隨著限塑令的出臺(tái)和世界綠色化學(xué)的發(fā)展,利用可再生生物質(zhì)資源開發(fā)新型生物可降解材料受到了廣泛關(guān)注。例如,市場上出現(xiàn)了以紙張為基礎(chǔ)的包裝材料,以減少日常生活中一次性塑料制品的使用。然而,紙張由于具有吸濕性,與水接觸時(shí)容易受損,限制了其實(shí)際應(yīng)用。在紙基材料中引入石油基塑料薄膜或鋁基復(fù)合材料是提高紙基材料耐水性的常用方法。不幸的是,由于很難將紙與金屬或塑料薄膜分離,紙張將失去可回收性。因此,制備生物可降解、可回收、防水的紙基包裝材料是必要的。
針對以上問題,暨南大學(xué)劉明賢課題組提出了一種簡便、綠色制備可回收疏水紙的方法。通過一鍋法,將濾紙浸泡在十六烷基三甲氧基硅烷 (HDTMS)修飾的甲殼素納米晶體(ChNCs)水/乙醇分散液中,取出,干燥后即可得到具有機(jī)械和阻隔性能增強(qiáng)、生物安全的疏水紙。該研究成果以“Facile fabrication of hydrophobic paper by HDTMS modified chitin nanocrystals coating for food packaging”為題發(fā)表在Food Hydrocolloids(影響因子11.504,一區(qū)TOP)雜志上。該論文第一作者是暨南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院2021級(jí)博士生何韻晴,唯一通訊作者是劉明賢教授。
ChNCs/HDTMS 涂布紙的制備過程如圖1a所示。將濾紙浸漬在ChNCs/HDTMS的水/乙醇分散液中,取出、烘干后即可得到疏水紙。ChNCs具有羥基和酰胺基,它們通過氫鍵與纖維素紙表面的羥基發(fā)生氫鍵作用;HDTMS與纖維素紙中的羥基以及 ChNCs 的羥基和酰胺基團(tuán)發(fā)生縮合反應(yīng),在它們之間形成牢固的共價(jià)鍵,并為濾紙帶來低表面能。FTIR光譜證實(shí)了涂層與紙基之間發(fā)生的相互作用(圖1b)。XRD檢測到纖維素紙表面有ChNCs的特征晶型衍射峰(圖1c)。通過SEM和AFM進(jìn)一步探討涂層對紙張表面形貌的影響,可見涂層能填充纖維素紙的凹槽,并與相鄰纖維素纖維之間發(fā)生緊密的橋接,從而形成均勻光滑的表面(圖1 d,e,f和g)。
圖1 ChNCs/HDTMS涂布紙的制備過程示意圖(a);未涂布紙和2.5%HDTMS和不同ChNCs含量的涂布紙的FTIR光譜(b)和XRD圖譜(c);未涂布紙 (d, f) 和 2% 涂布紙 (e, g) 的 SEM 和 AFM 圖像。
圖2 ChNCs和HDTMS含量對涂布紙水接觸角的影響(a和b);未涂布紙和 2%涂布紙的吸水率隨時(shí)間變化(c);ChNCs和HDTMS含量對涂布紙抗拉強(qiáng)度的影響(d和e);浸泡水后未涂布紙和涂布紙的拉伸強(qiáng)度(f);2%涂布紙表面不同pH值的水滴照片(g);未涂布紙和2%涂布紙?jiān)诮菟昂蠛奢d200 g砝碼的照片(h)。
圖3 2%的涂布濾紙的耐pH (a)、溫度(b)、紫外線照射 (c)、彎曲、手指擦拭(d)和砂紙刮擦(e)測試。
圖 4未涂布紙和2%的涂布紙的水蒸氣滲透值(a); TG (b) 和 DTG (c) 曲線;燃燒 (d) 和灰分 (e);抗菌粘附(f)和細(xì)菌粘附數(shù)量(g)。
圖5 L929細(xì)胞在含有不同濃度的2%的涂布紙浸漬液(a)和2%ChNCs/2.5HDTMS的涂層(b)的培養(yǎng)基中的存活率,和活死染色圖像(c和d)。
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.107915
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