Development of packaging films from polymer blend between Poly(lactic acid) and Poly(butylene adipate-co-terephthalate) for extended shelf life of fruits

Abstract

At present, the packaging is wildly used in the food and postharvest industries, but spoilage and pathogenic microorganism are concerned because they cause postharvest losses and quality deterioration of fresh products. The objective of this research was to prepare active packaging film from polymer blends between PLA and PBAT. In part 1, the PLA/PBAT blend films with different DCP contents showed a compatibility improvement between the polymers. Young’s modulus and elongation at break were also improved after adding DCP. However, the elongation at break decreased when the content of DCP was beyond 0.03 phr. According to the compatibility of polymer blend and mechanical property aspects, DCP at 0.03 phr was picked as a suitable content for further studies. In part 2, PLA/PBAT/D03/TiO2 composite films were prepared with different TiO2 contents. With increasing TiO2 content, the composite films exhibited increasing in Young’s modulus and elongation at break until they reached the maximum values at TiO2 content of 1 phr. Adding excess TiO2 results in a decrement of Young’s modulus and elongation at break because there is an agglomeration of TiO2 generating stress concentration. Furthermore, the composite films exhibited higher antimicrobial activity and ethylene scavenging when the films contained more TiO2 content and prolonged UV exposure. Therefore, according to the film performances, the appropriate TiO2 content and UV exposure time were chosen at 1 phr and 3 hr, respectively, for studying in part 4. In part 3, the prepared PLA/PBAT/D03/CEO blend films with different cinnamon essential oil (CEO) exhibited improvement in Young’s modulus and tensile strength when CEO content increased from 0-5 phr since synergistic effect between plasticizer of CEO and crystallinity of the polymers. However, Young’s modulus and elongation at break decreased when the CEO content exceeded 5 phr due to the CEO-dominated plasticization effect led to a large amount of the polymer chains slippage. These films satisfactorily performed antimicrobial activities together with increasing CEO content. From part 3 results, the appropriate CEO was selected at 5 phr. In part 4, PLA/PBAT/D03/T1/O5 composite films were prepared. They showed mechanical and thermal properties between PLA/PBAT/D03/T1 composite film (part 2) and PLA/PBAT/D03/O5 blend film (part 3). The PLA/PBAT/D03/T1/O5 composites film enhanced the antimicrobial efficiency against Gram-positive, Gram-negative bacteria and fungi as well as slowed down fruit ripening. Therefore, the films could be used as biodegradable packaging for fruits.

ในปัจจุบันบรรจุภัณฑ์พลาสติกมีอิทธิพลอย่างมากต่อการดำเนินชีวิตของมนุษย์ ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงทำการศึกษาการเตรียมฟิล์มบรรจุภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพในการต้านทานเชื้อจุลินทรีย์และชะลอการสุกของผลไม้เพื่อยืดอายุการเก็บรักษา จากฟิล์มพอลิเมอร์ผสม PLA/PBAT โดยในตอนที่ 1 ทำการเตรียมฟิล์มพอลิเมอร์ผสมระหว่าง PLA/PBAT ที่เติม DCP ปริมาณต่าง ๆ พบว่าสามารถปรับปรุงความเข้ากันได้ของ PLA และ PBAT ได้ โดยส่งผลให้ Young’s modulus และ Elongation at break มีค่าสูงขึ้น แต่อย่างไรก็ตามเมื่อเติม DCP มากเกิน 0.03 phr พบว่าค่า elongation at break ของฟิล์มลดลงเป็นอย่างมาก เนื่องจากการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวอาจมีการเชื่อมโยงระหว่างสายโซ่มากขึ้น จึงเลือกปริมาณการเติม DCP 0.03 phr สำหรับการทดลองในตอนต่อไป สำหรับในตอนที่ 2 ทำการเตรียมฟิล์ม PLA/PBAT/D03/Ty โดยเติม TiO2 ปริมาณต่าง ๆ พบว่า Young’s modulus และ elongation at break มีค่าสูงสุดเมื่อเติม TiO2 1 phr และสมบัติเชิงกลของฟิล์มมีค่าลดลงเมื่อเติมเกิน 1 phr เนื่องจากอาจมีการรวมตัวของอนุภาค TiO2 นอกจากนี้ที่เวลาการฉายรังสียูวีเอ 3 ชั่วโมง ยังส่งผลให้ฟิล์มมีประสิทธิภาพในการยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์และดูดจับแก๊สเอทิลีนได้ดีที่สุด ดังนั้น TiO2 1 phr และฉายรังสียูวีเอ 3 ชั่วโมง จึงเป็นปริมาณที่เหมาะสมที่เลือกสำหรับการทดลองในตอนที่ 4 ต่อไป สำหรับในตอนที่ 3 ทำการเตรียมฟิล์มพอลิเมอร์ผสม PLA/PBAT/D03/Oz โดยเติมน้ำมันหอมระเหยปริมาณต่าง ๆ พบว่า Young’s modulus และ Tensile strength มีค่าเพิ่มมากขึ้น ที่ปริมาณการเติมน้ำมันหอมระเหยอบเชย 2.5 – 5 phr เนื่องจาก Synergistic effect ระหว่างการเป็น Plasticizer ของน้ำมันหอมระเหยอบเชยและปริมาณผลึก แต่อย่างไรก็ตามเมื่อเติมน้ำมันหอมระเหยอบเชยเกิน 5 phr พบว่าค่า Young’s modulus และ Tensile strength มีค่าลดลง นอกจากนี้ฟิล์มยังมีประสิทธิภาพในการยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์ได้มากขึ้น ดังนั้นจึงเลือกปริมาณการเติมน้ำมันหอมระเหยอบเชยที่เหมาะสมคือ 5 phr และในการทดลองตอนที่ 4 ทำการเตรียม PLA/PBAT/D03/T1/O5 พบว่าการเติม TiO2 ร่วมกับน้ำมันหอมระเหยอบเชย ส่งผลให้สมบัติเชิงกล สมบัติทางความร้อนของฟิล์มมีค่าอยู่ระหว่าง PLA/PBAT/D03/T1 และ PLA/PBAT/D03/O5 นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์และดูดจับแก๊สเอทิลีนได้อย่างมีประสิทธิภาพ