Study of the structure and properties of films based on starch acetate, low-molecular chitosan and polyvinyl alcohol mixtures
Authors: Кочкина Н.Е. , Лукин Н.Д. , Бутикова О.А. 
Published: June 2023

Создание «активных» пленочных материалов на основе природных биополимеров является современным направлением исследований в материаловедении. Такие пленки и покрытия обладают как барьерными, так и другими функциональными свойствами: антимикробными, антиоксидантными, УФ-защитными и т.д. Цель настоящей работы – предложить новые недорогие композиции на основе смеси ацетатного крахмала (АК), низкомолекулярного хитозана (НМХ) и поливинилового спирта (ПВС) для приготовления «активных» биоразлагаемых пленок, которые потенциально могут применяться для упаковки пищевых продуктов, в фармакологии, медицине и т.д. Для этого АК/НМХ/ПВС пленочные материалы были сформованы способом полива полимерного раствора на подложку и исследованы различными методами физико-химического анализа. Прежде всего, с помощью рентгенофазового анализа было изучено влияние концентрации биополимеров в смесях на структуру АК/НМХ/ПВС пленок. Рассчитана степень кристалличности пленок (χc). Значения χc. повышались по мере снижения концентрации ПВС в образцах. Анализ результатов позволил сделать вывод о том, что в данных композиционных системах НМХ в большей степени взаимодействует с ПВС и в меньшей – с АК. Изучена степень набухания пленок в воде. Установлено, что содержание НМХ в образцах оказывает наибольшее влияние на данный параметр и положительно коррелирует с ним. Механические свойства пленок исследованы в соответствии с международным стандартом ASTM D882-18. Показано, что пленки, включающие 18–20 мас.% ПВС и 20–25 мас.% НМХ, имеют наилучшие показатели прочности на растяжение и относительного удлинения при разрыве. В результате изучения способности пленок блокировать УФ-излучение (согласно стандарту AS/NZS 4399:1996) установлено, что все они обладают УФ-защитными свойствами, причем значение SPF-фактора возрастает с увеличением концентрации НМХ в материалах. Оценка способности пленок к разложению в почве (согласно международному стандарту ISO 846:1997) показала, что все образцы являются биоразрушаемыми.

The development of active polymer films is a modern trend in the polymer materials science. Active film and coating technologies are based on the idea of creating systems which not only protect a sheltered object from the environment, but also have a set of functional (antimicrobial, antioxidant, UV-blocking) properties. The aim of this work was to propose new inexpensive compositions based on a mixture of starch acetate (AcSt), low molecular weight chitosan (LwCh), and polyvinyl alcohol (PVA) for preparation of active biodegradable films that can potentially be used for food packaging, pharmacology, medicine, etc. To this end, the influence of biopolymer concentrations in the mixtures on the structure of the films formed by casting was studied by the X-ray method. The crystallinity degree (χc) of the samples was calculated. The χc values increased as the concentration of PVA in the samples decreased. An analysis of the results led to the conclusion that, in these composite systems, LwCh interacts to a greater extent with PVA and, to a lesser extent, with AcSt. The swelling ratios of the films were also evaluated. It was revealed, that the LwCh content in the samples has the greatest effect on this parameter and positively correlates with it. The mechanical properties of the films were tested in accordance with the international standard ASTM D882-18. It was shown that among the studied samples, the films including 18–20 wt% PVA and 20–25 wt% LwCh had the best tensile strength and elongation at break. All the films were found to possess UV-protective properties, and the value of the SPF factor increases with an increase in the LwCh concentration in the materials. An analysis of the film ability to decompose in the soil (according to the international standard ISO 846:1997) showed that all the samples were biodegradable.