通过延长水浸泡后处理时间来提高聚乙烯醇/古吉拉特藤提取物/硼酸生物聚合物薄膜的柔韧性

《Case Studies in Chemical and Environmental Engineering》：Enhancing the flexibility of polyvinyl alcohol/ Uncaria gambir extract/boric acid biopolymer films via prolonged water immersion post-treatment

聚乙烯醇（PVA）薄膜通过混合鸡血藤提取物（UG）和硼酸（BA）增强抗紫外线和阻湿性，但存在脆性问题。本研究采用 prolonged water immersion 处理，发现浸泡7天后薄膜的断裂伸长率从43%提升至150%， toughness 达58.1 MJ/m3，同时保留超过90%的紫外线屏蔽效率。FTIR 和 XRD 分析表明，水处理促使氢键重构和结晶度降低，改善链段运动性。

　　PVA/UG/BA薄膜的机械性能和功能特性在环保包装材料研究中具有重要意义。这些材料因其优异的紫外线屏蔽能力和水分阻隔性能而备受关注，但其脆性限制了其在实际应用中的适用性。为此，研究者们提出了一种简单且有效的后处理方法——长时间水浸泡，以改善PVA/UG/BA薄膜的柔韧性。本研究通过一系列实验验证了该方法的有效性，并揭示了其背后的机制。

在实验中，研究团队首先制备了PVA/UG/BA薄膜，并在未经过水浸泡处理的情况下测试了其基本性能。结果显示，原始薄膜具有较高的拉伸强度（57.7 MPa）和模量（3.7 GPa），但其断裂伸长率仅为约43%，韧性为20.2 MJ/m3。这些数据表明，虽然薄膜在物理性能上表现良好，但其柔韧性较差，无法满足实际包装需求。因此，研究团队引入了水浸泡处理，以期通过调整薄膜的微观结构，改善其机械性能。

水浸泡处理后，薄膜的拉伸强度和模量显著降低，分别降至41.2 MPa和1.94 GPa，而断裂伸长率和韧性则大幅提高，分别达到约150%和58.1 MJ/m3。这种性能变化表明，水浸泡能够有效促进聚合物链的移动，降低氢键的密度，并增强薄膜的延展性。此外，研究团队还发现，水浸泡并未显著影响薄膜的紫外线屏蔽能力和水分阻隔性能，这说明该处理方法在提升柔韧性的同时，保留了薄膜的关键功能特性。

为了进一步理解水浸泡对薄膜性能的影响，研究团队采用了多种分析手段。首先，通过紫外-可见光谱（UV-Vis）测试，研究了薄膜的紫外线屏蔽效果。结果表明，即使在水浸泡处理后，PVA/UG/BA薄膜仍能有效阻挡紫外线，其紫外线屏蔽效率超过90%。这说明水浸泡并未破坏薄膜中的活性成分，反而可能通过促进分子重排，提高了其对紫外线的吸收能力。

其次，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析揭示了水浸泡对薄膜中氢键和官能团相互作用的影响。研究发现，水浸泡处理后，羟基（–OH）和羰基（C=O）的吸收峰强度有所减弱，这表明氢键网络被部分破坏，分子间的相互作用力有所降低。这一变化有助于增加聚合物链的流动性，从而提升薄膜的柔韧性。

X射线衍射（XRD）分析进一步支持了这一结论。XRD图谱显示，水浸泡处理后，薄膜的结晶度逐渐降低，这与FTIR分析结果一致。结晶度的降低意味着薄膜的分子排列变得更加无序，从而增加了其延展性和韧性。同时，研究团队还通过扫描电子显微镜（FESEM）观察了薄膜的微观结构。结果显示，水浸泡处理后的薄膜表面更加粗糙和纤维化，显示出韧性断裂的特征，而未处理的薄膜则表现出脆性断裂的迹象。

在水分吸附和水蒸气渗透性方面，研究团队发现，水浸泡处理并未显著影响薄膜的水分阻隔性能。尽管水浸泡后，薄膜的水分吸附率略有上升，但仍然远低于未处理的PVA薄膜。这表明，水浸泡处理虽然促进了分子重排，但并未破坏薄膜中形成的紧密交联网络，从而保留了其水分阻隔能力。

此外，研究团队还评估了薄膜的热稳定性。通过热重分析（TGA）和差示热重分析（DTG），研究发现，水浸泡处理后的薄膜在高温下的热分解行为与未处理的薄膜相似，说明其热稳定性并未受到显著影响。这一结果进一步证明了水浸泡处理的非破坏性特点。

综上所述，本研究通过水浸泡处理成功改善了PVA/UG/BA薄膜的柔韧性，同时保留了其紫外线屏蔽和水分阻隔性能。这种处理方法不仅环保，而且成本低廉，具有较高的应用潜力。未来的研究应进一步探索该处理方法在工业生产中的可扩展性，包括其在连续涂布或铸造生产线中的应用。此外，还需对薄膜在不同环境条件下的长期稳定性进行评估，以确保其在实际应用中的可靠性。同时，研究团队还建议对薄膜的抗菌性能、在食品模拟物中的迁移行为以及在模拟包装操作中的机械耐久性进行进一步评估，以全面验证其商业可行性和环境友好性。