DOI: 10.3390/nano11123354

本研究开发了一种适用于食品接触应用的超疏水生物纸。为此，依次对三种不同类型的生物聚合物，即聚丙交酯（PLA）、聚（ε-己内酯）（PCL）和聚（3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯）（PHBV）以及疏水性二氧化硅微粒（SiO2）进行电流体动力学处理（EDHP）。第一步，通过静电纺丝将超薄生物聚合物纤维沉积在市售食品接触纤维素纸上，然后电喷雾纳米结构二氧化硅。将多层涂布纸置于不同温度下退火，以促进层间粘合并增强超疏水性能。从形貌、水蒸气渗透性、附着力、机械阻力、接触角和滑动角等方面对所制备的涂层进行表征。由此产生的多层生物纸呈现出分层微/纳米结构表面，对于所有使用的测试生物聚合物，其表观水接触角（WCA）高于155°，滑动角（SA）低于10°。在不同的多层方法中，观察到纸/PHBV/SiO2在水蒸气渗透性、胶带剥离试验后的电阻以及食物对水、酸奶和奶油冻的超级排斥特性方面表现出最佳性能。总体而言，本研究成功制备了涂有PLA、PCL或PHBV以及疏水性二氧化硅微粒的食品接触用超疏水生物纸，可有效减少食品浪费。

图1.（1）在纤维素纸上沉积电纺PLA、PCL或PHBV纤维的示意图；（2）电喷雾二氧化硅（SiO2）微粒在电纺层上的沉积；（3）在不施压的情况下，使用热压机对纸基材/电纺层/SiO2层进行热退火。

图2.疏水二氧化硅的粒径分布。

图3.在两种不同放大倍率下，疏水二氧化硅的场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）图像（A，B）。

图4.疏水二氧化硅的热重分析（TGA）曲线。

图5.基于纸、电纺聚乳酸（PLA）、聚（ε-己内酯）（PCL）和聚（3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯）（PHBV）膜以及电喷雾疏水二氧化硅微粒的多层结构的场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）图像。（A）：纸；（B）：纸/PLA/SiO2；（C）：纸/PCL/SiO2；（D）：纸/PHBV/SiO2。

图6.基于纸、电纺聚乳酸（PLA）、聚（ε-己内酯）（PCL）和聚（3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯）（PHBV）膜以及电喷雾疏水二氧化硅微粒的多层结构在不同温度下热处理前后的表观水接触角（WCA）和滑动角（SA）。（A）纸/PLA/SiO2 20秒，（B）纸/PCL/SiO2 20秒，（C）纸/PHBV/SiO2 20秒。150℃处的黑线代表最小WCA，10℃处的灰线代表最大SA，定义为超疏水性。RT是指在室温下，星号表示室温和退火样品之间的统计差异（*p<0.05）。

图7.30秒后的水滴形状：（A1）：纸，（A2）：在160℃下退火20秒的纸/PLA/SiO2，（A3）：在55℃下退火20秒的纸/PCL/SiO2，（A4）：在120℃下退火20秒的纸/PHBV/SiO2。

图8.在对基于纸、电纺聚乳酸（PLA）、聚（ε-己内酯）（PCL）和聚（3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯）（PHBV）膜以及电喷雾疏水二氧化硅微粒的多层结构进行胶带剥离试验前后，借助场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）获取的俯视和横截面图：（A-C）在160℃下退火的纸/PLA/SiO2；（D-F）在55℃下退火的纸/PCL/SiO2；以及（G-I）在120℃下退火的纸/PHBV/SiO2。