华南农业大学胡洋副教授、杨卓鸿教授团队: 生物基皮克林乳液涂料，实现有效便捷构建疏水、阻油、可生物降解、易回收的纸基绿色包装材料
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阅读： 2024/1/17 16:16:52
包装是食品工业中重要的一个工程环节，塑料因具有生产成本低、重量轻、出色的机械和阻隔性能，成为了食品包装最常用的一种材料。然而传统塑料因不易降解，在废弃后会带来“白色污染”造成环境负担。全球塑料污染问题日益严峻，预计到2050年全球塑料垃圾将累计达120亿吨。因此，使用环保、可再生、可降解的材料来替代不易降解的传统塑料用作食品包装材料备受国际社会的关注。其中，纸基包装材料由于其安全、可再生、可回收、低成本等优势脱颖而出，在食品包装领域具有广泛的应用前景。然而，由于纸具有多孔结构和亲水的性质，在用于食品包装领域时常需对其进行表面功能修饰，以提升其疏水阻油等应用性能。
为开发应用广泛的纸基食品包装材料，华南农业大学材料与能源学院生物基功能高分子材料研究团队开发了基于纤维素纳米晶、聚乳酸、壳聚糖、糯米淀粉构建的生物基皮克林乳液涂料，通过在纸表面一步涂层便捷有效的构建了疏水阻油的涂层纸，优化后的涂层纸不仅具有良好的疏水阻油性、增强的力学性能，还具有防污自清洁性、可生物降解性、便捷回收性及再加工性，在食品包装领域展现出良好的应用潜力。相关研究成果以“Facile preparation of Pickering emulsion-based coatings for hydrophobic, oil-resistant, biodegradable green paper-based packaging”为题在国际知名期刊《Food Hydrocolloids》（中科院一区Top，IF 2023 = 10.7）上发表，论文的第一作者为团队2021级硕士研究生彭影影，通讯作者为胡洋副教授、杨卓鸿教授，该研究得到了广东省科技计划、顺德区科技计划和中国博士后科学基金等项目的支持。该研究将皮克林乳液与全生物基涂料相结合，为制备疏水、阻油、可重复使用的多功能包装纸提供了一种绿色、可持续、低成本的策略。
图1 Pickering乳液和涂层纸的制备示意图。
图2原始纸和涂层纸表面SEM图：（A）U-CP、（B）PE0-CP、（C）PE4-CP、（D）PE8-CP、（E）PE12-CP和（F）TE-CP纸。(G1，G2）PE8-CP纸的横截面SEM图。
图3 (A) 原始纸（U-CP）和涂层纸的WCA测试结果;（B）PE8-CP纸表面上各种液体的接触角;（C）U-CP和PE8-CP纸的水蒸透过率结果;（D）U-CP和PE8-CP纸的防污测试。
图4 原始纸和涂层纸的防油等级测试结果。
图5 将香肠和油饼分别放在原始纸和涂层纸上进行耐油性实验（食物放在纸上30分钟后取出观察纸面渗油情况）。
图6 (A) 原始纸和涂层纸的机械性能；（B）U-CP和PE8-CP纸的自清洁性能（泥土作为模型污垢剂）；（C）PE8-CP纸在机械磨损测试前后的WCA值；（D）PE8-CP纸在50次弯曲和手指擦拭测试后疏水防油的照片。
图7 PE8-CP纸在土埋60天期间的重量损失率（降解情况）。插图显示了PE8-CP纸在土壤埋置7、14、21和60天后的外观形态。
图8PE 8-CP纸在去除涂层（Al）之前和（A2）之后的光学显微镜照片;（B）涂层纸的回收过程;（Cl）原始纸和（C2）回收纸的光学显微镜照片;（D）涂层纸、原始纸和回收纸的FTIR光谱。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.109624
转自：“高分子科学前沿”微信公众号
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