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高透光性全生物质基薄膜的制备与表征

普通塑料制品在自然环境条件下难以降解，易于造成环境污染加

剧，逐步限制塑料包装的使用，积极开发食品绿色包装材料已成为食

品包装行业发展的趋势。食品绿色包装材料，即可再生、可循环、可

降解且不影响食品安全的包装制品，其原料主要包括天然高分子以及

可降解的合成高分子等生物质基材料。

瓜尔胶是从一种豆科植物种子的胚乳中提取得到的天然高分子

物质，相对分子质量通常在100万～200万之间，主链由β-14-糖苷

键与甘露糖相互连接而形成。瓜尔胶成膜性好，胶液黏度大，分子上

具有大量羟基，易于降解，是优异的可降解薄膜原料。

纳米微晶纤维素（NCC）主要由植物纤维制备，具有优异的可生

物降解性和生物相容性，是一种非常好的纳米填料，可用于明胶、壳

聚糖和纤维素纤维等的增强[6-7]。何依谣利用聚乳酸和纳米纤维素制

备可降解型食品包装薄膜，其具有良好的力学性能、透湿透氧性、阻

隔性能。罗卫华等以自制的、经乙酸乙烯酯和丙烯酸丁酯改性后的

NCC为原料，通过加入聚乳酸制得聚乳酸基纳米复合薄膜。与纯聚乳

酸相比，该复合薄膜的拉伸强度提高了43.3%，模拟体液中复合材料

降解速率降低，而在土壤中其生物降解加快。Rahmat等利用乙烯基

三甲氧基硅烷接枝改性的聚乳酸和NCC，通过静电纺丝法制备可生

物降解型纳米复合薄膜，纳米纤维素与硅烷化聚乳酸相容性良好，复

合薄膜的机械性能明显改善。

瓜尔胶与NCC经流延法自组装而成的复合薄膜可以满足食品包

装薄膜技术标准的要求，但复合薄膜的透光度和尺寸稳定性较差。本

研究以瓜尔胶和NCC为原料，利用戊二醛交联和流延法制备具有高

透光度的全生物质基复合薄膜。通过红外光谱仪、X射线衍射仪、紫

外可见光谱仪和扫描电子显微镜分别对薄膜表面基团、结晶结构、透

光度和表面形貌进行表征;通过拉伸强度和溶胀性能的研究，评估了

戊二醛用量对薄膜机械性能和吸湿性能的影响。

1实验

1.1材料和仪器

戊二醛水溶液（质量分数50%），购自麦克林北京化学试剂公

司;NCC，使用硫酸法制备;瓜尔胶（分析纯），购自河北天时化工有限

公司。本实验中所用的溶剂均为去离子水。

红外光谱仪，SpectrumOne，珀金埃尔默股份有限公司;X射线衍

射仪，TZY-Xrd，日本理学公司;超高分辨冷场发射扫描电子显微镜，

Hitachi-SU8220，日本日立公司;紫外可见光谱仪，UV2580，日本岛津

公司;万能材料试验机，*****，MTS系统有限公司。

1.2全生物质基复合薄膜的制备

称取98g去离子水并置于500mL的烧杯中，在磁力搅拌下加入

2g瓜尔胶，使瓜尔胶均匀溶解于去离子水中，得到质量分数为2.0%

的瓜尔胶水溶液。将戊二醛水溶液加入到NCC分散液中，控制NCC

分散液中戊二醛用量分别为0.2%、0.4%、0.8%、3.2%和6.4%，NCC质

量分数为0.6%。将含戊二醛的NCC分散液与瓜尔胶溶液混合，然后

用均质机均质，均质速度为*****r/min，然后用脱泡机脱泡2min。采

用流延法在基带上形成均匀的液态薄膜，薄膜经加热后剥离。薄膜制

备示意图见图1。

1.3薄膜的表征

（1）红外光谱从薄膜中央剪取1cm×1cm的样品，固定于样品

台上，扫描范围为500～4000cm-1，扫描速度为4cm-1/s。

（2）X衍射能谱从薄膜中央剪取1cm×1cm的样品，粘到石英

玻璃片上，选取2θ为5°～40°的范围进行扫描，扫描速度为10°/min。

（3）扫描电镜从薄膜中央剪取5mm×5mm的样品，用离子溅

射仪对样品进行喷金处理，溅射时间为20s。然后在电压为15kV的

条件下观察薄膜的表面和断面形貌。

（4）光学性能采用紫外可見光谱仪来表征薄膜的光学性能，波

长范围为300～900nm。每个样品选取5个点，然后取平均值。

（5）拉伸强度按照*****—2标准，将薄膜裁剪成长度180mm、

宽