论文部分内容阅读
避光包装可减弱光照对食品中光敏成分造成的降解、变色及异味等负面影响。羟丙基甲基纤维素(HPMC)膜材由于可再生、可降解、机械性能优良和抗水蒸气性能优良而被作为一种良好的石油基包装替代品。常见的HPMC/二氧化钛(TiO2)避光膜中的TiO2易引发光催化氧化反应并会降低膜材的机械性能;HPMC/钙盐避光膜的形成需要高的干燥温度,其成本较高且高温会使膜材延展性变差。本文制备出一种HPMC基新型避光膜——HPMC/磷酸二氢钠(NaH2PO4)膜,可克服HPMC/二氧化钛避光膜易引发光催化氧化反应的缺陷及HPMC/钙盐避光膜的高温依赖性缺陷;本文进一步运用不同增塑剂对此新型避光膜的延展性进行改善。主要研究结果如下:(1)通过向HPMC中加入NaH2PO4,运用简单的流延法在室温下干燥即可制备出新型的HPMC/NaH2PO4避光膜。HPMC/NaH2PO4膜呈现白色且白色的形成与干燥温度无关,膜材白度随NaH2PO4含量的增加而增加,当达到15%时开始下降。NaH2PO4和HPMC之间的相互作用可能发生在H2PO4-1和CH3之间。加入NaH2PO4后,膜材中出现的孔洞结构使膜材变白,赋予膜材避光性。HPMC/NaH2PO4膜材的表面分形结构比纯HPMC膜更加致密光滑,这些更致密光滑的分形结构也可能促使膜材变白。断裂伸长率随NaH2PO4含量的增加而降低;当NaH2PO4不超过10%时,HPMC/NaH2PO4膜的拉伸强度和模量没有明显下降;当NaH2PO4达到15%时,拉伸强度和模量显著下降。NaH2PO4使HPMC膜材内部出现孔洞结构、降低了膜材的横截面光滑度,这些形貌结构可能主导了膜材断裂伸长率的降低。(2)运用不同分子量的聚乙二醇(PEG)改善HPMC/NaH2PO4膜材的延展性,并研究不同分子量PEG对膜材结构、避光性能和机械性能的影响。加入不同分子量PEG后,膜材中的特征官能团H-O-H和羟基官能团的伸缩振动发生变化。PEG800和PEG2000降低了膜材结晶度,而PEG1500和PEG4000使膜材结晶度增加。含有PEG的膜材分形维数比纯HPMC/NaH2PO4膜大,当PEG分子量为4000、6000和8000时,膜材的分形结构致密度、光滑度最低。含有PEG800、PEG1500和PEG2000的膜材断面形态较光滑,加入PEG6000和PEG8000后体系的断面更平整。膜材的Tg基本上随PEG分子量的减小而减小。加入不同分子量PEG增塑后,膜材的避光性能保持不变或略有增加。断裂伸长率随PEG分子量的增加而升高,PEG6000和PEG8000对膜材延展性的改善效果无显著差异,均很好。(3)运用离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM]Ac)改善HPMC/NaH2PO4膜材的延展性,并研究不同剂量[EMIM]Ac对膜材结构、避光性能和机械性能的影响。加有[EMIM]Ac的膜材的结晶度增加,含8%[EMIM]Ac膜材的结晶度最高。所有膜材都存在自相似结构且都表现为表面分形,含8%[EMIM]Ac的膜材分形结构致密性和光滑度降低。所有膜材均呈现多孔形态结构。含[EMIM]Ac的膜材较未增塑膜材,其孔洞尺寸减小,孔洞个数增加。[EMIM]Ac的加入导致Tg的降低,且随[EMIM]Ac含量的增加降低程度变大。含8%[EMIM]Ac的膜材的含水量显著增加。HPMC/NaH2PO4膜的白度随着[EMIM]Ac含量的增加而下降,但依然具备良好的避光性能。除含8%[EMIM]Ac的HPMC/NaH2PO4膜材的拉伸强度略有下降,其余剂量的HPMC/NaH2PO4膜材的拉伸强度和弹性模量未有显著性变化。膜材的断裂伸长率随[EMIM]Ac剂量的增加而增加。表明离子液体[EMIM]Ac可改善HPMC/NaH2PO4膜材的延展性,主要与[EMIM]Ac使膜材孔洞尺寸减小、玻璃化转变温度降低和水分含量升高有关。(4)运用不同种类的离子液体改善HPMC/NaH2PO4膜材的延展性,并研究它们对膜材结构、避光性能和机械性能的影响。离子液体使膜材结晶度增加的程度大小为:1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF4)>1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]C1)≈1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM]Ac)。加有[BMIM]BF4的膜材孔洞个数最少,孔洞尺寸最小。加入不同离子液体的膜材的Tg降低程度是[BMIM]Cl>[BMIM]BF4>[EMIM]Ac。加入离子液体后,膜材的水分含量增加,含[BMIM]C1膜材的水分含量增加最大。加入[EMIM]Ac和[BMIM]Cl的HPMC/NaH2PO4膜材的白度略有下降,加入[BMIM]BF4的HPMC/NaH2PO4膜材的白度未有显著变化。加入离子液体后,HPMC/NaH2PO4膜材的拉伸强度和弹性模量较原膜材变化不显著,而断裂伸长率均显著升高,升高程度为[BMIM]BF4>[BMIM]ClN[EMIM]Ac。表明不同离子液体均能改善HPMC/NaH2PO4的延展性,而[BMIM]BF4对HPMC/NaH2PO4体系的延展性改善最强。[BMIM]BF4的改善作用比[BMIM]Cl好主要是由于其增塑的HPMC/NaH2PO4膜材的孔洞结构更少、孔洞尺寸更小。