用于包装应用的添加红茶的淀粉/PVA混合膜的制备与性能表征

《Journal of Vinyl and Additive Technology》：Fabrication and Characterization of Starch/PVA Blend Films Reinforced With Black Tea for Packaging Applications

本研究利用茶渣提取物增强的土豆皮淀粉和聚乙烯醇制备生物塑料薄膜，显著提升力学性能（拉伸强度达13.42 MPa，接近LDPE）及阻水性（吸水率118.07%），迁移量低于欧盟标准，FTIR和SEM证实氢键结合与结构稳定性，为可降解包装材料提供创新方案。

　　

摘要

传统的石油基塑料年产量超过4亿吨，由于其不可生物降解的特性和持续的污染，对环境造成了严重挑战，因此需要开发创新的生物基替代品。本研究通过将土豆皮淀粉和聚乙烯醇（PVA）与红茶废弃物提取物（BTWE）以0.5%–2.0%（w/v）的比例混合，并使用甘油作为增塑剂，通过溶液浇铸法制备了生物塑料薄膜。通过GC–MS分析BTWE，发现了44种生物活性化合物，包括2-羟甲基-5-呋喃（34.02%）和咖啡因（9.29%）。使用标准的ASTM/ISO方法对薄膜的机械性能、阻隔性能、光学性能、摩擦性能、迁移性能和结构性能进行了全面评估。主要研究结果表明：随着BTWE浓度的增加，拉伸强度从8.35 MPa（对照组）提高到了13.42 MPa（2.0% BTWE），接近低密度聚乙烯（LDPE）的水平（10–21 MPa）；断裂强度达到3.95 kg/cm2（1.0% BTWE），符合商业标准（2–5 kg/cm2）；伸长率达到了692%，表现出良好的柔韧性。通过多酚-聚合物之间的氢键作用，水的吸收率降低到118.07%（1.5% BTWE组 vs 155.92% 对照组）；迁移率保持在1.79 mg/dm2以下，符合欧盟规定的限值（10 mg/dm2）；薄膜厚度从0.124 mm增加到0.152 mm。扫描电子显微镜（SEM）显示薄膜表面粗糙度逐渐均匀，傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实了氢键的增强作用；1.5% BTWE的配方优化了薄膜的性能。总体而言，这项工作提供了一种可扩展、环保且科学可靠的策略，将生物废弃物转化为高质量的生物塑料薄膜，用于高端包装应用，从而为环境保护和材料创新做出了重要贡献。

亮点

• 采用PP淀粉和BTWE通过溶液浇铸法制备了环保型生物塑料薄膜。
• GC–MS分析显示BTWE含有44种化合物，其中2-羟甲基-5-呋喃（2-HMF）和咖啡因（5-HMF）为主要成分，占比分别为34.02%和9.29%。
• 拉伸强度提高了61%，达到13.42 MPa，断裂强度达到3.95 kg/cm2，与LDPE相当。
• 1.5% BTWE配方使水的吸收率降至118.07%，并提高了防潮性能。
• FTIR和SEM证实了薄膜中存在强氢键以及良好的结构完整性。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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