甲醛交联工业碱木质素-聚乙烯醇薄膜的力学性能(英文)

以工业碱木质素和聚乙烯醇为原料,以甲醛为交联剂,利用流延法制备了碱木质素-聚乙烯醇交联反应膜。通过单因素实验探索了碱木质素含量、甲醛含量、反应温度、交联时间、溶液p H值对碱木质素-PVA反应膜力学性能的影响。经甲醛交联反应,交联反应薄膜液的黏度大于共混薄膜液的黏度。结果表明,制备最佳力学性能薄膜的条件为碱木质素和聚乙烯醇的质量比为2∶8、甲醛占干物质量为8.8%、交联时间为40 min、反应温度为90℃、p H值为9。在保持薄膜仍然具有较好力学性能的前提下,碱木质素的加入量可达到20%。在最佳力学性能条件下,纯聚乙烯醇薄膜和碱木质素-聚乙烯醇交联薄膜的断裂伸长率分别是205%和236%,拉伸强度分别是52和46 MPa。与纯聚乙烯醇薄膜相比,反应薄膜的断裂伸长率得到了提高,而拉伸强度降低。适当量的交联剂和较高的溶液温度有利于薄膜力学性能的提高。由于木质素在碱性条件下溶解,溶液p H值对薄膜的力学性影响较大。红外衰减全反射分析证明碱木质素和聚乙烯醇之间发生了交联反应。与纯聚乙烯醇薄膜相比,由于碱木质素的加入使聚乙烯醇分子间的距离增大,使薄膜内分子流动性增大,碱木质素-聚乙烯醇反应薄膜的能量损耗和玻璃化转变温度降低。该研究为制备具有良好力学性能的薄膜提供了详细的数据。     

疏水增强型淀粉/PVA生物降解膜的性能

以烷基烯酮二聚体为疏水化组分,环氧改性聚酰胺为增强交联组分制备了疏水增强型淀粉/聚乙烯醇膜。动态接触角和吸水率测试表明,烷基烯酮二聚体能大幅度提高膜的疏水性能,较佳的烷基烯酮二聚体含量为3.30%,疏水增强型淀粉/聚乙烯醇膜接触角可达90°,吸水率低至15.44%。环氧改性聚酰胺能明显改善膜的拉伸强度,但环氧改性聚酰胺含量过高对断裂伸长率不利。X-射线衍射表明烷基烯酮二聚体的内增塑作用和环氧改性聚酰胺的交联特性可增加膜的相容性。生物降解测试显示,疏水增强型淀粉/聚乙烯醇膜具有一定的生物降解性,但环氧改性聚酰胺使膜的生物降解性能下降。     

电场处理改善玉米醇溶蛋白膜理化性质

传统浇铸法制备的玉米醇溶蛋白薄膜表面粗糙,机械性质及耐水性较差。为了改善玉米醇溶蛋白理化性质,在传统浇铸法膜制备过程中引入平行匀强电场(1~5 A/m2)处理蛋白成膜液。经过电场处理后,玉米醇溶蛋白表面光滑、形状完整。试验结果表明:电场处理可改善薄膜力学性质、表面疏水性、水蒸气透过率等性质;随着电流密度的增大,薄膜拉伸强度、断裂伸长率、水蒸气透过率、吸水率以及表面接触角呈现规律性增加或者减小;电场处理下薄膜热特性改变,与未处理组相比变性温度略有提高,最大增幅为19.5℃。当电流密度为4 A/m2时,薄膜理化性质较佳:拉伸强度、断裂伸长率分别为73.09 MPa和9.68%,吸水率降低至14.87%,水蒸气透过率为2.55×10-8 g·m/(m2·h·Pa),静态接触角为62.18°,变性温度提高到118.39℃,热稳定性提高,薄膜表面光滑。电场可诱导成膜液中分子有序性排列,提高薄膜均一性;通过调节电流密度可得到具有一定力学强度和亲/疏水性的薄膜。试验结果为制备具有特定功能性的纯玉米醇溶蛋白薄膜材料提供了理论依据。     

机械活化醋酸酯淀粉的制备及其生物降解塑料膜性能

为了有效提高淀粉基生物降解塑料的性能,本试验对机械活化1.0 h的玉米淀粉（MAS）进行酯化改性,制备了机械活化醋酸酯淀粉（MASA）及机械活化醋酸酯淀粉/聚乙烯醇的生物降解塑料膜（MASA/PVA）,用傅立叶红外光谱仪（FTIR）、差示扫描量热仪（DSC）、扫描电镜（SEM）分别对MASA的结构、热稳定性、形貌等进行测试和表征,并与原醋酸酯淀粉/聚乙烯醇生物降解塑料膜（SA/PVA）对比研究了塑料膜的力学性能和生物降解性能。结果表明,机械活化淀粉经酯化改性后,结构和形貌都有很大的改变,热性能提高;MASA/PVA塑料膜的性能均比SA/PVA好,以机械活化醋酸酯淀粉（DS=0.1）为原料制备的MASA/PVA塑料膜浸水前的拉伸强度为3.56 MPa,断裂伸长率146.22%,24 h吸水率为134.79%,抗热水性能好,在20 d内该塑料膜土埋生物降解率为45.90%。机械活化预处理有效改善了生物降解塑料膜的性能。     

玉米秸秆纤维/聚乳酸复合材料的力学及降解性能研究

利用热压工艺制备得到了玉米秸秆纤维/聚乳酸复合材料,研究了玉米秸秆纤维的含量对复合材料力学及降解性能的影响。研究表明:随着玉米秸秆纤维含量的增加,复合材料的力学性能(拉伸强度、断裂伸长率)出现先增大后减小的变化趋势,在玉米秸秆纤维含量为10%时复合材料的断裂伸长率达到20.3%,复合材料的拉伸强度在玉米秸秆纤维含量13%时达到最大值24.38MPa;在降解120 d后,玉米秸秆纤维/聚乳酸复合材料的质量损失率变大,同时随着玉米秸秆纤维含量的增加,复合材料的质量损失逐渐变大,聚乳酸分子量的降低速度加快。     

增容剂改善茶粉/聚乳酸生物质复合材料性能

为降低聚乳酸的生产成本、拓宽其应用范围和高值化利用茶产业剩余物资源,以茶粉(tea dust,TD)为填料,聚乳酸(polylactic acid,PLA)为基体,经密炼、注塑工艺制备了环境友好型TD/PLA复合材料。以过氧化二异丙苯(dicumyl peroxide,DCP)为引发剂,通过熔融反应制备了甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乳酸(glycidyl methacrylate grafting PLA,GMA-g-PLA),用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrum,FTIR)和核磁共振氢谱(H nuclear magnetic resonance,1H-NMR)对其进行了表征,并以GMA-g-PLA为增容剂,考察了其添加对TD/PLA复合材料力学性能、界面形态、热性能及吸水性能的影响。结果表明,FTIR和1H-NMR分析证实了GMA成功地接枝到了PLA上。GMA-g-PLA的添加明显改善了TD与PLA的界面相容性,提高了TD/PLA复合材料的力学性能和热稳定性,降低了吸水率。在GMA-g-PLA添加质量分数为10%时,复合材料的力学性能最佳,与未增容TD/PLA复合材料相比,其拉伸强度、弯曲强度及缺口冲击强度分别提高43.8%、42.1%和24.1%,拉伸模量和弯曲模量提高26.5%和10.4%,断裂伸长率提高26.1%。该研究结果可为进一步探索茶塑复合材料界面改性规律及制备聚乳酸基复合材料,提供试验数据和参考。     

用于生物降解膜的聚己内酯与聚乳酸共混物制备及性能分析

聚乳酸农用薄膜在自然条件下能够降解为CO2和H2O,可以有效地避免传统农用薄膜废弃后造成的土壤和环境污染。将聚己内酯与聚乳酸共混可以改善聚乳酸脆性强和韧性差的特点。该文将不同质量比例的聚己内酯(polycaprolactone,PCL)和聚乳酸(polylactic acid,PLA)熔融共混后通过注射成型工艺制备了农业薄膜用PCL/PLA共混物,研究了PCL与PLA配比对共混物力学性能、热稳定性、结晶熔融行为以及表面润湿性的影响。结果表明:随着PCL含量增加,共混物的拉伸强度逐渐下降,而拉伸断裂伸长率和冲击强度则先增大后减小。PCL质量分数为50%时,共混物拉伸断裂伸长率和冲击强度分别达到最大值11.2%和6.4 KJ/m2;扫描电镜分析显示,PCL与PLA相容差,聚酯连续相种类及优势共同主导力学性能走向;热重分析表明,PCL的引入有效减缓了共混物热解速率,PLA质量分数增加共混物燃烧成炭率增大;差示扫描量热法分析表明,相对于PCL和PLA,PCL/PLA共混物玻璃化转化温度、熔融温度和结晶温度均产生了变化,但二者配料比对3种温度影响不明显;接触角分析表明,PCL/PLA共混物接触角相比于PCL和PLA均有所增大,水润湿性能不同程度的降低。综合考虑,PCL与PLA最佳质量比为50∶50。研究可为农业薄膜用聚己内酯与聚乳酸共混物的制备提供依据。     

不同类糖接枝改性对花生蛋白膜物理性质的影响

为了改善花生蛋白膜的性能,利用不同小分子糖对花生蛋白进行接枝改性并将改性蛋白制备成膜,分析了糖接枝对花生蛋白膜的强度、延伸性、透光性、溶解性等物理性质的影响。结果表明:糖类物质能提高花生蛋白膜的拉伸强度,其中木糖改性后蛋白膜强度最高,达未经改性花生蛋白对照膜的1.77倍;葡萄糖对蛋白膜的延伸性影响最大,断裂延伸率最高,达对照膜的1.92倍;木糖能改善花生蛋白膜的耐水性,使膜的溶解性显著下降。综合来看,木糖接枝改善花生蛋白膜性能的效果较好,当蛋白/木糖质量比为10时,蛋白膜拉伸强度为1.48 MPa,断裂延伸率为218.92%,溶解性60.80%,蛋白膜浸泡24 h后仍保持完整膜状态。该研究为花生蛋白膜的性能改善以及进一步开发利用提供理论依据。     

助剂对聚乙烯醇缩甲醛机械性能及负压渗水性能的影响

为了提高新型负压渗水材料聚乙烯醇缩甲醛(polyvinyl formal,PVFM)的机械性能,该试验在先前制备聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料的基础上添加Si O2粉末、高岭土、硅油、硅油+Si O2粉末、硅油+高岭土5种助剂,运用机械发泡法制得5种聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料管,与不添加助剂的聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料管(CK)比较,检测了其基本物理性能、机械性能、负压渗水性能、孔隙结构等指标。结果表明,除Si O2粉末外,其余4种助剂均能改善PVFM的外观质量,使之表面光滑细腻;这5种助剂会降低PVFM负压渗水材料的吸水倍率,提高表观密度、真密度、孔隙率,其中加入高岭土能够在保证较高吸水倍率的同时显著(P0.05)增大孔隙率;硅油+Si O2粉末、硅油+高岭土2种混合助剂能够显著(P0.05)提高PVFM负压渗水材料的机械性能,其中硅油+Si O2粉末对其硬度的提高幅度高达62.5%,对拉伸强度的增幅高达51.9%,硅油+高岭土对其断裂伸长率的增幅高达33.5%;加入助剂能显著(P0.05)提高PVFM的发泡点值,硅油+高岭土使增幅达70.7%;但几种助剂的加入并未提高PVFM的累积入渗量及渗水速率,仅在较低负压(?10 k Pa)下加入Si O2粉末能使PVFM的累积入渗量增加;5种助剂的加入均能使PVFM孔隙结构变得更加均匀致密,其中加入硅油+高岭土后孔隙最为均匀细小,气泡极少。总体而言,混合助剂的两个处理均能提高PVFM的外观质量、发泡点值和机械性能,其提高幅度不同程度地高于单一助剂,而Si O2粉末可以较好地提高?10 k Pa下PVFM的累积入渗量和渗水速率,此研究为高分子型负压渗水材料的改良提供方向。     

肉桂油/海藻酸钠薄膜物理特性和抗菌性能分析

为了研究开发新型可降解抗菌包装材料,该文以添加不同体积肉桂油到海藻酸钠膜液中制成的肉桂油/海藻酸钠抗菌薄膜为研究对象,比较分析肉桂油添加量对肉桂油/海藻酸钠薄膜厚度、透光率、色泽和水蒸气透过率等物理特性的影响,同时,考察其对薄膜的抗菌性能的影响。膜液中肉桂油体积分数在0～1.0%时,薄膜厚度无明显变化,体积分数为1.2%时,薄膜厚度显著增加。随着肉桂油体积分数的增加,薄膜的透光率显著降低,薄膜水蒸气透过系数增大。肉桂油对薄膜色泽影响显著,随着肉桂油添加量的增加,薄膜色泽值a和b呈显著增加趋势。膜液中肉桂油体积分数为0.8%时,薄膜抗菌能力显著增强。研究结果表明,当膜液中肉桂油体积分数为0.8%时,薄膜具有较好的抗菌效果和物理性能。该研究可为肉桂油/海藻酸钠可降解抗菌薄膜生产工艺参数的进一步优化提供参考。     

柚子皮基可食性膜的制备及性能研究

为了促进果蔬加工副产物的高附加值利用,以柚子皮干粉为材料,海藻酸钠为增稠剂,甘油为增塑剂,采用流延法制备了柚子皮基可食性膜,分析柚子皮干粉质量分数、海藻酸钠、甘油质量分数对柚子皮基膜力学性能、阻湿性能和透光率等的影响,并对柚子皮基膜的制备配方进行优化。结果表明,柚子皮基膜的最佳制备配方为:柚子皮干粉质量分数3%、海藻酸钠质量分数0.15%(以柚子皮粉浆料质量为基础,下同)、甘油质量分数0.5%,此配方制备的柚子皮基膜外观平滑、颜色淡黄,具有较好的综合性能,其拉伸强度为17.53±0.35 MPa,断裂伸长率为19.46%±0.43%,水蒸气透过系数为(2.327±0.128)×10^-12g·cm^-1·s^-1·Pa^-1,透光率为63.2%±0.15%。本研究结果为柚子皮基可食性膜在食品包装等领域的应用提供了理论参考。     

Development and characterization of films based on chemically cross-linked gliadins

The aim of the present work has been to study the possibility of obtaining modified gliadin films with improved water resistance and mechanical properties by means of promoting intermolecular covalent bonds between polypeptide chains. Prior to casting films, formaldehyde, glutaraldehyde, and glyoxal were used to cross-link proteins at concentrations ranging from 1% to 4% (grams per 100 g of protein). Mechanical properties (tensile strength and elongation at break), water vapor permeability, moisture sorption isotherms, and optical properties of the films produced were evaluated as a function of the cross-linker used. Experimental results showed that some properties of gliadin films were considerably modified. Cross-linking improved the water resistance of films, avoiding their disintegration. Their water barrier properties were also enhanced, but their moisture sorption properties remained unchanged. Formaldehyde imparted greater mechanical strength to films than glutaraldehyde or glyoxal, increasing tensile strength values 10-fold. Addition of the cross-linkers at concentrations in excess of 2.5% did not further improve the mechanical or barrier properties. However, modification with glutaraldehyde or glyoxal imparted an increasingly yellowish tint to the films.     

Structure and physical properties of starch/poly vinyl alcohol/sodium montmorillonite nanocomposite films

Nanocomposites of starch, poly vinyl alcohol (PVOH), and sodium montmorillonite (Na(+)MMT) were produced by solution mixing and cast into films. Tensile strength (TS) and elongation at the break (E%) of the films ranged from 11.60 to 22.35 MPa and 28.93-211.40%, respectively, while water vapor permeability (WVP) ranged from 0.718 to 1.430 g·mm/kPa·h·m(2). In general, an increase in Na(+)MMT content (0-20%) enhanced TS and decreased E% and WVP. Use of higher molecular weight PVOH increased both TS and E% and also decreased WVP. Mechanical properties were negatively affected, but water vapor barrier properties improved with increasing starch content (0-80%). X-ray diffraction and transmission electron microscopy were used to analyze the nanostructure, and molecular conformations and interactions in the multicomponent nanocomposites were inferred from glass transition behavior. Interactions between starch and PVOH were strongest, followed by polymer/clay interactions. On the basis of this insight, a conceptual model was presented to explain the phenomena of intercalation and exfoliation in the starch/PVOH/Na(+)MMT nanocomposites.     

Barrier and mechanical properties of milk protein-based edible films containing nutraceuticals

Calcium caseinate (CC) and whey protein isolate (WPI) films were prepared to contain 5 or 10% Gluconal Cal (GC), a mixture of calcium lactate and gluconate, or 0.1 or 0.2% alpha-tocopheryl acetate (VE), respectively. The pH and viscosity of film-forming solutions and the water vapor permeability and tensile property of the films were determined using standard procedures. CC and WPI films have the capabilities to carry high concentration of GC or VE, but some of the film functionality might be compromised. Adding VE to CC and WPI films increased film elongation at break, whereas incorporating 0.2% VE decreased WVP of CC films and tensile strength of both CC and WPI films. Incorporation of GC reduced the tensile strength of CC films (P < 0.05), with 10% GC decreasing both elongation at break and WVP (P < 0.05). These types of films may be used for wrapping or coating to enhance the nutritional value of foods. The concentration of GC and VE added to the films must be carefully selected to meet required water barrier and mechanical properties of the films depending on their specific applications.     

甲醛交联碱木质素-聚乙烯醇薄膜的透光性和透气性

为了提高工业碱木质素的利用价值,扩大碱木质素的应用范围,以工业碱木质素和聚乙烯醇为原料,以甲醛为交联剂,利用流延法制备了碱木质素-聚乙烯醇交联反应膜。通过单因素实验探索了碱木质素加入量、甲醛加入量、溶液pH值对碱木质素-聚乙烯醇(PVA,poly vinyl alcohol)反应膜透光性和透气性的影响。采用紫外可见分光光度计分析了薄膜的光学性能,压差法测定薄膜的透气性。采用SEM(scanning electron microscopy)和FTIR(Fourier transform infrared spectroscopy)方法分析反应膜的表面形貌和化学结构,利用静态接触角测量仪测定薄膜的接触角。结果表明:碱木质素加入后,在紫外光区200～400 nm薄膜的透过率为零,对紫外线全吸收,在可见光区400～800 nm薄膜透过率降低,当碱木质素与PVA质量比为1:4时,在600 nm处薄膜的透过率为16.12%;随着甲醛加入量的提高,薄膜可见光区的透光率逐渐增大;随着pH值增大,木质素逐渐溶解,pH值为9时,薄膜600 nm处薄膜透过率为20.85%。与纯PVA薄膜相比较,碱木质素加入后薄膜二氧化碳和氧气的透气性都减小;经甲醛交联后,薄膜的氧气和二氧化碳的透过量都增大;pH值由小到大变化时,碱木质素-聚乙烯醇反应薄膜对二氧化碳和氧气的透气量先增大后减小。FT-IR表征说明碱木质素-聚乙烯醇薄膜结构中有醚键生成,碱木质素和PVA发生了交联反应;电镜图片显示碱木质素-聚乙烯醇反应薄膜表面较光滑;接触角分析说明碱木质素的加入增大了薄膜与水的接触角,薄膜表面亲水性降低,并且交联反应薄膜的接触角大于共混薄膜的接触角,交联提高了薄膜的耐水性。与戊二醛相比甲醛做交联剂时碱木质素和PVA之间的交联反应程度更大,交联薄膜在可见光区的透光性更大。薄膜对紫外线吸收主要是受碱木质素的影响。碱木质素-聚乙烯醇反应膜可作为良好的紫外吸收材料,应用于地膜中。     

Properties of chemically and physically treated wheat gluten films

Chemical (vapors of formaldehyde), physical (temperature, UV and gamma radiation), and aging treatments were applied to wheat gluten films. Changes in film mechanical properties, water vapor permeability, solubility, and color coordinates were investigated. An aging of 360 h led to a 75 and 314% increase in tensile strength and Young's modulus, respectively, and a 36% decrease in elongation. Severe thermal (above 110 degrees C, 15 min) and formaldehyde treatments highly improved the mechanical resistance of the films. Under these conditions, up to 376 and 654% increase in tensile strength and Young's modulus and up to 66% decrease in elongation have been observed. Water solubility was only slightly modified, whereas water vapor permeability was not affected. Color coordinates of films heated above 95 degrees C changed to a great extent. An almost total insolubilization of proteins in sodium dodecyl sulfate occurred for heat- and formaldehyde-treated films, due to the modification of protein network leading to changes in properties of the films.     

生物改性聚乙烯醇可降解包膜材料的特征及其光谱特性

聚乙烯醇溶于水可作为肥料的包膜材料,通过物理或化学改性,可影响聚乙烯醇缓释膜层的吸水性和降解性,提高其缓释性能和环境安全。为了探究改性聚乙烯醇膜材料的改性效果和降解能力,以壳聚糖为改性剂、二氧化硅为添加剂对聚乙烯醇进行改性,分析了改性聚乙烯醇成膜物理特性、生物降解性、红外表征及表面微观结构。研究结果表明,聚乙烯醇浓度85 g/kg,壳聚糖浓度16 g/kg,混合温度80℃,混合时间2 h条件下制备的膜材料吸水率降低明显,添加二氧化硅使聚乙烯醇浓度70 g/kg,壳聚糖浓度8 g/kg,混合温度60℃,混合时间2h条件下制备的膜材料吸水率最低,且二氧化硅添加量为5 g/kg时成膜降解率最高。红外光谱和扫描电镜分析表明,膜降解后一些主要官能团O-H、C-O键数量发生了变化,透射率增强,同时2 300 cm-1处波峰消失,这说明膜材料发生了一定的降解,同时其表面微观结构变得极为粗糙,出现很多凸起物,整体结构也变得更加松散,也说明其具有良好的生物降解性。红外光谱和电镜扫描的结果与质量变化试验的结果相一致,能够更客观地表征膜材料的降解性。     

硬脂酸-胱氨酸-大豆分离蛋白复合膜的机械特性和吸湿性研究

以硬脂酸作为增塑剂，胱氨酸作为交联剂制备具有一定力学性能和良好抗湿性能的大豆分离蛋白复合膜。将膜放在25℃，相对湿度为50%的干燥器中平衡两天，用质构仪测定膜的抗拉强度(TS),延伸率(E(%))。在水分活度a_w为0.10～0.90的范围内研究了复合膜在25℃的吸湿特性。吸湿速率和吸湿等温线数据分别拟合到Peleg's 方程和GAB(Guggenheim-Anderson-de Boer)模型。结果表明：大豆蛋白复合膜的TS、延伸率E(%)以及吸湿速率随着硬脂酸和胱氨酸的添加比率显著地变化。硬脂酸和胱氨酸的最佳添加比率为40∶60(w/w)(每升蛋白质溶液中加入10 g混合添加剂)，此时，大豆蛋白膜的强度比原来提高2倍，并且有最佳的吸湿速率。吸湿数据和GAB 模型有很高的拟合度，拟合系数最高达0.99。