【摘 要】
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纸基材料是由天然植物纤维构成,具有良好的可再生性和生物降解性。然而,木质纤维含有大量亲水性羟基,且木质纤维细胞本身的细胞腔及细胞壁的微细层次结构,可与无数纤维交织形成的三维网络结构共同诱发毛细管作用。因此,未经任何处理的纸基材料无法对水蒸气和氧气产生有效阻隔,这些气体（水蒸气和氧气）会加速食品的物理、化学和生物反应,进而缩短食品保质期。近年来,基于生态环境保护和资源节约的压力,可生物降解的聚合物类
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纸基材料是由天然植物纤维构成,具有良好的可再生性和生物降解性。然而,木质纤维含有大量亲水性羟基,且木质纤维细胞本身的细胞腔及细胞壁的微细层次结构,可与无数纤维交织形成的三维网络结构共同诱发毛细管作用。因此,未经任何处理的纸基材料无法对水蒸气和氧气产生有效阻隔,这些气体（水蒸气和氧气）会加速食品的物理、化学和生物反应,进而缩短食品保质期。近年来,基于生态环境保护和资源节约的压力,可生物降解的聚合物类复合包装材料备受关注。多糖聚合物涂层的纸基包装材料充分利用多糖聚合物良好的成膜性能和生物相容性及木质纤维材料优异的强度性能,在水蒸气和氧气高阻隔材料领域具有一定的应用潜力。本文以多糖聚合物中的壳聚糖作原料,首先研究了不同壳聚糖涂布量对纸基材料气体阻隔性能的影响,确定最佳涂布量。为进一步提高纸基复合材料的水蒸气和氧气阻隔性能,研究壳聚糖与其他材料（聚乙烯醇和蜂蜡）不同复合方式和不同比例对纸基复合材料的水蒸气和氧气阻隔性能的影响。用氧气透过率测试仪、水蒸气透过率测试仪、热重分析仪等分别检测纸基材料的氧气阻隔性、水蒸气阻隔性和涂层热稳定性;通过FTIR和SEM分别分析壳聚糖与聚乙烯醇、蜂蜡之间的相互作用和涂布纸的表面以及截面结构;同时,评估了壳聚糖及其复合涂层对纸基材料机械性能、Cobb值和水接触角的影响。研究主要结论如下:（1）研究了不同壳聚糖涂布量对纸基材料气体阻隔性能的影响,确定壳聚糖最佳涂布量。通过选择不同型号的刮棒和控制壳聚糖涂布液浓度,将壳聚糖涂布于纸基材料表面,制备出不同壳聚糖涂布量的纸基复合材料。结果表明:在壳聚糖涂布量2 g·m-2以下时,随着壳聚糖涂布量增加,纸基材料的防油等级逐渐增加,透气度逐渐减小。当壳聚糖涂布量为2g·m-2,纸基材料的透气度超出仪器检测量程,而防油等级达到了12级。纸基材料氧气阻隔性能测试表明,壳聚糖涂布量为4.5 g·m-2时,纸基材料的氧气透过量降低至20.66 cm~3·m-2·day-1能够满足食品包装需求;水蒸气透过量随壳聚糖涂布量增加而逐渐降低,但降低比率逐渐减小。（2）将壳聚糖（工业级）/聚乙烯醇（工业级）以不同方式涂布于纸基材料表面,较系统研究壳聚糖和聚乙烯醇不同比例以及不同涂布方式（共混和分层）对纸基材料水蒸气阻隔、氧气阻隔、Cobb值和机械性能等的影响,评价两种组分在改善纸基材料的气体阻隔性能的作用和协同效果。结果表明:随着壳聚糖/聚乙烯醇比例的降低,纸基复合材料的水蒸气阻隔性能逐渐增强,同时氧气阻隔性逐渐降低。壳聚糖/聚乙烯醇采用分层涂布方式获得的纸基样品的水蒸气和氧气透过量均低于壳聚糖/聚乙烯醇共混涂布方式的样品。当壳聚糖/聚乙烯醇比例为1:1时,采用分层涂布方式获得的纸基复合材料样品的水蒸气透过量和氧气透过量为9.36 g·m-2·day-1和31.93 cm~3·m-2·day-1,与纯壳聚糖涂布纸相比,水蒸气透过量降低了约92%,与混合涂布方式获得的纸基复合材料相比,水蒸气透过量降低了约68%,氧气透过量降低了约67%。（3）将疏水性蜂蜡与壳聚糖以不同复合方式（分层复合和混合复合）涂布于纸基材料表面(总涂布量4.5 g·m-2),研究壳聚糖/蜂蜡不同复合方式以及蜂蜡不同添加量对纸基纤维材料的气体阻隔性能的影响。结果表明:涂布纸的水蒸气透过量随蜂蜡添加量的增加而降低,当蜂蜡添加量为15%时,在50%RH条件下,分层涂布和共混涂布的纸基材料的水蒸气透过量分别降低至21.87 g·m-2·day-1、24.13 g·m-2·day-1,与纯壳聚糖涂布纸相比,分别降低了80.3%、78.2%,分层涂布纸与共混涂布纸的水蒸气透过量相差不大;在75%RH条件下,分层涂布(163.69 g·m-2·day-1)和共混涂布(242.24 g·m-2·day-1)的水蒸气透过量与纯壳聚糖涂布相比,分别降低了79.4%、69.5%,而分层涂布与共混涂布相比,水蒸气透过量降低了32%。共混涂布和分层涂布的纸基材料的氧气透过量随着蜂蜡含量的增加而增加,蜂蜡含量为15%时,分层涂布和共混涂布的氧气透过量仍低至70.19 cm~3·m-2·day-1、101.75 cm~3·m-2·day-1。
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