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GMT产业:茶多酚与塑料复合工艺的研究分析

 茶多酚是存在于茶叶中的混合物的总称,俗名茶单宁、茶鞣质。具有良好的生物学活性和多种药理作用,被验证是一种安全、绿色、无毒副作用的化合物。茶多酚属天然抗氧化剂,并且具有抗菌性,对人体无毒、无害、安全卫生。在食品工业、医药和保健、日化、轻化、精化等方面具有广阔的应用前景,但其在某些方面的应用还存在一定缺陷。所以,近年来有研究人员将茶多酚与碳酸钙、壳聚糖等物质进行复合而使其得到改性,从而得到了具有一定抗氧化性和抗菌性的新型茶多酚材料。


    塑料是指以高分子量的合成树脂为主要组分,加入适当添加剂,如增塑剂、稳定剂、阻燃剂、润滑剂、着色剂等,经加工成型的塑性材料,或固化交联形成的刚性材料。因其化学性质稳定、耐冲击性好,具有较好的透明性和耐磨耗性、适宜的阻隔性与渗透性以及易加工成型等许多优点而得到广泛应用。由于塑料自身的某些性质不能满足某些领域的要求而限制了塑料制品的使用范围。因此,开发新的功能型复合材料成为了热门研究课题。当前的研究主要集中在将绿色天然的茶多酚与塑料通过某种方法进行复合,使塑料具有了一定的抗氧化性和抗菌性。由茶多酚和几种塑料复合制成的茶多酚/塑料复合材料现已应用于食品活性包装、生物医疗等多个领域。

 一   茶多酚与各种塑料的复合工艺

 

 

1.1 聚丙烯与茶多酚


    聚丙烯是一种热塑性树脂,具有稳定的化学性能和良好的力学性能,但其也存在着冲击强度低、低温易脆断等缺点,因此对聚丙烯进行改性以提高其使用性能,对于扩展其应用领域有着重要的意义。Dicastillo等通过热压法,将聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、茶多酚按一定比例混合,然后用挤压机对其进行加工,之后置于真空干燥箱中烘干,制得了茶多酚/聚丙烯复合膜。洪贤良按一定配比将茶多酚与聚丙烯混合,用水平定向拉伸工艺,在纺丝机上进行复合纺丝,制成聚丙烯单丝试样。研究表明,当茶多酚加入量达到一定程度时,聚丙烯具有良好的抗菌功能,在空气净化方面具有广阔的应用前景。


1.2尼龙与茶多酚


    尼龙,也称聚酰胺纤维,具有良好的耐冲击强度、拉伸强度、耐化学性,被广泛应用于化工行业。叶佳梅等以尼龙为基体、茶多酚作抗菌剂、壳聚糖作改性剂,通过溶液涂膜法,先将尼龙和壳聚糖溶于甲酸,然后加入茶多酚进行混合;将该溶液涂覆在平板玻璃上,在室温条件下蒸发除去甲酸;再用氢氧化钠稀溶液浸泡;最后用蒸馏水反复清洗,烘干,得茶多酚/尼龙高分子薄膜。


1.3聚乙烯醇与茶多酚


    聚乙烯醇是一种水溶性高分子材料,具有良好的化学稳定性、生物相容性、成膜性,但其耐水性差、热稳定性低,性能介于塑料和橡胶之间,广泛用于纺织和化工行业。张礼华在室温条件下,将一定量聚乙烯醇在去离子水中溶胀一段时间后,将其升温至溶解完全,然后将茶多酚加入到溶解好的聚乙烯醇溶液中,控制聚乙烯醇和茶多酚配比,同时将温度稳定在92℃反应一定时间,搅拌并回流。将反应好的混合液均匀倒在玻璃平板上,放入真空烘箱中,烘干后即得到茶多酚/聚乙烯醇复合薄膜。蒋硕等采用流延法制备了茶多酚/聚乙烯醇复合薄膜,用蒸馏水将聚乙烯醇颗粒洗净,放入恒温鼓风干燥箱干燥12h。将干燥后的一定量聚乙烯醇溶于去离子水中,在25℃下恒温搅拌溶胀4h,随后加入甘油作为增塑剂,在95℃下搅拌至聚乙烯醇颗粒全部融化,冷却至室温即得聚乙烯醇混合溶液。最后将一定量的茶多酚加入该混合溶液,继续搅拌一定时间,干燥后得到茶多酚/聚乙烯醇复合薄膜,该复合膜具有良好的抗氧化、抗菌性,可作为一种食品包装材料。茶多酚改性后的聚乙烯醇膜具有良好的吸湿、抗氧化功能,可将其作为塑料复合薄膜内层或中间层应用于易氧化食品的包装,具有较好的市场前景。


1.4聚乳酸与茶多酚


    聚乳酸,也称聚丙交酯,是一种生物降解材料,因其具有良好的机械性能、相容性和可降解性,近年来广泛应用于医药和纺织领域。费燕娜等采用静电纺丝法,将茶多酚与聚乳酸按一定比例混合,从而制得具有良好抗菌性能的聚乳酸复合薄膜。先称取聚乳酸于具塞锥形烧瓶中,接着滴入一定量二氯甲烷,在室温下磁力搅拌至聚乳酸切片初步溶解后,称取一定量茶多酚加入到混合溶液中,继续在室温下磁力搅拌均匀后待用,将配好的纺丝液倒入溶液储存器中,进行静电纺丝,得到茶多酚/聚乳酸复合薄膜。研究表明,纯聚乳酸薄膜的抗菌性能并不十分明显,但添加茶多酚后抗菌性能得到明显提升,且随着茶多酚含量增加,抗菌性能不断提高。


1.5天然乳胶与茶多酚


    天然胶乳是一种热塑性合成树脂,具有良好的成膜性,并且制品具有弹性好、强度高、伸长率大,综合性能优异,可作为胶黏剂的基料。但其生产工艺复杂、回弹性差、易软化变形、力学强度低。因此,利用茶多酚对天然乳胶进行改性,对扩大其应用领域十分重要。屈洁昊等将茶多酚和埃洛石纳米管混合后用低速搅拌并超声处理,同时缓慢加入天然胶乳搅拌均匀,然后加入盐酸溶液将其成颗粒状,最后将其置于真空干燥箱中烘干,制得茶多酚/天然乳胶复合膜,研究结果表明,经茶多酚改性的天然胶乳拉伸强度、撕裂强度和定伸应力均显著提高。


1.6酚醛树脂与茶多酚


    酚醛树脂是热反应性低聚物,具有优良的耐热、耐酸、耐力学性能,被广泛应用于防腐、防火、黏结剂等领域,但其脆性较大、耐老化性能差。郑小辉将溶化的苯酚与茶多酚按一定比例加入三口烧瓶,然后加入一定浓度的氢氧化钠溶液,在50℃条件下搅拌,再加入一定量甲醛溶液,反应一定时间后使温度均匀地升至90℃,保温一段时间后再降温至80℃。再一次加入甲醛溶液,使反应温度升至90℃,保温一段时间,再使温度均匀升至100℃,然后降温到90℃,保温一段时间,当黏度达到要求后降温放料,烘干后得到茶多酚改性酚醛树脂。


1.7聚己内酯与茶多酚


    聚己内酯是由ε-己内酯开环聚合而成,具有良好的生物相容性和降解性,可用于药物控释、医疗器械等领域,但因其强度不高、降解缓慢、水溶性差且无功能基团,使其应用领域受限。赵淑环将材料置于真空干燥箱中干燥一段时间后,将茶多酚、壳聚糖、海藻糖、TiO2按一定比例与聚己内酯混合,用双螺杆挤出机混合挤出造粒,然后在热压机上热压成膜,得到聚己内酯/茶多酚复合膜。吴艳等先将乳酸和ε-己内酯混合,制备聚乳酸-聚己内酯共聚物;然后称取聚乳酸-聚己内酯共聚物,将其溶解于二氯甲烷中,加入茶多酚,与聚乳酸-聚己内酯共聚物溶液混合均匀,置于聚四氟乙烯板表面,放入恒温干燥箱干燥一段时间后,得到聚乳酸-聚己内酯/茶多酚复合膜。实验结果表明,茶多酚的加入在一定程度上使该复合膜的水蒸气阻隔性能和透明度下降,但却提高了膜的柔韧性,该复合膜可作为一种抗菌、抗氧化活性包装材料。


1.8乙烯-乙烯醇共聚物与茶多酚


    乙烯-乙烯醇共聚物具有耐热、耐油、耐溶等性能,最突出的是对气体的高阻隔性能,因此被用作包装材料广泛使用。Muriel-Galet等在50℃下将乙烯-乙烯醇共聚物溶解在正丙醇/水混合溶液中,同时将茶多酚加入成膜溶液中,然后用涂布辊将溶液在平坦的表面展开,再用热空气将其溶剂蒸发,得到茶多酚/乙烯-乙烯醇复合薄膜。样品膜的平均厚度为20μm,将其用铝箔包裹,存放在干燥的环境中待用。抗氧化性和抗菌性实验表明,该复合膜具有良好的抗氧化性和一定的抗菌性,可作为一种食品包装薄膜使用。

 二 结论与展望

 

 

    近年来茶多酚的应用受到国内外的广泛关注,因其具有良好的抗氧化性、抑菌性、保健和防腐保鲜等功能,广泛应用于医疗、食品、化工等领域。随着科技的进步和人们生活水平的提高,茶多酚的许多优异性能正在逐步被研究和开发,如将茶多酚和可降解的聚乳酸进行复合,大大提高了膜的抗氧化性,使其作为一种活性包装材料得以应用。


    目前,国内外对茶多酚和塑料的复合研究还处于初级阶段,对于茶多酚与几种常用塑料的复合工艺和复合后的材料性能还缺乏系统的研究,而对茶多酚与其他种类的塑料的复合工艺的相关报道还很少。所以对于茶多酚与常见塑料复合的工艺研究还需要进一步深入,同时,也要加强探索茶多酚与其他塑料复合的工艺,拓展其应用领域,从而使茶多酚与塑料复合技术更加成熟,进而使复合后材料的应用范围更加广泛。

 

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