Page 79 - 《精细化工》2022年第11期
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第 11 期                         张素风，等:  纤维素基包装阻隔膜的研究进展                                   ·2229·


            3.1   纤维素醚基阻隔膜                                     阻力。KLANGMUANG 等        [48] 通过将蒙脱土、茶树精
                 羧甲基纤维素（CMC）、羟乙基纤维素、羟丙                         油和蜂蜡添加到 HPMC 基质中，制备了具有阻隔和
            基纤维素等烷基纤维素是目前具有代表性的纤维素                             抗菌功能的纳米复合膜，复合膜的 WVP 为 1.057×
                                                                           2
                                                                 –7
            醚 [40] ，广泛应用于食品和医用防护的阻隔领域，成                        10 g·cm/(cm ·s·Pa)。其中，蜂蜡可以降低水分子在
            膜方法常采用物理共混或化学交联。CMC 水溶液黏                           包装膜表面的吸附，具有一定的防潮性，而蒙脱土纳
            稠而透明，成膜致密性好及具有黏附作用，能够形                             米片能够降低气体分子在膜内部的扩散速率，这种多
            成稳定的纤维结构，是多糖阻隔膜的重要基质。制                             组分的协同作用构筑了致密的内部结构和低表面能
            备阻隔膜时，常以水为反应溶剂，与天然抗菌的植                             的复合膜，可以同时提高膜的氧气和水蒸气阻隔性。
            物多酚、含有大量氨基和羟基的动物胶原及金属粒                             3.2   纤维素酯基阻隔膜
            子进行复合，形成氢键或发生席夫碱反应，赋予阻                                 纤维素酯类物质主要包括硝酸酯、醋酸酯、磺
            隔膜物理、机械、光学和阻隔性能、抗菌性                     [41-42] 。   酸酯，以及作为众多接枝改性反应中间物的醛基化纤
                 SIBEL等  [43] 制备了甲基纤维素/香芹酚/蒙脱石                 维素  [49-50] ，其中，醋酸纤维素（CA）被广泛使用           [51-52] 。
            （MC/CRV/MMT）纳米复合食品包装薄膜。香芹酚                         这些纤维素衍生物改善了纤维素的溶解性，提高了纤
            在发挥抗菌作用的同时更是 MMT 和 CMC 的良好黏                        维素的利用率，拓展了纤维素材料的应用领域。
            合剂，能很好地黏附纤维素和二维片层的蒙脱石，                                 CA 作为一种乙酰化改性的人造纤维，其溶液透
            延长复合薄膜的氧气和水蒸气的扩散路径，增强包                             明且光泽好，可溶于多种常见的溶剂。CA 膜的多孔
            装膜的阻隔性和抗菌性。TABARI             [44] 将 CMC 与鱼明       性、大的比表面积、易加工和熔融流动性使其富有
            胶共混，复合膜综合性能较纯纤维素膜有很大提升。                            一定的竞争力以替代传统的石油基聚合物包装阻隔
            明胶与 CMC 上的羟基和羧基形成氢键，由于分子                           膜。ZHOU 等    [28] 以壳聚糖（CS）、SiO 2 纳米粒子为
            间的多重氢键作用，减少了水分子和氧气分子从分                             功能粒子，制备了多元复合的 CA 阻隔膜。添加质
            子链中的快速扩散，从而增强了膜的阻隔性。                               量分数为 15%的 CS 使 CA 膜的氧气透过量降低了
            YADOLLAH 等    [45] 将 CMC 溶液与 AgNPs、ZnONPs          83.5%，应力和应变分别达到 26.5 MPa 和 22.2%。
            和 CuO 纳米粒子（CuONPs）等金属纳米粒子共混，                       SiO 2 纳米粒子的沉积能够降低薄膜的水分敏感性，
            增强了 CMC 膜的阻隔性。研究认为，这种复合膜                           复合膜具有良好的耐氧和耐水性能。
            中的金属纳米粒子本身具有气体不渗透性，可以填                                 与未改性的醋酸纤维素相比，经长链分子疏水
            充 CMC 的孔隙；另外金属纳米粒子的交联降低了                           改性后的膜，阻隔性能更加突出。TEDESCHI 等                  [53]
            CMC 纤维素链的流动性，其结构能抵抗水蒸气扩                            将油酸酯接枝到 CA 的重复单元上形成了共价键，
            散，赋予阻隔膜更好的阻氧耐湿性。                                   在内部产生更紧密的层状结构，延长了气体扩散路
                 羧甲基纤维素的另一个优势是含有羧酸盐结构                          径。借助油酸酯的长链疏水结构降低复合膜的表面
            的水溶液易与其他基团进行交联反应。SHAHBAZI                          能，首先削弱了液态水在膜表面的吸附作用，WVP
            等 [46] 通过两种交联方法对 CMC 膜进行改性，发现                      降低了 76%，OP 降低了 90%，阻止水蒸气渗透的
            UV 光交联和化学交联处理都可以显著降低 CMC 薄                         同时也降低了氧气透过性。
            膜的水蒸气透过性。其中，光交联对阻隔性的提升                                 醛基化纤维素的活性更强，常作为接枝反应的
            效果更显著。这可能是由于表面光交联导致 CMC                            中间产物，有利于无机粒子或抗菌剂与纤维素良好
            链之间形成了强的分子间桥作用，产生了坚固的刚                             的复合。GU 等     [54] 尝试构筑低毒性的含银纳米粒子的
            性结构，降低了基团活性即减小了膜内部结构的自                             醛基化纤维素基活性包装膜，提出将氨基封端的超支
            由体积，对水蒸气分子的扩散形成了一条曲折的路                             化聚酰胺（HPAMAM）作为黏合剂，还原 AgNO 3 溶
                                          2
            径，WVP 从 8.19×10     –7   g·cm/(cm ·s·Pa)降至 9.00×    液以制备 AgNPs 并使其稳定在 HPAMAM 分子链结
                         2
            10 –9  g·cm/(cm ·s·Pa)。WANG 等 [47] 采用便捷的冻融         构中，然后通过醛基和氨基的席夫碱反应将制备的
            法，将 CMC 溶液用体积分数为 2%的硫酸溶液进行                         Ag@HPAMAM 纳米粒子（Ag@HPAMAM NPs）接
                                                               枝在纤维素上。由于 Ag@HPAMAM NPs 的加入，
            冷冻-解冻重复 3 次，在酸的作用下羧酸钠被质子化，
                                                               薄膜表现出理想的力学性能，还具有更好的阻隔性
            纤维素之间产生更多的羟基位点，形成更加紧密的
                                                               能，氧气透过量和水蒸气透过量显著降低，用此薄
            氢键网络结构，得到的纤维素膜不仅透明而且降低
                                                               膜包装的圣女果货架期可以延长 9 d。
            了水分敏感性，从而提高了阻隔性。
                 羟丙基甲基纤维素（HPMC）是一种可再生的、
                                                               4   纳米纤维素基包装阻隔膜
            大量可用的非离子植物衍生物，具有良好的机械性
            能和高效的脂质屏障，对水蒸气的渗透具有中等的                                 相对于纤维素及其衍生物较为宏观的尺度，纳
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