Advanced Sustainable Systems:从蔬菜废弃物中提取抗氧化剂和生物相容的CO2基生物复合材料用于食品的活性包装

       塑料是人类生活各个领域的关键材料,包括包装、建筑、运输、医疗保健和电子产品等。为满足持续快速增长的需求,2019年塑料年产量已达到3.68 亿吨,其中40%用于包装。大多数石油基的包装塑料如聚烯烃、聚酯、聚酰胺等不可生物降解,其生产、分销、运输、利用和处置已极大地造成空气、土壤和水污染以及温室气体CO2排放,对生态系统造成了严重负面影响。与此同时,减少CO2排放已成为联合国可持续发展目标的首要任务。因此,利用CO 2作为生产聚合物材料是实现循环、可持续经济的一种有效方法。该技术将有助于减少CO2排放,同时最大限度地减少对石油资源的依赖。在这方面,通过CO2和环氧丙烷共聚直接合成的聚碳酸亚丙酯(PPC)具有众多先进特性,如优异的伸长率和柔韧性、优异的氧气阻隔性、良好的加工性、高透明度、生物降解性和生物相容性,被认为是前景良好的生物聚合物,具有广泛的应用前景。但PPC的低热稳定性和较弱的机械强度,限制了其作为聚合物材料的实际应用。

       近日,来自意大利技术研究院的Thi Nga Tran和Athanassia Athanassiou团队在Advanced Sustainable Systems上发表了研究文章,报道了基于蔬菜废弃物和PPC基质组成的生物复合材料,其具有良好的机械和热性能,有望应用于可持续包装材料。

       在本研究中,作者将欧芹和菠菜的农业废弃物作为生物填料,通过简单的热压成型技术制备了均匀分散的PPC薄膜。扫描电子显微镜表征显示,添加了生物填料(30~50wt%)的聚合物薄膜具有光滑、平坦和连续的表面,不存在开孔或裂缝。冷冻断面图则表明,PPC薄膜的内部具有堆积和致密的结构,说明生物复合材料中PPC和植物废弃物颗粒之间具有高度均匀性和良好的粘附性。作者还通过傅里叶变换红外光谱研究了复合材料内的化学相互作用,发现复合材料相比纯PPC具有更强大的分子间氢键网络。

       之后,作者测试了复合材料的机械性能、水蒸气阻隔能力和抗氧化能力。实验表明,与纯PPC薄膜相比,含有70wt%植物废料的薄膜杨氏模量显著增加了63~102倍,并具有极高的断裂伸长率(1801±71%)。植物肥料粉末的亲水性与多孔结构还增加了复合薄膜对水分子的亲和力,强化了水蒸汽的吸收和扩散,提高了水蒸气扩散率,但仍低于常用于包装材料的天然植物基纤维素薄膜。此外,该生物复合材料中含有大量的酚羟基,可清除阳离子自由基,从而抑制食物中的氧化过程。

文章信息:

Antioxidant and Biocompatible CO2-Based Biocomposites from Vegetable Wastes for Active Food Packaging

Thi Nga Tran,Kwon Taek Lim,Fabrizio Fiorentini,Athanassia Athanassiou

Advanced Sustainable Systems

10.1002/adsu.202100470

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adsu.202100470

译者:潘奕辰,天津大学硕士研究生。