20190705   周五

聚乙烯醇/淀粉/甘油/埃洛石纳米管生物纳米复合膜的水和气体阻隔性能：实验表征和建模方法

Composites Part B-Engineering (IF: 6.864，2区)

校审：李加齐

内容介绍

研究背景

生物聚合物相比石油基聚合物等可耗竭资源以及塑料具有绿色环保，来源广泛和成本效益，但生物聚合物也同时具有机械强度弱、热性能和阻隔性能差等缺点。为了解决这一问题，将纳米材料加入到生物聚合物中制备出的生物纳米复合材料具有巨大的潜力。许多纳米复合体系是以增塑性聚乙烯醇（PVA）/ 淀粉（ST）混合物为聚合物基体，通常在纳米复合薄膜中加入纳米材料（尤其是高长径比的材料）对于改善薄膜阻隔性能具有重要意义。埃洛石纳米管（HNT）是一种应用于药物输送领域的中空管状纳米材料，具有良好的机械和热性能。因此本研究以溶液浇铸法制备了一种新型的增塑性PVA/ST/GL/HNT生物纳米复合膜，利用原子力显微镜对纳米复合膜表面粗糙度和纳米材料长径比进行研究，基于HNT含量和长径比，分析生物纳米复合材料相对渗透率实验数据与理论模型之间差异；评价HNT含量对膜的水蒸气渗透率、透湿性和透空气性的影响。此外，学者们还研究了在一定温度和湿度范围内水蒸气渗透率和透湿性的变化及复合膜在水果包装方面的应用。

●研究方法

薄膜的制作：首先制备PVA/ST膜，然后掺入30 wt%的GL，产生PVA/ST/GL混合膜；然后将纳米材料含量为0.25%、0.5%、1%、3%和5 wt%的HNT悬浮液逐滴添加到PVA/ST/GL溶液中；最后搅拌干燥成膜。

薄膜的表征：原子力显微镜形貌表征； 水蒸气透过率和渗透性；透气性；食品包装试验。

●研究结果

这种生物纳米复合膜对水蒸气和气体的阻隔性能随着HNT含量的增加而不断提高。当温度和相对湿度分别从25℃增加到55℃和30%增加到90%时，这些生物纳米复合材料的阻隔性能以线性方式增加。然而，随着HNT含量的增加，生物纳米复合材料的阻隔性能似乎对温度和相对湿度的依赖性较小。利用原子力显微镜精确测量HNT长宽比，实验数据与尼尔森模型在生物纳米复合材料的相对渗透性方面取得了较好的一致性。此外，与含PVA和含PVA混合物的包装的水果以及对照组水果相比，具有生物纳米复合膜包装的水果能够被延长保质期，并显示出相对较低的失重率和颜色变化。

●研究结论

与PVA/ST/GL复合膜相比，PVA/ST/GL/HNT生物纳米复合膜具有良好的水和气体阻隔性能，但对温度和相对湿度的变化不那么敏感。总之PVA/ST/GL/HNT复合膜能够延长水果货架寿命，可作为有效的食品包装材料。

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学者简介

Yu Dong

Yu Dong，澳大利亚科廷大学土木与机械工程学院senior lecturer。他在聚合物纳米复合材料、静电纺纳米纤维、绿色复合材料、微观机械建模、纳米制造和实验设计领域具有广泛的研究。他是“Manufacturing, Characterisation and Properties of Advanced Nanocomposites”和“Fillers and Reinforcements for Advanced Nanocomposites”期刊的主编，以及“Nanostructures: Properties, Production Methods and Applications”期刊的唯一编辑。“Polymeric and Composite Materials section ”和“Applied Nanoscience”期刊的副主编。