使用雙層涂層和纖維素納米纖維改善纖維素食品包裝的水蒸氣阻隔性能

如果可以獲得所需的阻隔性能，紙基包裝有望取代許多塑料基系統。水性阻隔涂層能夠產生良好的阻隔層，但其性能往往不如預期。近期的研究表明，當這些涂層應用于含纖維素納米纖維層的紙張時，性能會有所提高。在此，給具有纖維素納米纖維層的紙張涂上不同涂層重量的阻隔涂層，作為單層、雙層和在熱壓機中壓制在一起的單層，以產生具有良好阻隔性能的包裝系統。雙層樣品的水分傳輸率為單層系統值的40-70%。令人驚訝的是，與單層系統相比，兩個干燥層的熱壓沒有顯示出任何優勢。在配方中添加阻隔顏料進一步改善了性能，其水蒸氣透過率也遵循相同的趨勢。采用缺陷層擴散的三維模型對該結果進行了解釋。總體而言，這項工作為生產具有良好氧氣和水蒸氣阻隔性能的紙基包裝提供了一條潛在途徑。

圖1.有限元模型的基本幾何邊界條件表示。

圖2.具有半徑為200nm的孔缺陷的兩個阻隔層的網格（左）和濃度分布（右），其中缺陷接近連接（頂部）或廣泛分離（底部）。紅色和藍色分別代表高、低水濃度。該模型也僅在一層有缺陷的情況下運行。

圖3.產生分層結構的三種方法。DS每一側都是單層的。DL為兩層，濕涂在每側的干燥層上。DF為兩個單層樣品的熱壓。

圖4.聚合物A的WVTR（水蒸氣透過率）。僅雙面單層涂層（DS），層壓兩個單層薄膜（DF），每側雙層（DL）。

圖5.聚合物B的WVTR。雙面單層涂層（DS），層壓兩個單層薄膜（DF），每側雙層（DL）。

圖6.聚合物C的WVTR。雙面單層涂層（DS），層壓兩個單層薄膜（DF），每側雙層涂層（DL）。

圖7.聚合物B與10%高嶺土的WVTR。雙面單層涂層（DS），層壓兩個單層薄膜（DF），每側雙層（DL）。

圖8.通過有限元模型預測缺陷間距對WVTR的影響。

圖9.示意圖顯示（左）將兩層涂層濕涂于干層以及（右）層壓兩個單層薄膜均具有缺陷。