半结晶聚烯烃薄膜中添加剂的迁移：溶剂引起的膨胀与塑化效应分析

《Journal of Food Engineering》：Migration of Additives from Semicrystalline Polyolefin Films: Accounting for Solvent-Induced Swelling and Plasticization

　　

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  新模型可预测添加剂从聚丙烯薄膜迁移到食品或饮料中的过程
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  首次将添加剂迁移性与溶剂诱导的塑料化效应联系起来
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  该模型能够揭示控制添加剂迁移的内部浓度梯度
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  薄膜内部添加剂的迁移与溶剂前沿的推进密切相关
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  该模型可预测超出常规短期测试范围的长期添加剂迁移情况

章节摘录

引言

在现代供应链中，食品包装发挥着多重作用，其主要功能是在产品的加工、运输、储存和销售过程中，作为屏障防止其受到物理、化学和生物污染。(1), (2) 除了保持食品新鲜度和延长保质期外，包装还能通过防篡改设计保障消费者安全，提供产品相关信息，并有助于品牌宣传。(2), (3) 此外，现代包装还被期望能够实现更高效的……

实验数据

本研究的实验基础是研究抗氧化剂从等规聚丙烯薄膜（结晶度为39%）迁移到两种脂肪类食品模拟物——异辛烷和95%（体积比）乙醇中的过程。(41), (42) 研究选择了两种具有代表性的抗氧化剂：丁基羟基甲苯（BHT，分子量为220.35克/摩尔）以及结构更为复杂的三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯（Irgafos 168，分子量为646.92克/摩尔）。这些抗氧化剂是通过熔融共混的方式被引入聚合物基质中的。

建模

像添加剂这样的小分子从半结晶聚合物迁移到周围的液体介质（如食品、饮料或模拟物）中，是一个复杂的传输过程。(1), (2), (3) 虽然在相关文献中，这一过程通常被视为由恒定扩散系数控制的纯扩散过程来处理，(6), (29), (34), (37), (38) 但实际上，添加剂迁移与多种同时发生的现象密切相关，尤其是溶剂扩散、塑料化作用以及薄膜膨胀，这些因素会不断改变……

模型验证及通过模型拟合实验数据得到的关键参数

为了定量评估所建立模型的有效性，该模型被用于分析两种代表性抗氧化剂在特定条件下的迁移情况：BHT和Irgafos 168在异辛烷中的迁移（温度范围为20-60摄氏度），以及BHT在乙醇中的迁移（温度为40摄氏度）（见图2）。通过最小化模型预测值与实际迁移曲线之间的差异，确定了每种体系所需的两个拟合参数。$$ 和 $$' role="presentation">$$，相关结果见表8。

……

结论

在食品包装领域，塑料材料是阻挡水分、氧气及污染物侵入的优质材料。不过，为了保持化学稳定性和功能性，塑料中会添加各种添加剂。而在现实应用场景中，物质传输过程的复杂性，仍是传统迁移模型及现有法规检测方法存在的重大缺陷。为此，有必要建立基于物理原理的高精度模型，以了解这些添加剂在动态环境中的行为规律。

为填补这一知识空白，我们……

CRediT作者贡献说明

帕斯卡利斯·亚历山德里迪斯：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿撰写，项目指导，资源协调，项目管理，方法设计，资金申请，正式数据分析，概念构思。玛丽娜·齐阿努：论文撰写——审阅与编辑，项目指导，资源协调，项目管理，资金申请，概念构思。阿里·加塞米：论文撰写——初稿撰写，结果可视化，模型验证，软件应用，方法设计，实验研究，正式数据分析，数据整理，概念构思。

数据可用性声明

本研究中的所有原创成果均已包含在论文中。如有进一步疑问，可联系论文的通讯作者。

关于生成式AI使用的声明

在撰写本论文的过程中，未使用任何生成式AI或AI辅助技术。

资助情况

本研究得到了美国国家科学基金会（NSF）的资助，项目编号为EFMA-2029375，项目名称为“EFRI E3P：通过先进分离与加工技术实现塑料废物的高效利用”。

利益冲突声明

? 作者们声明存在以下可能被视为利益冲突的财务利益或个人关系：帕斯卡利斯·亚历山德里迪斯表示自己获得了美国国家科学基金会的资金支持。其他作者则声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

阿里·加塞米|帕斯卡利斯·亚历山德里迪斯|玛丽娜·齐阿努