Nanosilber-/PHBHHx-Verpackungsfolien: Wie Co-Mischung und Oberflächenbeschichtungsformen Antibakterialität und Silbermigration beeinflussen

morphologisch bestimmende Funktion: Oberflächenbeschichtung mit niedrigerem Silbrigehalt zur Erreichung antibakterieller

Im Bereich der Lebensmittel- und Tagesverpackung ist die Einführung von Nanosilber (Ag NPs) in Bioplastik, um antibakterielle Aktivität zu verleihen, ein wichtiger technologischer Weg zur aktiven Verpackung. Die Form eines Nanokompositmaterials muss jedoch gleichzeitig zwei Bedingungen erfüllen: Silber muss effektiv in Kontakt mit Mikroben stehen, um eine antibakterielle Wirkung zu spielen, während die Silbermigration innerhalb der gesetzlichen Sicherheitsgrenzen gesteuert wird. Eine in der Fachzeitschrift Packaging Technology and Science veröffentlichte Studie, basierend auf Poly(3-Hydroxybutyrat-co-3-Hydroxyhexalat) (PHBHHx), verglich die Auswirkungen von Bulk-Mixed und Surface-Coated auf die Funktionalität der Folie und das Silbermigrationsverhalten.

Die Studie basiert auf zwei Vorbereitungsmodellen. In dem Co-Mischmodell wird Nanosilber durch Extrusionsschmelzen in PHBHHx mit einer Zusatzmenge von 0,2 Gew.-% und 2,0 Gew.-% gemischt und dann in eine Folie gepresst. Im Oberflächenbeschichtungsmodell wird zunächst eine stabile wasserliche Dispersion von PHBHHx mit Nanosilber (Silbrigehalt von 10 Gew.-% und 40 Gew.-%, Partikelgröße kleiner als 300 nm) durch Mikroemulsion und Lösungsmittelverdampfung vorbereitet und dann 50 Schichten auf die extrudierte PHBHHx-Basismembran durch Ultraschallbeschichtung beschichtet. Das Institut verwendet kommerzielle kugelförmige Nanosilberpartikel mit einer Größe von 50 nm und vergleicht Proben ohne PVP-Beschichtung.

Unterschiede zwischen optischen und blockierenden Eigenschaften

Optische und SEM-Bilder zeigen, dass die Nanopartikel in beiden Modellen allgemein gleichmäßig verteilt sind, jedoch ein gewisses Maß an Reunion vorhanden ist. Aufgrund des höheren absoluten Silbrigehalts unterscheiden sich die Co-Mischfolien erheblich von den Oberflächenbeschichteten in Bezug auf Farbe, Undurchsichtigkeit und UV-sichtbare Lichtdurchlässigkeit. In Bezug auf die Blockierungseigenschaften ist die Beschichtung nicht ausreichend, um die Sauerstoffblockierung zu beeinflussen, aber der Sauerstoffpenetrationskoeffizient der Co-Mixture wurde um 15-31% reduziert. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass in Verpackungsanwendungen, in denen Transparenz aufrechterhalten wird, die Oberflächenbeschichtungsformen in optischer Leistung vorteilhafter sind; Für Strukturen mit Blockierbedarf kann die gemischte Form eine gewisse Sauerstoffblockierverbesserung bringen.

Antimikrobielle Aktivität und Migrationsmechanismus

Antimikrobielle Testergebnisse zeigen das intuitive Gegenteil des Silbrigehalts: Trotz des deutlich niedrigeren Silbrigehalts unterdrückt die oberflächenbeschichtete Membran das Wachstum von Staphylococcus aureus und E. coli effektiv, während die Co-Mixed-Membrane keine offensichtlichen antibakteriellen Eigenschaften zeigen. Die Forscher glauben, dass dies eng mit der Effizienz des Kontakts von Silber mit Mikroben und der Freisetzung von Silber in beiden Formen verbunden ist. Um diesen Unterschied zu erklären, führte die Studie eine detaillierte Migrationsstudie in verschiedenen Nahrungsmittelimulaten (10 v / v% Ethanol und 3 w / v% Essigsäure) mit einer induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometrie (SP-ICP-MS) durch. Die Ergebnisse zeigten, dass der Migrationsmechanismus des Oberflächenbeschichtungsmodells eine schnelle Absorption und eine kontinuierliche Lösung war, während das Co-Mischmodell eine langsame Diffusion hatte. Dieser mechanische Unterschied bedeutet, dass die Oberflächenbeschichtungsform eine schnelle Freisetzung von Silber mit antibakterieller Aktivität an der Grenzfläche ermöglicht, während der Gesamtsilberverbrauch geringer ist. Silber in gemischter Form ist mit einem Matrix umhüllt, die Diffusion wird langsam freigegeben, was es schwierig macht, eine effektive antibakterielle Konzentration kurzfristig zu bilden.

Enthüllungen für das Design von Polymerhilfsmitteln und Verpackungsmaterialien

Die Bedeutung der Studie für die Verpackungsmaterialienindustrie besteht darin, dass sie das morphologische Design und die Funktionalität und Sicherheit von Nanokomposites im gleichen Rahmen berücksichtigt. Bei Verpackungen, die mit Lebensmitteln in Kontakt stehen, begrenzen sich oft die antibakteriellen Wirkungen und die Migrationssicherheit gegenseitig: Ein erhöhter Silbergehalt kann die antibakterielle Resistenz erhöhen, kann aber auch das Risiko einer Migrationsüberschreitung verursachen. Diese Studie zeigt, dass eine antibakterielle Funktion bei niedrigeren Silbrigehalten durch eine Oberflächenbeschichtungsform erreicht werden kann und das Freisetzungsverhalten durch einen Absorption-Solution-Mechanismus reguliert wird, was neue Ideen für die Formulierung bietet.

Aus der Sicht der Bearbeitungsstabilität basiert das Co-Mischmodell auf der Extrusionsschmelze-Co-Mischung, der Prozess ist reif und leicht zu vergrößern, aber die Dispersions- und Reunion-Kontrolle des Nanosilbers bei der Hochtemperaturverarbeitung ist immer noch entscheidend; Das Oberflächenbeschichtungsmodell umfasst die Vorbereitung von Mikroemulsionen und mehrfache Beschichtungen mit höherer Prozesskomplexität, aber eine effizientere Verwendung von Silber. Jeder der beiden Wege hat einen Kompromiss, und die Forscher weisen auch darauf hin, dass die weitere Optimierung beider Methoden die Flexibilität der Verarbeitung erhöhen und sichere aktive Verpackungsanwendungen fördern kann.

Vor dem Hintergrund des zunehmenden Werts auf Recycling und Recycling-Design bietet PHBHHx als biologisch abbaubarer Polyester in Kombination mit Nanosilber eine Kandidatur für biologisch aktive Verpackungen. Die Recycling- und Recyclingsicherheit von Nanosilberfilmen muss jedoch in Verbindung mit Migrationsdaten bewertet werden. Darüber hinaus ist die Frage, wie Antioxidantien und Bearbeitungsstabilisierungssysteme in Lebensmittelkontaktszenarien mit Nanosilber-antibakteriellen Komponenten zusammenwirken, um den oxidativen Abbau und die Verfärbung während der Verarbeitung zu vermeiden, ein Problem, das bei der Rezepturentwicklung zu beachten ist. Die Studie hat keine spezifischen Auswirkungen von Antioxidantien oder Verarbeitungsstabilisatoren berücksichtigt, und die Schlussfolgerungen müssen in der Folgearbeit überprüft werden.

Quelle der Informationen: Influence of Bulk‐Mixed and Surface‐Coated Morphologies on Functionality and Migration in Nano Ag/PHBHHx Packaging Films， Durch befeuchtete Chemiker aufgeräumt.