当前世界环境

介绍

包装的基本目的是通过保持从制造业到普通消费者的食品的质量，提供对环境的保护。软包装材料中最重要的物理性质是水蒸气和氧气的传递速率。¹转移速率取决于塑料，气体分子量，气体和塑料之间的相互作用时间。²因此，特殊的屏障包装材料是对氧敏感食品包装的高需求。而其他性质，如拉伸强度，光学性质，厚度，光泽，可印刷性，透明度，国际和当地食品立法。^3.目前，为了满足这些要求，塑料制造行业使用添加剂，通过使用不同的聚合物形成多层膜，由于晶体结构，只有少数可以利用。共挤技术主要用于聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等多层塑料薄膜的制造。与合适的氧障材料，如乙烯乙烯醇(EVOH)。然而，传统的低成本铝涂层(铸聚丙烯)CPP, PET已经被用作良好的屏障，仅仅通过金属化工艺增加几微米的厚度。⁴但如果25.4以上的塑料表厚度，铝将限制天然气和水μm。⁵然而，如果制造的厚度较小，可能会产生小孔或应力。与共挤压相比，通过复合工艺将铝合并到薄膜中是更好的选择，但成本较高。

在此提及铝涂覆的塑料材料不是可回收的，因此引起过多的浪费。⁶可持续食品包装系统的主要目标是保持包装物品的优良质量，安全处理，最大限度地减少收获后的损失和浪费。在像巴基斯坦这样的发展中国家，大约25%到50%的粮食损失是由于不当的食品加工和包装问题造成的。⁷然而，也有证据表明，包装上的化学物质在包装一段时间后也会转移到食品中，这些类型的转移对食品安全的主要危害有几个问题，如果这些转移的化学物质在食品中的数量大于规定的标准，在添加一些添加剂或金属涂层后可将其最小化。移民监测是食品质量的一个重要方面。⁸

采用新的智能技术的塑料薄膜是发展最快的包装形式之一，具有许多好处。在当时，它被视为环境负担、温室气体(GHS)的排放和资源的浪费。塑料的高疏水性和高分子量使其不可生物降解和致死，是浮游水体中有害藻类和细菌物种运输的载体。^16,17.聚丙烯的自然循环降解缓慢，是由环境的生物和非生物因素共同启动的。分子上对称的亚甲基连续链和官能团的缺失使其难以被微生物附着，因而不易被生物降解。^18.本研究的目的是研究和理解包装行业的金属化和非金属化PP膜的物理性质，其潜在对环境的影响。

材料和方法

聚丙烯（PP）样品的制备

在这项研究中，使用了从化学品供应商有限公司购买的PPMGranules 0.9g / cc和熔体流量指数8g / 10min。通过浇铸挤出方法制造六种金属化和非金属化类型的PP膜样品，如工艺流程图所示。根据哪种PP颗粒添加剂通过料斗进入Filmax701 Model的挤出机（EXT-01），Mitsubishi然后融化（温度210至285^oc）PP颗粒引入模具插头（D-0001）。成品塑料冷却滚筒机（15至22^o最后，电晕处理被用来增加表面张力。之后，PP薄膜移动到卷绕段，在那里挤出的薄膜转换成薄膜卷。同样，金属化CPP薄膜是通过在PP薄膜中加入铝薄膜，使用真空金属化(型号:K5000)制成的。在生产过程中，利用自动测厚仪测量了非金属化(20微米)和金属化PP膜(60微米)的厚度。成品聚丙烯塑料薄膜物理试验:

为了分析金属化和非金属化PP薄膜的生物降解性能，根据美国标准测试方法(ASTM)对样品进行了一些物理测试。

首先是通过ASTM D-882方法的通用拉伸测试仪（AG-X Shimasdzu，签名，日本）进行两种类型的PP薄膜的拉伸和伸长率试验，将PP薄膜在25℃下调节48小时^oC大约50%的相对湿度(RH)。将样品以特定形状和条带切割（100 x 10毫米)然后在机器(md)和横向(td)两个方向测量拉伸强度，因为它们可以从一个方向到另一个方向有相当大的变化测量基于每个样品的六种重复。

类似地，根据美国标准测试方法测试样品的水蒸气透射率（WVTR）和氧传输速率（OTR）的屏障性质。PP样品在80至90％相对湿度（RH）和20-25时测试WVTR^oC通过一种特殊类型的渗透杯，按照ISO 2528和Lopez-de-Dicastillo所提到的。^23.这些杯子特别用硅胶填充，然后用样品PP膜密封。然而，将杯子储存在干燥器中以保持所需的湿度。称量杯子，使用重量增加与时间来计算WVTR。然后将这些值除以水蒸气梯度，并乘以样品厚度以获得精确值。

同样，在23°C、50 ~ 55% RH条件下，测量了非金属化和金属化PP膜的透氧率(OTR)。首先，将所有PPfilm样品夹在OTR分析仪的扩散室中。纯氧(99.9%)和氮气(99.999%零级氮)被引入室的上半部分₂载气流经下半部分。两种PP膜的透氧速率均为(cc/m)²/ atm /天)。

图1：具有对照（红色）的非金属化PP的FTIR结果，并用真菌（蓝色）光谱处理。 点击这里查看图

图2：用真菌处理后金属化（红光谱控制）和金属化薄膜（紫色光谱）的FTIR分析结果。 点击这里查看图

降解测试

进一步分析了金属化聚丙烯膜和非金属化聚丙烯膜的生物降解性能。用酒精洗涤样品，并将其倒入无菌的Sabouraud葡萄糖琼脂中曲霉菌和PenculliumSpp.分别。将板在28℃下孵育一周。孵育后，塑料用真菌生长转移到最小培养基中（MgSO_4.7h.₂o（1gm / l），feso₄(0.002g/L)， NaCl (0.2g/ L)， K₂HPO₄1 o。5g/l), KH₂宝₄（0.08 gm / l），nh₄不_3.(2.0 g/l)和琼脂(0.7%)不含碳接受塑料来源。^19.

图3:金属化cpp薄膜的SEM显微照片曲霉菌和Pencilliumspp(a)500x (b)1000X (c)7000x (d) 10000x (e)15000x 点击这里查看图

图4：曝光的非金属化CPP膜的SEM显微照片曲霉菌和Pencilliumspp(a)500x (b)1000X (c)7000x (d) 10000x (e)15000x 点击这里查看图

间隔02个月后，塑料的重量用ASTM D6003-96重量法测量。^14.通过使用傅里叶变换红外（FT-IR）记录塑料薄膜的化学结构的变化(Thermo Scientific Nicolet TM iS10)，从波数400-4000厘米^-

扫描电子显微镜

真菌染色后的PP膜去除，在培养皿中干燥24小时。样品被涂上300°A金，在高分辨率电子显微镜(Jsm-6380 A，日本)下分析。

图5:金属化膜和非金属化膜的平均谱测试结果 点击这里查看图

弹奏测试

Strum测试(OECD 301B: ASTM D5209)用于评价聚合物材料的生物降解性。无菌膜片加入300 mL基盐培养基中作为唯一的碳源。孢子悬液的黑曲霉和青霉素SPP用于聚乙烯的降解。在没有任何塑料的情况下制备控制瓶。降解测试在室温下在持续时间为4周。在设置系统ba之前（哦）₂过滤并储存在密闭瓶中，以防止有限公司的大气污染₂系统中的吸收。二氧化碳在含0.01M、Ba(OH)的吸收瓶中的演化₂每周监测，合作金额₂在测试持续时间内演化的通过重量法测量。作为冰淇淋_3.在水中不溶于水并形成沉淀物，因为它在各方面显示。1。

巴（哦）_{2 +}有限公司₂→BaCO_3.+ H.₂O

结果与讨论

材料特性

包装材料的屏障性质负责产品质量劣化，详细了解涂层薄膜特性是巨大的实用和商业意义。通常，聚丙烯薄膜具有良好的屏障，可湿气蒸气和低势差的氧气透射。但是，通过用标准PP颗粒制造金属化涂层后的CPP薄膜显示出在OTR屏障和其他性质方面的更好结果。结果基于每个金属化和非金属化浇铸聚丙烯薄膜的六个样品。从数据中给出了表1所研究的涂覆涂覆和未涂覆的铸件的阻隔性能之间的显着差异，估计pp膜。为了使聚合物在屏障性方面更稳定，使用薄的金属即铝（Al），氧化铝（Alox），氧化硅（SiOx）或氧化镁（MGOX）[20]。表1包括具有铝涂层的非金属化和金属化浇铸聚丙烯薄膜的性质。结果表明，没有金属化的铸造聚丙烯薄膜具有高WVTR，对于一些食品包装行业来说是不可接受的。但在用铝PP膜的金属化后，结果证明了更好。

表1：非金属化和金属化PP膜的拉伸和屏障性质的比较研究

Biodegrade羽霉的结果

合成聚合物材料已被广泛使用，因为密度低，成本廉价和良好的可能性。为了使聚合物在环境条件下更稳定，使用薄的金属层I.E Al。^20.然而，生物降解性相当低，材料容易在环境中积累。聚丙烯(PP)就是这样一种合成聚合物成分，被称为不可生物降解的一种。一般情况下，PP等大分子不易进入微生物细胞。因此，PP在微生物中难以代谢。^{9 - 10}附着在塑料表面的微生物将其作为碳的唯一来源，导致聚合物的低分子片段，即低聚物或单体的形成。^12.根据其性质，细菌和真菌的塑料的生物降解在不同条件下进行了不同的情况。规则生物降解的不同因素是一种生物体，聚合物特征。^11.在金属化和非金属化PP薄膜的情况下，我们的结果是同样的，FTIR结果显示出在矿物质培养基中暴露于真菌后峰值的很少发生变化。在37736cm的非金属化膜控制中的光谱峰值^-1, 38913厘米^-1和6742厘米^-1，与真菌联盟的降解后不存在aspergillusspp.和pencilliumspp。同样，金属化塑料的峰值在3779.8厘米^-1, 3771.1厘米^-1, 2357.2厘米^-1和2007.2厘米^-1经真菌降解后消失。在1500-1000厘米的区域也有峰移的记录^-1（图1和图2）。结果表明，金属化薄膜的普遍可接受的降解与未金属化相比，但不知何时可以是由于PP膜上的金属化层的去除。峰值的峰值和新峰形成的偏移是降解的迹象，这是由于微生物产生的酶，它一旦它连接到表面并使用减法作为它们的食物来源。aspergillusspp.作为聚乙烯薄膜的降解剂，6个月的降解率为26%。^12.汗等．,^13.事实证明，聚氨酯膜（PU）的降解高达90％aspergillustubingensis。他在3321厘米处观察到光谱的变化^-1如氢键(NH)，它在控制中缺失。他报告说这些变化是降解和降解过程中新产品形成的标志。同样，在肩带2954.8 cm处产生弱带^-1在样品光谱中，这也是没有控制的。

降解试验后薄膜样品的扫描电子显微镜（SEM）图像显示出在500倍至15000x的分辨率下具有明显的表面劣化和金属化和非金属化PP膜的结构变化。在本工作中，通过真菌定植的培养薄膜显示出腔体和腐蚀形成的重要形态变化（图4和5）。通过真菌观察到的粗糙和侵蚀表面是质量损失的主要原因。SEM对照乙烯的照片没有显示出表面上的任何破坏。这些结果表明aspergillusspp.和PencilliumSPP可以利用金属化和非金属化薄膜并促进其生长机制。降解后在薄膜中出现的裂缝和孔是由于真菌菌丝体的分散和菌丝的渗透率（汗（Khan）et al .,2017)。微生物的性质和预处理的性质是影响降解的重要因素。根据Griffin 1980年的研究，真菌的生长导致塑料破裂、爆裂和膨胀，因为真菌渗透在聚合物上。

结论

PP塑料主要用于能够将产品与外界环境分离的材料的包装。根据上述结果和讨论，我们可以评估:

具有铝金属化的薄膜具有优异的屏障性质而不是非金属化。

结论是使用浇铸聚丙烯薄膜，铝涂层可用于更好的食品保质期。

还得出结论，特定等级的聚丙烯和添加剂对薄膜的性质产生了一些影响。因此，最好使用提及的聚丙烯等级和添加剂。

从环境的角度来看，它们在自然界中持久，不易生物降解。因此，在这个创新技术时代，设计材料应该是制造，在其使用过程中必须耐用，并且必须在其使用寿命结束时生物降解。

致谢

谨向作者表示感谢巴基斯坦科学和工业研究委员会，卡拉奇，巴基斯坦

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