超聲波?微波聯(lián)合處理對(duì)CSNC?CSS膜的影響

張愛(ài)武，宋亭，張麗媛，于潤(rùn)眾

超聲波?微波聯(lián)合處理對(duì)CSNC?CSS膜的影響

張愛(ài)武a，宋亭a，張麗媛a，于潤(rùn)眾b

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) a.食品學(xué)院 b.信息與電氣工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

制備功能更優(yōu)的包裝膜，拓展納米纖維素?淀粉包裝膜的應(yīng)用，研究超聲波?微波協(xié)同作用對(duì)納米纖維素?淀粉膜的影響。利用玉米秸稈納米纖維素（CSNC）和玉米秸稈淀粉（CSS）制備CSNC?CSS膜，并在制備過(guò)程中采用超聲波?微波協(xié)同改性，探究不同超聲波?微波協(xié)同處理體系對(duì)制備的CSNC?CSS膜各種性能的影響。與未進(jìn)行超聲波?微波協(xié)同體系處理制備的CSNC?CSS膜進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)超聲波?微波協(xié)同作用制備的CSNC?CSS膜的各種性能更加優(yōu)異。其中，膜的抗拉強(qiáng)度由原來(lái)的14.92 MPa升至26.46 MPa，提高了約77.35%；斷裂伸長(zhǎng)率由原來(lái)的64.75%升至90.08%，提高了約39.12%；經(jīng)過(guò)超聲波?微波處理后，膜的透濕系數(shù)和透氧系數(shù)均有所下降，分別下降了約25.57%和41.45%，透光量有所增加，溶解時(shí)間有所縮短。經(jīng)超聲波?微波協(xié)同作用后，CSNC?CSS膜具有更好的力學(xué)性能、阻濕性能和阻氣性能，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

超聲波?微波協(xié)同作用；納米纖維素?淀粉膜；力學(xué)性能；阻氣性；阻濕性

近年來(lái)，包裝污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境，如何有效解決包裝污染問(wèn)題成為世界各國(guó)都十分關(guān)心的焦點(diǎn)問(wèn)題。隨著技術(shù)的不斷升級(jí)發(fā)展，生產(chǎn)出綠色安全、環(huán)保無(wú)毒害的包裝膜已然成為食品保鮮包裝領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)話題。淀粉基薄膜因其低廉的價(jià)格、原材料易于獲取等諸多優(yōu)點(diǎn)被大家關(guān)注，淀粉基薄膜不同于傳統(tǒng)的塑料包裝制品（對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生極大的污染），淀粉基薄膜具有綠色安全無(wú)毒、環(huán)保無(wú)污染、可降解等優(yōu)點(diǎn)，因而淀粉基薄膜在包裝產(chǎn)業(yè)具有了良好的應(yīng)用前景。

纖維素因其本身具有的優(yōu)勢(shì)成為了自然界中應(yīng)用十分廣泛的天然高分子材料。其中，植物纖維素不僅具有纖維素所包含的優(yōu)點(diǎn)，例如來(lái)源廣泛、資源豐富等，還因其自身良好的力學(xué)特性使纖維素可以在植物細(xì)胞中起到支撐作用[1-2]。文中擬利用玉米秸稈制備CSNC，CSNC具有成本低廉、獲取方便，且具備納米粒子的優(yōu)異功能性質(zhì)，例如高聚合度、高結(jié)晶度等[3-5]。

超聲波技術(shù)廣泛用于活性成分的提取、超聲波檢測(cè)、食品組成的測(cè)定等方面。微波技術(shù)應(yīng)用于微波萃取、食品解凍、食品殺菌、食品的干燥與膨化等領(lǐng)域。與單一的超聲波法或微波法相比，超聲波?微波協(xié)同處理具有可快速升溫、在很大程度上縮短反應(yīng)時(shí)間、節(jié)約能量、損耗熱能少等優(yōu)點(diǎn)。超聲波?微波處理技術(shù)是將超聲波的機(jī)械作用、空化作用與微波處理的高能作用、熱作用進(jìn)行疊加強(qiáng)化，以降低膜液的微粒尺寸、增強(qiáng)復(fù)合膜的交聯(lián)作用，形成致密有序的膜結(jié)構(gòu)。目前，利用超聲波?微波協(xié)同技術(shù)制備復(fù)合膜，并觀察其性能指標(biāo)的相關(guān)研究較少，因此文中利用超聲波?微波協(xié)同作用對(duì)CSNC?CSS膜進(jìn)行物理改性，并觀察各項(xiàng)指標(biāo)的變化情況[6]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

主要材料和試劑：CSNC、CSS，實(shí)驗(yàn)室自制；羧甲基纖維素鈉；甘油，分析純，上海吉至試劑廠。

主要儀器與設(shè)備：JJ?1精密定時(shí)電動(dòng)攪拌器（上?？婆d儀器廠）、79?1磁力加熱攪拌器（上海梅穎浦儀器公司）、DGG?9140B電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（蘇州同富公司）、JD100?3B電子天平（北京朗科興業(yè)設(shè)備有限公司）、XLW智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)、TSY?T1H透濕性測(cè)試儀、WGT?S透光/霧度測(cè)定儀（濟(jì)南蘭光公司）。

1.2 方法

1.2.1 CSNC?CSS膜的制備

稱取一定量自制的CSS[7]溶解于30 mL蒸餾水中，在70 ℃下糊化30 min，隨后稱取適量自制的CSNC[8]加入瓶中，記為瓶1，放置備用。量取20 mL的蒸餾水置于燒杯中，緩緩加入適量的羧甲基纖維素鈉，磁力攪拌8 min，記為瓶2。將瓶1與瓶2中的溶液混合，勻速攪拌20 min，再向瓶中加入甘油后繼續(xù)勻速攪拌，時(shí)間為10 min，直至瓶?jī)?nèi)的膜液混合均勻，且無(wú)明顯顆粒。隨后將攪拌好的CSNC?CSS膜液移入超聲波?微波協(xié)同處理器中進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)，待除去溶液氣泡后，將溶液流延于特制玻璃板上，將完全凝固后的膜液放入35 ℃電熱烘干箱中烘干8 h，干燥后取出膜。按照上述相似操作步驟制備未經(jīng)超聲波?微波協(xié)同處理的CSNC?CSS膜備用。

1.2.2 超聲波?微波協(xié)同改性

按照1.2.1節(jié)操作步驟將材料混合在一起制成膜液，再依據(jù)表1的條件分別處理混合后的膜液。依據(jù)1.2.1節(jié)制備成膜，依次對(duì)不同條件下制備的膜進(jìn)行性能測(cè)定（具體操作見(jiàn)1.2.3節(jié)）。

表1 超聲波?微波協(xié)同處理的改性實(shí)驗(yàn)條件

Tab.1 Modified experimental conditions of ultrasonic-microwave synergistic treatment

1.2.3 膜性能測(cè)定

1）力學(xué)性能測(cè)定。參考GB/T 1040.3—2006《塑料拉伸性能的測(cè)定第3部分薄膜和薄片的試驗(yàn)條件》[9]，設(shè)定測(cè)量條件：膜的長(zhǎng)度為150 mm、寬度為20 mm、初始夾距為50 mm、拉伸速率為25 mm/min。平行測(cè)定3次，取平均值。

2）透濕性測(cè)定。參考GB/T 16928—1997《包裝材料試驗(yàn)方法透濕率》[10]，平行測(cè)定3次，取平均值。

3）透光率測(cè)定。參考GB/T 2410—2008《透明塑料透光率和霧度的測(cè)定》[11]，平行測(cè)定3次，取平均值。

4）水溶性測(cè)定。通過(guò)對(duì)薄膜在常溫蒸餾水中的溶解時(shí)間的測(cè)定來(lái)評(píng)定其水溶性。將制備的薄膜剪成5 mm×5 mm的正方形，置于100 mL、80 ℃蒸餾水中，采用磁力攪拌器攪拌，測(cè)定CSNC?CSS膜在水中完全溶解的時(shí)間。平行測(cè)定3次，取平均值。

5）透氣量的測(cè)定。參考GB/T 1038—2000《塑料薄膜和薄片氣體透過(guò)性的試驗(yàn)方法壓差法》[12]對(duì)膜的透氧量進(jìn)行測(cè)試，膜的直徑為85 mm，測(cè)量3次，取平均值。

1.2.4 膜的表征

將未經(jīng)超聲?微波協(xié)同體系處理制備的CSNC?CSS膜和經(jīng)過(guò)超聲?微波協(xié)同體系處理后制備的CSNC?CSS膜等樣品噴金后，用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察其表面的形貌特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲?微波協(xié)同作用對(duì)CSNC?CSS膜力學(xué)性能的影響

抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率是判定復(fù)合膜是否能承受外部壓力的重要的質(zhì)構(gòu)參數(shù)，超聲波?微波協(xié)同處理體系對(duì)CSNC?CSS膜力學(xué)性能的影響見(jiàn)圖1。由圖1a可知，經(jīng)超聲波?微波處理后，由于超聲波處理產(chǎn)生的超混合作用和空化作用，使得CSNC?CSS膜液中的分子發(fā)生了劇烈碰撞，劇烈的碰撞加強(qiáng)了內(nèi)容物之間的相互作用，減小了分子的粒徑，增大了比表面積，膜液中的化學(xué)鍵斷裂，氫鍵的數(shù)量不斷擴(kuò)大，所以抗拉強(qiáng)度增加。當(dāng)微波功率為0 W時(shí)，超聲功率從0 W增加到600 W時(shí)，抗拉強(qiáng)度逐漸增加，這是因?yàn)榇藭r(shí)的處理?xiàng)l件有利于構(gòu)建致密的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，CSNC?CSS膜的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到了提升，導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度增加。此外經(jīng)過(guò)超聲波?微波協(xié)同處理后，CSNC?CSS膜液中的淀粉鏈被破壞，釋放出直鏈淀粉，導(dǎo)致直鏈淀粉的比例增加，這使得CSNC?CSS膜的抗拉性能得到提升，使膜的抗拉強(qiáng)度增大。

隨著超聲波功率的不斷增加，CSNC?CSS膜的斷裂伸長(zhǎng)率呈現(xiàn)出先增加后不斷下降的趨勢(shì)，這一結(jié)果證明采取適當(dāng)范圍內(nèi)的超聲波功率可以改善膜的斷裂伸長(zhǎng)率。當(dāng)超聲波功率過(guò)高時(shí)，會(huì)超過(guò)CSNC?CSS膜的臨界承受值，損壞膜液中共聚物之間的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，影響膜的韌性，會(huì)導(dǎo)致CSNC?CSS膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。這與張欣欣[13]的結(jié)論相似，都顯示適當(dāng)?shù)某晽l件對(duì)膜的力學(xué)性能有一定的提升作用。

由圖1b—e可知，當(dāng)微波功率分別為75、150、225、300 W時(shí)，隨著超聲波功率的不斷升高，CSNC?CSS膜的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增加后逐漸降低的趨勢(shì)。導(dǎo)致此結(jié)果的原因是經(jīng)過(guò)超聲波?微波協(xié)同處理后，膜液中的CSS微粒、CSNC微粒的尺寸都減小，同時(shí)CSS微粒、CSNC微粒的表面積有所增大。CSNC?CSS膜的力學(xué)性能與膜液中各個(gè)分子的尺寸、結(jié)構(gòu)，以及膜液分子間非共價(jià)鍵的作用都有關(guān)聯(lián)。此外，由于超聲波?微波處理的超混合作用加快了膜液分子之間的運(yùn)動(dòng)速度，增強(qiáng)了膜液分子在基質(zhì)中的相互作用。超聲微波協(xié)同處理利用微波輻射，使極性分子高速運(yùn)動(dòng)，從而造成大分子氫鍵的斷裂。同時(shí)，超聲波的高效振蕩作用使得反應(yīng)體系被均勻加熱，超聲波?微波處理產(chǎn)生的熱量使得膜液中內(nèi)容物的溶解性有效提高，形成的致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使CSNC?CSS膜的抗拉強(qiáng)度得到提升。當(dāng)微波功率為300 W時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率出現(xiàn)了不斷下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著超聲波功率的增加，超聲波?微波協(xié)同處理所產(chǎn)生的空化效應(yīng)和超混合效應(yīng)已經(jīng)接近飽和狀態(tài)，功率較大會(huì)破壞膜液內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，削弱了膜內(nèi)的內(nèi)聚力，所以出現(xiàn)了力學(xué)性能下降的結(jié)果。綜上所述，采取適宜的超聲波?微波協(xié)同處理可以增強(qiáng)膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率[14-15]。

2.2 超聲波?微波處理對(duì)CSNC?CSS膜透濕性能的影響

透濕性可以有效反映復(fù)合膜對(duì)水蒸氣的阻隔能力，阻隔水蒸氣的能力也是判斷包裝材料優(yōu)劣性的重要指標(biāo)之一。膜的透濕系數(shù)越低表示膜阻隔外界水分子的功能越好。超聲功率和微波功率會(huì)影響膜的透濕性能是因?yàn)槌暡?微波處理影響了膜內(nèi)分子的分子聚集結(jié)構(gòu)，超聲波?微波作用產(chǎn)生了強(qiáng)大的機(jī)械作用和空化作用，同時(shí)伴隨著熱作用，這使得大部分CSS的結(jié)構(gòu)遭到了破壞，導(dǎo)致直鏈淀粉在膜液中的比例增加，增大了復(fù)合膜的阻隔性。由圖2可知，當(dāng)微波功率為0和75 W時(shí)，隨著超聲波功率不斷增加，CSNC?CSS膜的透濕系數(shù)呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，當(dāng)微波功率較大時(shí)，隨著超聲波功率不斷增加，CSNC?CSS膜的透濕系數(shù)呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)。透濕系數(shù)的改善可能得益于超聲波?微波協(xié)同作用增強(qiáng)了空化效應(yīng)，空化效應(yīng)提升了膜液分子的聚集程度，從而構(gòu)建了十分致密的復(fù)合膜。透濕系數(shù)的降低還可能與膜液分子間的相互結(jié)構(gòu)變得致密有序有關(guān)。超聲波?微波協(xié)同處理產(chǎn)生的強(qiáng)作用力打斷了膜液中的淀粉鏈，也使一些化學(xué)鍵受到了不同程度的破壞，這導(dǎo)致膜液分子間的相互作用力得到提升，進(jìn)而提升了膜液分子間的結(jié)構(gòu)，使原本散亂無(wú)序的結(jié)構(gòu)變得更加致密有序，從而降低了CSNC?CSS膜的透濕系數(shù)。當(dāng)超聲波功率和微波功率增長(zhǎng)至一定程度時(shí)，CSNC?CSS膜的阻水性能出現(xiàn)了下降的趨勢(shì)，透濕系數(shù)將不再降低[16-17]。超聲波處理產(chǎn)生的機(jī)械作用可以增大膜液分子的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)頻率，增大膜液分子的破裂、分散和混合能力，同時(shí)可以排出溶液中產(chǎn)生的氣泡；微波處理則是利用瞬間加熱的方式，使大分子氫鍵斷裂、膜液分子間交聯(lián)作用增強(qiáng)。與單一的超聲波、微波處理方式相比，超聲波?微波協(xié)同處理法可以綜合兩者的特點(diǎn)，增大膜液分子的運(yùn)動(dòng)速率，降低膜液的微粒尺寸，增強(qiáng)分子間的作用力，增大膜的交互作用，構(gòu)建致密的膜結(jié)構(gòu)。同時(shí)，通過(guò)輔以超聲波的機(jī)械振蕩可以使膜液被加熱得更均勻。若僅采用超聲波處理法，則無(wú)法迅速產(chǎn)生高頻的熱量增大膜的交聯(lián)作用。若僅采用微波處理，則無(wú)法降低膜液微粒的尺寸，構(gòu)建致密的膜結(jié)構(gòu)，無(wú)法保證體系加熱均勻，同時(shí)也無(wú)法排除膜液中的空泡和氣泡[14]。

圖1 超聲波?微波協(xié)同處理對(duì)CSNC?CSS膜力學(xué)指標(biāo)的影響

圖2 超聲波?微波協(xié)同作用對(duì)CSNC?CSS膜透濕性的影響

2.3 超聲波?微波處理對(duì)CSNC?CSS膜透光性能的影響

由圖3可以看出，適宜的超聲波功率和微波功率，可以起到增強(qiáng)CSNC?CSS膜透光性的作用。當(dāng)微波功率為0 W時(shí)，隨著超聲波功率的不斷增加，CSNC?CSS膜的透光率呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)。當(dāng)超聲波的功率為600 W，微波功率為300 W時(shí)，透光率達(dá)到最低值，最低值為80.5%。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是采用超聲波?微波協(xié)同處理能夠產(chǎn)生促進(jìn)反應(yīng)的空化作用，空化作用所產(chǎn)生的強(qiáng)大壓力使膜液中部分官能團(tuán)的化學(xué)鍵被破壞，從而減小了CSNC微粒、CSS微粒的尺寸。同時(shí)，超聲波作用使膜液中的氣體被排出，光反射損失較小。隨著微波功率的增大，CSNC?CSS膜的透光率呈現(xiàn)出先增加后不斷降低的趨勢(shì)。原因是適宜條件的超聲波?微波處理提高了膜液分子間的生物相容性，使膜液中的粒子分散得更均勻，流延成膜后的CSNC?CSS膜表面更加光滑，沒(méi)有顆粒和孔洞，所以其透光率增加[18]。

2.4 超聲波?微波處理對(duì)CSNC?CSS膜溶解性能的影響

由圖4可以看出，在微波功率為0 W時(shí)，隨著超聲波功率的不斷增加，CSNC?CSS膜的水溶性略微提高。這是因?yàn)槌暡ǖ目栈饔檬笴SNC?CSS膜中的CSS和CSNC的尺寸減小，并使CSS和CSNC的比表面積增大，CSS和CSNC的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，促使水分子與CSS分子中的游離羥基結(jié)合，提高了CSNC?CSS膜的致密性，提高了CSNC?CSS膜的溶解度，縮短了溶解時(shí)間。從圖4中還可以看出，在CSNC?CSS膜進(jìn)行超聲微波協(xié)同處理后，溶解時(shí)間并無(wú)較大的改善效果[19]。

圖3 超聲波?微波協(xié)同作用對(duì)CSNC?CSS膜透光性的影響

2.5 超聲波?微波處理對(duì)CSNC?CSS膜透氧性能的影響

由圖5可以看出，在微波功率不變的前提下將超聲波的功率持續(xù)加大，CSNC?CSS膜的透氧量呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)。這是因?yàn)椴粩嗉哟蟪暡ǖ墓β?，使超聲?微波協(xié)同處理器生成了比之前更強(qiáng)的空化作用和超混合作用，所產(chǎn)生的強(qiáng)大作用力阻斷了部分分子間的化學(xué)鍵，導(dǎo)致更多的極性基團(tuán)被暴露。強(qiáng)大的作用力同時(shí)也會(huì)帶來(lái)更多的熱量，輔以熱作用膜液中的微粒會(huì)混合得更加均勻，形成比之前更為致密、緊實(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。致密、緊實(shí)的結(jié)構(gòu)阻止了大部分O2分子的透過(guò)，所以透氧量降低。經(jīng)過(guò)超聲波?微波處理后，導(dǎo)致了更多反應(yīng)中心的形成與暴露，進(jìn)而增加了化學(xué)反應(yīng)的速率，而膜液中大分子之間的重新排列、結(jié)合，又使得CSNC?CSS膜獲得了更加嚴(yán)密、緊實(shí)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，O2分子透過(guò)率的下降導(dǎo)致CSNC?CSS膜的阻氣性能增強(qiáng)。超聲波功率和微波功率的持續(xù)增加不會(huì)帶來(lái)更好的結(jié)果，反而會(huì)使膜液分子中一些化學(xué)鍵被過(guò)度破壞，而微波處理的持續(xù)增強(qiáng)將導(dǎo)致超聲波?微波體系擁有持續(xù)不斷甚至更為劇烈的加熱效應(yīng)，過(guò)度加熱使得自由基無(wú)法正常、有效地結(jié)合，導(dǎo)致自由基在膜液中形成了雜亂無(wú)序的結(jié)構(gòu)，增大了分子間隙，致密的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)被破壞，所以CSNC?CSS膜的阻氧性能下降[20-21]，透氧量增加。

圖5 超聲波?微波協(xié)同作用對(duì)CSNC?CSS膜透氧系數(shù)的影響

2.6 掃描電鏡分析

通過(guò)圖6可以清晰地觀察到CSNC?CSS膜表面的結(jié)合情況，以及膜液體系內(nèi)的分散情況。假如膜內(nèi)的組分是相容的，那么膜的表面將會(huì)十分光滑、均勻，無(wú)明顯凸起大顆粒。假如膜內(nèi)的組分不相容或是不完全相容，膜的表面將會(huì)出現(xiàn)凸起的大顆粒和十分明顯的相界面。由掃描電鏡圖6a可以看出，未經(jīng)處理的CSNC?CSS膜的表面質(zhì)地粗糙、不均勻，有十分明顯的相界面。由圖6b可以看出，經(jīng)處理后CSNC?CSS膜的表面更加平滑、平坦，質(zhì)地更均勻，沒(méi)有明顯的突起顆粒和破碎的孔洞。這是因?yàn)榻?jīng)超聲波?微波處理后CSNC?CSS膜中CSS與CSNC分子之間的交聯(lián)作用得到增強(qiáng)，從而生成了更多的分子間氫鍵，提高了其生物相容性，導(dǎo)致膜液的共混體系相容性得到了一定的改善與提高。

2.7 對(duì)比分析

現(xiàn)將經(jīng)超聲?微波體系處理的CSNC?CSS膜與未經(jīng)超聲?微波體系處理的CSNC?CSS膜進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，經(jīng)過(guò)超聲波?微波處理的CSNC?CSS膜較未經(jīng)超聲波?微波處理的CSNC?CSS膜各個(gè)指標(biāo)性能均有提升。其中，CSNC?CSS膜的抗拉強(qiáng)度由原始的14.92 MPa提高至26.46 MPa，提高了77.35%，抗拉強(qiáng)度顯著提高，且呈極顯著相關(guān)（=0.004<0.01）；斷裂伸長(zhǎng)率由原始的64.75%提高至90.08%，提高了39.12%，斷裂伸長(zhǎng)率顯著提高，且呈極顯著相關(guān)（=0.006<0.01）；經(jīng)過(guò)超聲波?微波處理后，膜的透濕系數(shù)由原始的2.19×10?12g·m/(m2·s·Pa)下降至1.63×10?12g·m/(m2·s·Pa)，下降了25.57%，透濕系數(shù)顯著下降，且呈極顯著相關(guān)（=0.004<0.01）；透光率由原始的87.60%提高至89.70%，提高了2.4%，且=0.03<0.05，差異顯著；溶解時(shí)間由原始的97.00 s加快至87.00 s，加快了10.31%，且=0.02<0.05，差異顯著；透氧系數(shù)從原始的2.75×10-14cm3·cm/(cm2·s·Pa)下降到1.61×10?14cm3·cm/(cm2·s·Pa)，下降了41.45%，且=0.001<0.01，差異極顯著。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)超聲波?微波體系處理后CSNC?CSS膜的抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、透濕系數(shù)、透光率、溶解時(shí)間、透氧系數(shù)均有所提高，CSNC?CSS膜具備更加優(yōu)異的力學(xué)性能、阻濕性能、阻氣性能、透光性能及溶解性能，這將使得CSNC?CSS膜具有樂(lè)觀的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

圖6 超聲波?微波協(xié)同處理前后CSNC?CSS膜表面電鏡圖

表2 未經(jīng)超聲?微波處理和經(jīng)超聲?微波處理CSNC?CSS膜性能對(duì)比

Tab.2 Comparison of properties of CSNC-CSS films without ultrasonic-microwave synergistic treatment and with ultrasonic-microwave synergistic treatment

3 結(jié)語(yǔ)

利用超聲波?微波協(xié)同體系改性CSNC?CSS膜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采取不同程度的超聲波?微波處理體系均可以有效改善CSNC?CSS膜的力學(xué)性能、阻濕性能、透氣性能、透光性能等，結(jié)構(gòu)表征也顯示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，與未經(jīng)過(guò)改性的CSNC?CSS膜相比，超聲波?微波處理產(chǎn)生的攪拌作用、空化作用和熱作用使膜液分子間發(fā)生了劇烈碰撞，減小了膜液中微粒的尺寸，增大了微粒的表面積，增強(qiáng)了膜液分子間的相互作用，增大了分子間重新排列和作用的概率，增強(qiáng)了分子間的作用力，促進(jìn)了膜液間氫鍵的形成，構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)狀致密的膜結(jié)構(gòu)。改性后膜的各性能均得到明顯改善，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，超聲波?微波協(xié)同處理體系對(duì)CSNC?CSS膜的改性是有效的。

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Effect of Ultrasonic-Microwave Treatment on CSNC-CSS Film

ZHANG Ai-wua, SONG Tinga, ZHANG Li-yuana, YU Run-zhongb

(a. School of Food Science b. School of Information and Electrical Engineering, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Heilongjiang Daqing 163319, China)

The work aims to study the effects of ultrasonic-microwave synergistic treatment on nanocellulose-starch film, so as to prepare better functional packaging film and expand application of nanocellulose-starch packaging film. CSNC-CSS film was prepared by corn straw nanocellulocellulose (CSNC) and corn straw starch (CSS), and the effects of different ultrasonic-microwave co-treatment systems on the properties of CSNC-CSS film were investigated. Compared with CSNC-CSS film prepared by other methods, CSNC-CSS film prepared by ultrasonic-microwave synergic system had better properties. The tensile strength of the film increased from 14.92 MPa to 26.46 MPa, with a growth of 77.35%. The elongation at break increased from 64.75% to 90.08%, with a growth of 39.12%. After ultrasound-microwave treatment, the moisture permeability and oxygen permeability decreased by 25.57 and 41.45% respectively. The light transmittance and dissolution time increased. CSNC-CSS film after ultrasonic-microwave synergistic treatment has better mechanical properties, moisture resistance and gas resistance, and has broad market application prospect.

ultrasonic-microwave synergistic treatment; CSS-CSNC film; mechanical properties; gas resistance; moisture resistance

TS206.4

A

1001-3563(2022)15-0088-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.15.010

2022?02?21

國(guó)際科技合作重點(diǎn)項(xiàng)目計(jì)劃（2018YFE0206300）；中央支持地方改革發(fā)展資金優(yōu)秀青年人才項(xiàng)目（2020YQ16）；黑龍江省重點(diǎn)研發(fā)指導(dǎo)項(xiàng)目（GZ202100071）；黑龍江省博士后科研啟動(dòng)項(xiàng)目（LBH?Q20165）

張愛(ài)武（1997—），女，碩士生，主攻食品科學(xué)與工程。

張麗媛（1981—），女，博士，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)教授，主要研究方向?yàn)槭称钒踩?/p>

責(zé)任編輯：彭颋