纳米银复合食品包装的性能及银团簇在聚乙烯中的迁移动力学

摘要

由于银的高抗菌性，纳米银复合食品包装材料具有较高的应用价值。包装材料中的纳米银的迁移使材料具有一定的抗菌性，但也可能存在食品安全隐患。本文自制了纳米银/低密度聚乙烯（low density polyethylene，LDPE）复合食品包装材料，并对其进行表征和性能测定，采用分子动力学理论，研究了银团簇在聚乙烯中的运动行为。具体研究内容如下：
　　（1）通过熔融共混的方法制作了纳米银/低密度聚乙烯复合食品包装薄膜，采用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）、原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AF M）对薄膜和纳米银粉进行了表征，同时测定薄膜的拉伸性能、透湿性、透光性、颜色，分析纳米银的存在对材料性能的影响。添加纳米银或光稳定剂783、抗氧剂B900会增加LDP E膜的粗糙度，降低LDP E膜的透光性；添加纳米银降低薄膜的断裂伸长率，增加LDP E膜的粗糙度，且使材料颜色偏暗偏黄；所添加的助剂对材料的颜色无影响，但会增加材料的粗糙度。
　　（2）利用贴膜法测试了LDPE基薄膜的抗菌效果，发现随着纳米银添加量的增大，薄膜的抗菌效果增加。通过菌落总数、肉汁液流失率、pH值等方面，分析了薄膜对生猪肉的保鲜效果。在3种自制的薄膜中，纳米银添加量越高，薄膜的抗菌效果越好，且降低生肉保鲜过程中的pH值变化幅度，但对生肉的汁液流失率没有影响。同时使用K-B法（纸片扩散法）测定了硝酸银（AgNO3）溶液、纳米银溶液的抗菌性能。纳米银溶液浓度在10?g·mL-1时抗菌效果良好，AgNO3溶液浓度在20?g·mL-1有抗菌效果。随着溶液浓度的增加，纳米银溶液和AgNO3溶液对同一种菌的抑菌圈均增大。对于同一种菌，相同浓度纳米银溶液比AgNO3溶液的抗菌效果好。
　　（3）介绍分子动力学模拟软件及蒙特卡洛计算方法。针对力场、系综、周期性边界条件、界面作用等方面，分析了银团簇在聚乙烯中扩散的分子动力学模拟条件。并对扩散分子动力学模拟的自由体积、均方位移、扩散系数进行分析。对于银团簇在聚乙烯中的分子动力学模拟，应选取截断半径为15.5?，使用Universal力场，先使用NPT系综对材料进行弛豫，后在NVT系综下进行分子动力学模拟。
　　（4）采用分子动力学理论，建立相关模型，分析银团簇在聚乙烯中的运行规律，以解释银团簇在材料中迁移的微观机理。分析自由体积可得，元胞中有较少的自由体积供银团簇进行扩散或移动；运动轨迹表明，银团簇在343K下的移动范围较在293K、313K下大；由均方位移曲线模拟得到不同温度下银团簇在PE中的扩散系数：D293K，Ag=6.78×10-9 cm2·s-1，D313K，Ag=4.38×10-9 cm2·s-1，D343K，Ag=2.02×10-8 cm2·s-1。343K时，银团簇的扩散系数最大。
　　（5）采用分子动力学理论，建立相关模型，分析银团簇在聚乙烯和水接触界面的运动情况，讨论了银团簇的运动轨迹及扩散系数。在接触界面上，银团簇的扩散系数为7.71×10-5 cm2·s-1，且比银团簇在PE内部的扩散系数大。由此推测，在迁移实验中，银的迁出有可能主要是材料表面银的溶出。

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1. 绪 论

1.1纳米银

1.2 纳米银复合食品包装

1.3 食品包装中纳米银的迁移研究

1.4 迁移模型及扩散分子动力学研究

1.5 选题背景及研究意义

1.6 本课题主要研究内容及创新点

2. 纳米银/低密度聚乙烯复合食品包装材料的制备和性能

2.1 材料及设备

2.2 相关软件

2.3 实验方法

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

3. 纳米银/低密度聚乙烯薄膜的抗菌保鲜性能

3.1 材料、试剂与仪器

3.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4. 分子动力学模拟理论

4.1 计算机模拟

4.2 蒙地卡罗计算方法

4.3 力场

4.4 系综

4.5 周期性边界条件

4.6 扩散分子动力学

4.7 本章小结

5. 银团簇迁移的分子动力学研究

5.1软件

5.2 内部扩散模型

5.3 界面相互作用模型

5.4 结果与讨论

5.5 本章小结

6 全文总结及展望

6.1 主要方法及结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表文章目录

致谢