉含量越高，阻碍作用越明显。
PBAT/玉米淀粉薄膜的阻隔性
薄膜的阻隔性能包括氧气透过率和水蒸气透过率。阻隔性能对果蔬保鲜极其重要，因为合适的阻隔性可以抑制细胞呼吸，控制水分散失，还可以调节薄膜包装袋的气体浓度。PBAT/玉米淀粉薄膜的氧气透过指数（OP）和水蒸气透过指数（WVP）如图2所示。
由图可知，PBAT/玉米淀粉薄膜具有较大的氧气透过能力， OP约为2.0cm3 ·m/(m 2 ·d·Pa)，尤其是当淀粉含量为30%时，OP值最大，为2.21cm3 ·m/(m 2 ·d·Pa)。较大的氧气透过能力有助于双孢菇保鲜，这是因为双孢菇呼吸旺盛，包装袋内氧气消耗快，较大的氧气透过率可有效调节包装内的氧气浓度，抑制双孢菇无氧呼吸，防止酒精中毒等危害自身组织及细胞。
同时，PBAT/玉米淀粉薄膜WVP可达210.0×10 -7 g·m/(m 2 ·d·Pa) ，较好的透湿性可有效散发不必要的水分，防止果蔬腐烂和微生物滋生等。
因此，在PBAT含量为70%时，有效提高了薄膜的保鲜能力。
薄膜的阻隔能力与PBAT与淀粉的微观形貌密切相关，由于淀粉呈颗粒状分布，氧气和水蒸气可经由淀粉颗粒与PBAT界面结合出通过，特别是淀粉对水蒸气具有良好亲和性，从而提高了氧气和水蒸气的通过能力。
小结
本研究利用熔融共混和吹膜的方法制备了不同PBAT/玉米淀粉占比的生物降解薄膜材料。
复合薄膜的力学拉伸强度随玉米淀粉含量的增加，先升高后降低。在PBAT∶淀粉为70∶30时，复合薄膜的纵向、横向拉伸强度分别为20.6 MPa和15.8 MPa，拉伸断裂率435% 260%。
复合薄膜的耐热性随着玉米淀粉的加入变化不明显，结晶能力有所增强，但因为 PBAT 含量减少，结晶度出现下降。
复合薄膜具有良好的氧气及水蒸气透过性，对双孢菇的保鲜具有积极效果，当 PBAT∶淀粉为70∶30 时，双孢菇可贮存15d而不失商品价值，保鲜效果最好。
文章来源：生物降解材料研究院
