Development of antibacterial food packaging films from polymer blend between poly(butylene succinate) and poly(butylene adipate-co-terephthalate)

Abstract

This research aimed to study the preparation of antibacterial food packaging films from polymer blends between PBS/PBAT with and without peroxide as a reaction initiator then coated with chitosan or zinc oxide. In part 1, preparation of PBS/PBAT blend films with and without DCP showed that the compatibility and elongation at break were improved after added DCP. However, using DCP reduced film strength, and it was highly reactive thus the casting film process could not be controlled. After changing DCP to Perkadox, it could improve the compatibility by smoothing its surface. The optimal ratio in part 2 was 80/20/Perkadox due to the good mechanical properties. However, adding Perkadox reduced the water contact angle of the films because chain scission increased the polar chain ends. Therefore, the water vapor transmission rate (WVTR) and oxygen permeability (OP) were increased. In part 3, the surface of 80/20/Perkadox polymer blended films was improved by corona treatment, it turned out that the electrical input of 3 ampere had a higher O/C percentage. When coated with chitosan or zinc oxide, it slightly affected mechanical properties. In contrast, coating with 2% w/v chitosan reduced elongation at break significantly. The coating did not affect thermal properties but reduce thermal stability. For chitosan coating, the water contact angle was increased. As a result, the WVTR was decreased. On the other hand, the zinc oxide coating lowered contact angle; and the WVTR was thus increased. The coating prevented the OP very well. The coated films also had antibacterial activity against E.coli and S.aureus, and could be used as a biodegradable food packaging.

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาการเตรียมฟิล์มบรรจุภัณฑ์อาหารที่ต้านทานแบคทีเรียจากพอลิเมอร์ผสมระหว่าง PBS/PBAT ที่ไม่เติมและเติมเปอร์ออกไซด์เป็นตัวริเริ่มปฏิกิริยา และนำไปเคลือบผิวด้วยไคโตซานหรืออนุภาคซิงค์ออกไซด์ ในส่วนที่ 1 การเตรียมฟิล์มพอลิเมอร์ผสมระหว่าง PBS/PBAT ที่เติม DCP พบว่าการเติม DCP สามารถปรับปรุงความเข้ากันได้ และทำให้ elongation at break สูงขึ้น เนื่องจากการเชื่อมขวาง แต่ลดความแข็งแรงของฟิล์ม เนื่องจากการขาดของสายโซ่ ซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิการเกิดผลึกที่สูงขึ้น อย่างไรก็ตามการเติม DCP มีความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาอย่างมาก ทำให้ไม่สามารถควบคุมกระบวนการขึ้นรูปได้ จึงมีการเปลี่ยนชนิดของเปอร์ออกไซด์จาก DCP เป็น Perkadox พบว่าสามารถขึ้นรูปได้ดีกว่า โดย Perkadox สามารถปรับปรุงความเข้ากันได้ ทำให้พื้นผิวฟิล์มเรียบมากขึ้น สำหรับสัดส่วนที่เหมาะสมในส่วนที่ 2 คือ 80/20/Perkadox เนื่องจากมีสมบัติเชิงกลที่ดี อย่างไรก็ตามการเติม Perkadox ทำให้ฟิล์มพอลิเมอร์ผสมมีค่ามุมสัมผัสน้ำลดลง เนื่องจากมีหมู่ปลายสายโซ่ที่มีขั้วมากขึ้น เกิดจากการขาดของสายโซ่ สอดคล้องกับอุณหภูมิการเกิดผลึกที่สูงขึ้น ดังนั้นอัตราการซึมผ่านของไอน้ำและแก๊สออกซิเจนจึงเพิ่มขึ้น ในส่วนที่ 3 นำฟิล์มพอลิเมอร์ผสมสัดส่วน 80/20/Perkadox ไปปรับปรุงสภาพพื้นผิวด้วยโคโรนา พบว่าการใช้กระแสไฟฟ้า 3 แอมแปร์ มีอัตราส่วนออกซิเจนต่อคาร์บอนมากที่สุด เมื่อนำไปเคลือบผิวด้วยไคโตซานหรืออนุภาคซิงค์ออกไซด์ พบว่าการเคลือบผิวส่งผลต่อสมบัติเชิงกลเพียงเล็กน้อย ยกเว้นการเคลือบผิวด้วยไคโตซาน 2 %w/v ทำให้ค่า elongation at break ลดลงอย่างมาก จากความแข็งแรงของไคโตซาน โดยสารเคลือบไม่ส่งผลต่อสมบัติทางความร้อน แต่ทำให้เสถียรภาพทางความร้อนลดลง สำหรับการเคลือบผิวด้วยไคโตซานจะมีค่ามุมสัมผัสน้ำเพิ่มขึ้น จึงทำให้อัตราการซึมผ่านของไอน้ำลดลง ในทางกลับการเคลือบผิวด้วยอนุภาคซิงค์ออกไซด์มีค่ามุมสัมผัสน้ำลดลง จึงทำให้อัตราการซึมผ่านของไอน้ำเพิ่มขึ้น และการเคลือบผิวป้องกันการซึมผ่านของแก๊สออกซิเจนได้ดี นอกจากนี้ฟิล์มที่เคลือบผิวสามารถต้านทานเชื้อแบคทีเรีย ชนิด E.coli และ S.aureus ได้ดี รวมถึงสามารถนำฟิล์มพอลิเมอร์ผสมไปใช้เป็นบรรจุภัณฑ์อาหารได้อีกด้วย