硅酸盐材料对挤出吹塑淀粉/PBAT薄膜结构、理化特性及气体选择渗透性的调控机制

为解决生物可降解包装材料机械性能差、气体调控能力不足的问题，研究人员通过挤出吹塑技术将硅酸盐材料（如硅藻土、沸石等）引入淀粉/PBAT薄膜体系，显著提升了薄膜的力学强度（拉伸强度提高21.7%）、疏水性及气体选择性（CO2/O2渗透比达10.2），草莓保鲜实验验证其应用潜力，为果蔬保鲜包装提供了新材料解决方案。

　　

研究背景
全球塑料污染与化石资源枯竭问题日益严峻，开发可降解的生物基包装材料成为研究热点。淀粉因其可再生、低成本等优势被视为理想原料，但其脆性、耐湿性差等缺陷限制了应用。与聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)共混虽能改善加工性能，但气体调控能力仍不足，难以满足果蔬保鲜中对氧气(O₂)和二氧化碳(CO₂)渗透比的精准需求。硅酸盐矿物（如硅藻土、高岭土、沸石）因其独特的孔道结构和物理屏障效应，被认为可优化薄膜性能，但此前研究多聚焦溶液浇铸法，工业化更可行的挤出吹塑技术及其对气体选择性的影响尚未系统探索。

山东某高校团队在《Carbohydrate Polymers》发表研究，通过挤出吹塑技术制备了负载不同硅酸盐材料的淀粉/PBAT薄膜，系统评估了其对薄膜结构、理化特性及气体渗透行为的调控作用。研究发现，1%酸处理硅藻土使薄膜拉伸强度和断裂伸长率分别提升21.7%和22.2%，而1%沸石显著降低O₂渗透率55%，CO₂/O₂选择性比达10.2，草莓保鲜实验证实其延长货架期的潜力。

关键技术方法
研究采用挤出吹塑法制备薄膜，通过扫描电镜-能谱(SEM-EDX)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)表征材料结构，激光粒度仪分析粒径，差示扫描量热法(DSC)评估热性能，并测试力学强度、接触角及气体渗透率，最后以草莓为模型验证保鲜效果。

研究结果

1. 硅酸盐材料特性分析
   酸处理硅藻土(Diatomite T)表面羟基增多，比表面积达41.2 m²/g；沸石因微孔结构呈现最高CO₂吸附量。

2. 薄膜结构与性能

• 力学性能：1%硅酸盐填充量效果最优，酸处理硅藻土使薄膜形成致密“砖-墙”结构，拉伸强度达38.7 MPa。
• 疏水性：硅酸盐使水接触角提高20°以上，4000目偏高岭土薄膜吸水率降低34%。
• 气体渗透性：沸石薄膜的CO₂渗透率(14.2×10^?15 cm³·cm/cm²·s·Pa)显著低于O₂(1.39×10^?15)，选择性比达10.2。

1. 保鲜应用
   硅酸盐薄膜包装的草莓在4℃下贮藏7天后，腐烂率较对照组降低60%，且硬度保持更好。

结论与意义
该研究首次系统揭示了硅酸盐材料在挤出吹塑淀粉/PBAT薄膜中对气体选择渗透性的调控机制，酸处理硅藻土通过增强界面粘附提升力学性能，沸石则依靠分子筛效应实现CO₂/O₂选择性阻隔。研究成果为开发高性能生物基保鲜薄膜提供了理论依据和技术路径，推动可降解包装在精准气调领域的应用。