聚(L-乳酸)薄膜内气体高速渗透通道的构筑及选择透过机制研究

Biodegradable films have great potential in the packaging of fresh fruits and vegetables, and it is also of great significance to environmental protection and food safety. Poly(L-lactic acid) (PLLA) has a medium gas permeability and low perm-selectivity. When its was used for the packaging of fruits and vegetables with high respiratory intensity, anaerobic respiration and carbon dioxide toxicity are easy occurs, inevitably led to corrupt. In this study, polysiloxane (PSi), a kind of flexible polymers with high gas permeability and perm-selectivity, was used to synthesis a series of high molecular weight PLLA-PSi-PLLA triblock copolymers. The effect of the composition, substituent, polarity and film formation conditions on the microphase separation structure was investigated. And the effect of microphase separation structure on the mechanical property and the building of gas permeable channel was also been explored. Furthermore, the influence mechanism of microphase separation structure on the gas permeability of H2O, CO2 and O2 of films was thoroughly studied. Based on the above study, a new packaging system was established, which can adjust the inter atmosphere spontaneous by film to a low O2 and high CO2 state to restrained the respiration and propagation of microorganisms, prolonging the storage period.

生物可降解薄膜在生鲜果蔬保鲜包装中具有巨大的应用潜力，且对于环境保护和食品安全都具有重要意义。聚(L-乳酸)（PLLA）的气体透过性中等，CO2/O2透过比低，用于包装高呼吸强度果蔬时，易产生无氧呼吸或CO2中毒，导致腐败加剧。本研究利用聚硅氧烷（PSi）的柔性、高气体透过性和选择透过性的特点，制备高分子量PLLA-PSi-PLLA系列嵌段共聚物，研究嵌段组分比、PSi嵌段的取代基大小和极性以及成膜条件等对PLLA-PSi-PLLA微相分离结构的影响，分析微相分离结构对材料内部气体通道构建和力学性能的影响，阐明微相分离结构与H2O、CO2和O2等气体透过及选择透过的作用机制。本研究还将根据微相分离结构与气体透过性之间的关系，反向定制特异性气调保鲜包装膜，使其能够自动调节包装内部O2和CO2气氛比例，抑制和降低果蔬的有氧呼吸，抑制微生物的繁殖和酶反应，达到延长果蔬保鲜期的目的。

果蔬在采后呼吸作用和微生物的影响下，品质会急剧下降。在果蔬保鲜包装中，可利用高分子薄膜对气体的分离性能帮助包装内快速建立并维持低O2高CO2微环境，抑制部分微生物的繁殖和强烈的有氧呼吸作用，达到延长保鲜期的效果。以生物可降解薄膜作为生鲜果蔬气调包装，延长保鲜期，对于环境保护和食品质量与安全保障都具有重要的意义。聚（L-乳酸）（PLLA）气体透过性中等，CO2/O2透过比低，用于包装高呼吸强度果蔬时易产生无氧呼吸和CO2中毒而导致腐败变质。在之前研究中发现，可以通过引入聚乙二醇等软段来改善PLLA的气体透过性，但O2透过量提升不明显，不利于PLLA在强呼吸速率果蔬包装中的应用。因此，本研究中利用聚硅氧烷（PS）的高气体透过性和高CO2/O2选择透过性的特点，制备系列高分子量PLLA-PS-PLLA嵌段共聚物。研究嵌段分子量、组分比、聚硅氧烷嵌段的取代基大小和极性以及成膜条件对PLLA-PS-PLLA薄膜的微相分离结构的影响，深入研究微相分离结构对薄膜H2O、CO2、O2等气体透过及选择透过性的影响机制。进一步提高材料的气体透过性，旨在制备特异性气调保鲜包装膜，包装体系可以自动调节包装内部O2和CO2气氛比例，延长果蔬保鲜期。.通过对PLLA进行嵌段修饰改性后，PLLA的透氧系数从0.70×10-8 cm3·m/m2·h·Pa提高到2.02×10-8 cm3·m/m2·h·Pa，提高了近3倍；CO2/O2透过比从3.24调节到5.90，水蒸气透过率降低，聚乳酸的柔顺性大幅度提高，延展性达到200%以上。进一步，依据改性材料的透过性能及采后绿叶蔬菜的呼吸强度结合米歇尔速率方程和动态平衡方程进行自发气调保鲜实验设计。结果表明在包装内外气体交换达到动态平衡状态时，PLLA改性薄膜可将包装内部气氛维持CO2：8～10%、O2：0.8～3%浓度，将茼蒿至少可贮藏18天；油菜和菠菜保鲜期也达到了30天；草莓的货架期延长至25天；巨峰葡萄的货架期达到30天以上。此外研究中发现改性材料还具备一定的疏水特性，进一步制备了具备超疏水性性能的PLLA 薄膜，降低了酸乳在包装材料上的粘附残留。