基于木质素与天然蜡的有机超疏水涂层：打造易清洁可持续食品包装新方案

《Food Packaging and Shelf Life》：Organic superhydrophobic coatings for slippery, sustainable packaging from lignin and natural waxes

本文推荐一种由蜂蜡、巴西棕榈蜡和木质素构建的有机超疏水涂层（OSC），通过喷涂技术在PET基材上形成微纳结构（WCA达160.4±1.1°，SA低至5°），显著提升防残留性能。该涂层经磨损测试保持超疏水性，且细胞毒性低，为减少食品浪费、降低塑料清洗能耗提供绿色解决方案。

　　

亮点

材料

蜂蜡由World Chemical Fareast Co., Ltd.（泰国）提供，巴西棕榈蜡购自Krungthepchemi公司（泰国）。软木硫酸盐木质素（BioPiva?100）取自UPM Biochemicals（芬兰）。丙酮和正己烷（分析纯）购自泰国V.S. Chem House公司，PET片材由泰国Eastern Pioneer Sales and Service Co., Ltd.供应。实验所用液态食品包括蜂蜜（泰国皇家吉特拉达龙眼花蜜）、牛奶和番茄酱。

天然蜡/木质素复合材料对水接触角（WCA）和表面形貌的影响

天然蜡/木质素复合材料被制备用于构建可持续的易滑爽包装表面。为评估样品表面滑爽性，我们通过测定未涂层和涂层PET片材的水接触角来研究其润湿性。表2展示了未涂层与涂层PET片材的水接触角及表面粗糙度（R_a、R_z和S_q）结果。未涂层PET片材显示出较低的水接触角，仅为73.4±2.2度。这归因于PET化学结构中的酯基团，使其具有相对较高的表面能，从而导致亲水性和较差的防残留性能。相比之下，所有经过有机超疏水涂层（OSC）处理的PET片材均表现出显著更高的水接触角（均超过150度），这明确证实了超疏水表面的成功构建。在研究的各种蜡/木质素组合中，蜂蜡-木质素复合材料（0.30克蜂蜡与0.15克木质素复合）实现了最高的水接触角，达到160.4±1.1度，同时滑动角（SA）低至5度。这一卓越性能可归因于蜂蜡-木质素涂层形成了理想的微米/纳米复合粗糙结构，以及涂层材料固有的低表面能特性。

结论

对塑料片材进行有机溶剂涂层（OSC）处理后，评估了其在食品包装应用中的超疏水和自清洁能力。制备OSC的最佳条件为：使用0.15克软木木质素、0.3克蜡和10毫升有机溶剂，通过超声波探头在85°C下处理2分钟。木质素/天然蜡复合材料显著改善了PET片材的超疏水和自清洁特性。微纳结构和表面能是赋予涂层表面超疏水性能的两个关键因素。