Nano bạc/PHBHHx Bao bì phim: Làm thế nào pha trộn và hình thức phủ bề mặt ảnh hưởng đến kháng khuẩn và di chuyển bạc

Chức năng xác định hình thái: Lớp phủ bề mặt đạt được kháng khuẩn với hàm lượng bạc thấp hơn

Trong lĩnh vực bao bì thực phẩm và hóa chất hàng ngày, việc đưa bạc nano (Ag NPs) vào nhựa sinh học để cung cấp hoạt tính kháng khuẩn là một con đường kỹ thuật quan trọng cho bao bì hoạt động. Tuy nhiên, hình thái của vật liệu nano composite phải đáp ứng hai điều kiện cùng một lúc: cho phép bạc tiếp xúc hiệu quả với vi sinh vật để hoạt động kháng khuẩn, đồng thời kiểm soát việc di chuyển bạc trong giới hạn an toàn theo quy định. Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Packaging Technology and Science, sử dụng poly (3-hydroxybutyrate co-3-hydroxyhexanate) làm ma trận, đã so sánh một cách có hệ thống ảnh hưởng của hỗn hợp (bulk-mixed) và lớp phủ bề mặt (surface-coated) đối với chức năng của màng và hành vi di chuyển bạc.

Nghiên cứu sử dụng hai mô hình chuẩn bị. Trong mô hình pha trộn, bạc nano đi vào PHBHHx bằng cách ép đùn hỗn hợp nóng chảy, với mức bổ sung 0,2 wt. và 2,0 wt. và sau đó được đúc thành màng. Trong các mô hình phủ bề mặt, sự phân tán độ ẩm ổn định của bạc nano phủ PHBHHx (hàm lượng bạc 10 wt.% và 40 wt.% và kích thước hạt nhỏ hơn 300 nm) được chuẩn bị bằng microemulsion và bay hơi dung môi trước khi phủ 50 lớp trên màng cơ sở PHBHHx đùn bằng cách phun siêu âm. Viện nghiên cứu đã sử dụng kích thước hạt bạc nano hình cầu thương mại là 50 nm và so sánh các mẫu có hoặc không có lớp phủ PVP. Sự khác biệt giữa hiệu suất quang học và rào cản

Hình ảnh quang học và SEM cho thấy sự phân bố chung của các hạt nano trong cả hai mô hình là đồng nhất, nhưng có một mức độ đoàn tụ nhất định ở cả hai mô hình. Do hàm lượng bạc tuyệt đối cao hơn, màng hỗn hợp có sự khác biệt đáng kể so với màng phủ bề mặt về màu sắc, độ mờ và tốc độ truyền ánh sáng UV-Visible. Về tính chất rào cản, lớp phủ không đủ để ảnh hưởng đến khả năng rào cản oxy, nhưng hệ số thẩm thấu oxy của màng hỗn hợp giảm 15-31%. Kết quả này gợi ý rằng trong các ứng dụng đóng gói cần duy trì tính minh bạch, hình thái phủ bề mặt có lợi thế hơn về hiệu suất quang học; Và đối với các cấu trúc có nhu cầu rào cản, hình thái hỗn hợp có thể mang lại sự cải thiện rào cản oxy nhất định. Sự khác biệt giữa hoạt động kháng khuẩn và cơ chế di cư kết quả xét nghiệm kháng khuẩn cho thấy một hiện tượng trái ngược trực giác với hàm lượng bạc: mặc dù hàm lượng bạc thấp hơn nhiều, màng phủ bề mặt có hiệu quả ức chế sự phát triển của Staphylococcus aureus và E. coli, trong khi màng hỗn hợp không cho thấy đặc tính kháng khuẩn đáng kể. Các nhà nghiên cứu tin rằng điều này có liên quan chặt chẽ đến hiệu quả tiếp xúc của bạc với vi sinh vật ở cả hai dạng và cách bạc được giải phóng. Để giải thích sự khác biệt này, nghiên cứu đã thực hiện một nghiên cứu di cư chi tiết trong các mô phỏng thực phẩm khác nhau (10 v/v% ethanol và 3 w/v% axit axetic) bằng cách sử dụng phổ khối plasma kết hợp điện cảm đơn hạt (SP-ICP-MS). Kết quả cho thấy cơ chế di chuyển của các mô hình phủ bề mặt là giải hấp nhanh và hòa tan liên tục, trong khi các mô hình pha trộn bị chi phối bởi sự khuếch tán chậm. Sự khác biệt về cơ chế này có nghĩa là các hình thái phủ bề mặt có thể nhanh chóng giải phóng bạc có hoạt tính kháng khuẩn tại giao diện trong khi tổng lượng bạc của nó thấp hơn; Bạc ở dạng hỗn hợp được bọc trong ma trận, khuếch tán chậm giải phóng và khó hình thành nồng độ kháng khuẩn hiệu quả trong thời gian ngắn. Ý nghĩa của nghiên cứu này đối với ngành công nghiệp vật liệu đóng gói là nó đặt thiết kế hình thái của vật liệu nano composite và chức năng và an toàn trong cùng một khuôn khổ. Đối với bao bì hoạt động tiếp xúc với thực phẩm, tác dụng kháng khuẩn và an toàn di chuyển thường bị hạn chế lẫn nhau: tăng hàm lượng bạc có thể tăng cường khả năng kháng khuẩn, nhưng cũng có thể mang lại nguy cơ di chuyển vượt quá tiêu chuẩn. Nghiên cứu này cho thấy chức năng kháng khuẩn có thể đạt được ở hàm lượng bạc thấp hơn và điều chỉnh hành vi giải phóng thông qua cơ chế giải hấp-hòa tan thông qua hình thái phủ bề mặt, cung cấp những ý tưởng mới cho thiết kế công thức.

Từ quan điểm xử lý ổn định, mô hình pha trộn dựa vào sự pha trộn nóng chảy đùn, quá trình trưởng thành và dễ khuếch đại, nhưng sự phân tán và kiểm soát đoàn tụ của bạc nano trong quá trình xử lý nhiệt độ cao vẫn là chìa khóa; Các mô hình phủ bề mặt liên quan đến việc chuẩn bị vi nhũ tương và phun nhiều lần, với độ phức tạp của quá trình cao hơn, nhưng hiệu quả sử dụng bạc cao hơn. Cả hai con đường đều có sự lựa chọn, các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc tối ưu hóa hơn nữa hai phương pháp này hứa hẹn sẽ cải thiện tính linh hoạt của chế biến và thúc đẩy ứng dụng bao bì hoạt động an toàn hạ cánh. Trong bối cảnh giá trị ngày càng tăng của vật liệu tái chế và thiết kế tái chế, PHBHHx, như một polyester phân hủy sinh học, cung cấp một ứng cử viên cho bao bì hoạt động dựa trên sinh học, được kết hợp với bạc nano. Tuy nhiên, sự an toàn của việc tái chế và tái chế màng bạc nano vẫn cần được đánh giá kết hợp với dữ liệu di chuyển. Ngoài ra, làm thế nào các chất chống oxy hóa trong kịch bản tiếp xúc thực phẩm và hệ thống ổn định chế biến phối hợp với các thành phần kháng khuẩn nano bạc để tránh sự suy thoái oxy hóa và đổi màu trong quá trình chế biến, cũng là một vấn đề cần được quan tâm trong việc phát triển công thức. Nghiên cứu không đề cập đến tác động cụ thể của chất chống oxy hóa hoặc chất ổn định chế biến và các kết luận cần được xác minh trong các nghiên cứu tiếp theo.

Nguồn:Influence of Bulk‐Mixed and Surface‐Coated Morphologies on Functionality and Migration in Nano Ag/PHBHHx Packaging Films， Do Hợp Nhuận hóa chất chỉnh lý.