壳聚糖/植物蛋白复合包装膜的制备与性能研究

摘要

当前各种塑料包装膜由于白色污染、降解塑料的局限性和矿物资源的枯竭等问题正面临着环保性和安全性方面的挑战,包装膜因更高的环保性和安全性已成为新的研究热点。本课题采用天然生物降解高分子材料壳聚糖、大豆分离蛋白和玉米醇溶蛋白为主要原料,采用溶液共混法制备壳聚糖/大豆分离蛋白、壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合包装膜,确定最佳制备工艺条件,并测试表征其结构与性能;研究了丙三醇、戊二醛对壳聚糖/大豆分离蛋白、壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合包装膜力学性能、光学性能、吸水性的影响。主要结论如下:
　　 在壳聚糖/大豆分离蛋白复合包装膜中,通过正交试验和单因素试验分别讨论了壳聚糖/大豆分离蛋白质量比、溶液pH值、大豆分离蛋白超声时间(min)、成膜温度(℃)四个因素对复合膜拉伸强度的影响,最终确定制备壳聚糖/大豆分离蛋白复合膜的最佳制备工艺条件:壳聚糖/大豆分离蛋白质量比为9:1,溶液pH值为4,大豆分离蛋白超声时间为20min,成膜温度为40℃。此时壳聚糖/大豆分离蛋白复合膜的拉伸强度为96.5MPa,断裂伸长率为5.55％,水蒸气透过率为1950.837g/m2·24h,均优于纯壳聚糖膜;透光率为88％,较纯壳聚糖膜略有下降。
　　 在壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合包装膜中,通过正交试验和单因素试验分别讨论了壳聚糖/玉米醇溶蛋白质量比、成膜温度(℃)和膜液搅拌温度(℃)三个因素对复合膜拉伸强度的影响,最终确定制备壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合膜的最佳制备工艺条件:壳聚糖/玉米醇溶蛋白质量比为9:1,膜液搅拌温度为40℃,成膜温度为60℃。此时,壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合膜的拉伸强度为50.4MPa,透光率为90％,较纯壳聚糖膜略有降低;断裂伸长率为5.84％,水蒸气透过速率为1786.332g/m2·24h,较纯壳聚糖膜略有提高。
　　 增塑剂丙三醇改善了壳聚糖/大豆分离蛋白、壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合包装膜的力学性能,使其综合性能较佳。当丙三醇体积分数为0.1％～0.15％时,两种复合膜的综合力学性能较好,壳聚糖/大豆分离蛋白复合膜的拉伸强度在50MPa左右,断裂伸长率20％左右;壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合膜的拉伸强度在30MPa左右,断裂伸长率20％左右;当丙三醇体积分数为0.15％时,壳聚糖/大豆分离蛋白复合膜的透光率为89.3％,相比于没有添加丙三醇的壳聚糖/大豆分离蛋白复合膜(透光率为88％)有所上升,由此可知:丙三醇对壳聚糖/大豆分离蛋白复合膜的增塑效果较好。
　　 戊二醛交联两种复合膜的红外谱图可知:戊二醛与壳聚糖/大豆分离蛋白复合膜、壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合膜发生了强烈的交联反应,生成了新键[C=N]。
　　 交联剂戊二醛改善了壳聚糖/大豆分离蛋白、壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合包装膜的力学性能。随着戊二醛体积分数的增大,壳聚糖/大豆分离蛋白复合膜、壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合膜的拉伸强度增大,断裂伸长率减小,透光率降低,吸水性降低。戊二醛的加入改善了壳聚糖/大豆分离蛋白复合膜、壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合膜的综合性能,尤其是在耐水性方面。当戊二醛的体积分数在0.15％～0.20％之间时,壳聚糖/大豆分离蛋白复合膜综合性能较佳。戊二醛的体积分数在0.10％～0.15％之间时,壳聚糖/玉米醇溶蛋白复合膜综合性能较佳。